Desenvolvimento de um Algoritmo Acelerador da Modelagem de Turbulência de um Método de Vórtices Discretos Lagrangeano.

Abstract

O objetivo deste trabalho consiste no estudo numérico do escoamento bidimensional, incompressível e em regime não permanente de um fluido newtoniano com propriedades termodinâmicas constantes ao redor de um cilindro circular estacionário e que se encontra isolado ou na presença do efeito solo. A técnica utilizada é uma versão puramente Lagrangeana do método de vórtices discretos para a análise do comportando de grandezas de interesse para escoamentos com número de Reynolds elevado. O escoamento não permanente que se desenvolve a jusante do corpo induzirá flutuações nas forças de arrasto e de sustentação e este assunto tem recebido muita atenção dos pesquisadores devido a sua relevância para o cálculo do comportamento aerodinâmico de corpos rombudos, caracterizando-se como um problema típico de interação fluido-estrutura. A literatura está plena de resultados para cilindro circular isolado e estacionário e há poucos resultados disponíveis quando se incluem mecanismos do efeito solo e efeitos de rugosidade superficial da parede do corpo. Neste trabalho desenvolve-se um procedimento numérico para acelerar o cálculo do modelo de função estrutura de velocidade, que foi incorporado ao método de vórtices discretos para incluir a modelagem de turbulência. Os efeitos locais da turbulência no domínio fluido são calculados durante o processo de difusão molecular da vorticidade, criando-se uma conexão entre as grandes escalas do escoamento, que são resolvidas, e as escalas submalha através do cálculo do coeficiente de viscosidade turbulenta. O cálculo do coeficiente de viscosidade turbulenta que utiliza a noção de diferenças de velocidades, é necessário para cada vórtice discreto de Lamb, que representa a discretização da esteira viscosa, durante cada incremento de tempo; o cálculo deste coeficiente faz-se necessário para a implementação do modelo de rugosidade superficial. Uma estrutura de caixas é criada no domínio fluido para organizar a nuvem de vórtices discretos e, desta maneira, acelerar o cálculo do coeficiente de viscosidade turbulenta, o que reduz consideravelmente o tempo final de processamento. Resultados para carregamentos fluidodinâmicos e para número de Strouhal de um cilindro circular são apresentados e discutidos.