| Resumo: | O presente trabalho tem como objetivo a análise de desempenho do modelo k-ω de turbulência e de leis de parede utilizando o modelo k-ε de turbulência. A metodologia adotada é direcionada para obtenção de massa de dados através de simulação de escoamentos turbulentos, via método dos elementos finitos, seguida de tratamento e análise desses dados. Os casos-teste em estudo são o escoamento turbulento de ar sobre o degrau não aquecido, proposto por Le et al. (1996), e o escoamento turbulento em um canal divergente, proposto por Driver e Seegmiller (1985). Neste trabalho são analisados de forma comparativa os resultados de simulação direta disponibilizados por Le et al. (1996), os dados experimentais de Jovic e Driver (1994), realizados para validação do modelo de Le et al. (1996), e os resultados obtidos nas simulações realizadas através de método dos elementos finitos para o primeiro caso-teste. Para o segundo caso-teste são analisados os dados experimentais de Driver e Seegmiller (1985) e os resultados obtidos nas simulações utilizando o método dos elementos finitos. Os resultados visualizados mostram campos de pressão, velocidade, energia cinética de turbulência, taxa de dissipação de energia cinética de turbulência e dissipação específica e perfis de velocidades tomados nas regiões de recirculação, recolamento e recuperação. A lei de parede de Nakayama e Koyama (1984) foi a que apresentou melhor custo-benefício para as simulações realizadas, com resultados próximos dos experimentais para os dois casos-teste, com baixo custo computacional. A lei de parede de Cruz e Silva Freire (1998) também apresentou excelentes resultados, mas com custo computacional variando de 10 a 100 vezes maior do que das outras leis de parede. O modelo κ-ω não apresentou bons resultados e, para que possa ser utilizado, a malha para o cálculo deve ser muito refinada nas regiões próximas à parede, aumentando o tempo de cálculo. Sendo assim, este modelo não apresentou bom custo-benefício. ___________________________________________________________________________ ABSTRACT
The present work has the goal of analyzing the k-ω turbulence model and the performance of laws of the wall applied with the k-ε turbulence model. The methodology is applied to data acquisition through turbulent flow simulation, by finite element method, followed by data analysis. The cases in study are air turbulent flow over unheated backward-facing step, published by Le et al. (1996), and the divergent channel flow, by Driver and Seegmiller (1985). In this work, the results of direct simulation by Le et al. (1996), experimental data by Jovic and Driver (1994) and finite element method simulation data are compared for the first study and experimental data by Driver and Seegmiller (1985) and finite element method simulation data are compared for the second study. The results show pressure, velocity, turbulent kinect energy, turbulent kinect energy dissipation and specific dissipation fields and velocity profiles taken in the recirculation, reattachment and recovery regions of the boundary layer. The Nakayama and Koyama (1984) law presented the best cost-benefit ratio, with results close to the experimental ones for both cases studied, with low computational cost. The Cruz and Silva Freire (1998) law also presented good results, but with computational cost from 10 to 100 times higher than the other laws of the wall. The κ-ω model did not present good results and, for it to be used, the mesh must be extremely refined near the walls, increasing calculation time. Therefore, this model did not present good costbenefit ratio. |
