Simulação numérica do jato plano turbulento com o emprego do método de filtragem lagrangeana

Abstract

Resumo: O Método de Filtragem Lagrangeana (MFL) e um método destinado a simulação numérica de escoamentos turbulentos baseado na filtragem espacial das equações de Navier- Stokes escritas no referencial Lagrangeano. A filtragem se da implicitamente através da discretização das equações em diferenças finitas. A grande vantagem da utilização do referencial Lagrangeano e que, neste referencial, as não-linearidades das equações não são explicitadas. Com isso, e possível filtrar as equações sem que haja necessidade de se utilizarem parametrizações de processos subgrade. No presente trabalho, o MFL foi utilizado na simulação do jato plano turbulento, com o objetivo de mostrar a capacidade deste método em simular este tipo de escoamento turbulento. Foram realizadas simulações com numero de Reynolds entre 2.970 e 10.000. Os resultados se mostraram, de forma geral, satisfatórios quando comparados com resultados teóricos e experimentais. Alem disso, o modelo foi capaz de simular adequadamente o espectro de energia. O MFL também se mostrou computacionalmente eficiente e competitivo com outros métodos de simulação de escoamentos turbulentos usualmente utilizados.

Abstract: The Method of Lagrangian Filtering (MLF) is a numerical method for simulation of turbulent flows based on spatial filtering of the Navier-Stokes equations in the Lagrangian frame of reference. The filtering is done implicitly, using the discretization of the equations by finite differences. The great advantage of using the Lagrangian frame of reference is that the nonlinearities of the equations are not explicited. Therefore, it is possible to filter the equations without the need of using parameterization of subgrid processes. In the present work, the MLF was used to simulate the turbulent plane jet, in order to illustrate the ability of this method on simulating this type of turbulent flow. Simulations were performed with Reynolds number between 2.970 and 10.000. The results were, in general, satisfactory when compared with theoretical and experimental results, and the model was able to simulate properly the energy spectrum. The MFL was also computationally efficient and competitive when compared with other methods of turbulent flow simulation.