Simulação numérica de modelos de turbulência para o efeito Magnus

Abstract

Resumo: O presente trabalho tem por objetivo a obtenção dos coeficientes de arrasto e sustentação em escoamentos fluidos ao redor de cilindro para diversas condições. Para obter-se os resultados, foram feitas simulações numéricas para modelos de turbulência: k -e , k - u SST, k - k l - m e DES; para velocidades distintas de rotação do cilindro e também do escoamento. Os números de Reynolds escolhidos para o estudo foram equivalentes a 1x102 e 1x103, considerando duas razões de velocidade - 0 e 6. As simulações foram feitas utilizando uma geometria bidimensional e foram selecionados vários tamanhos de malha, múltiplos entre si, para a resolução do campo de pressão e velocidade do escoamento de ar ao redor deste cilindro. Dentre as respostas obtidas para os modelos de turbulência: observou-se que, para os regimes de escoamento escolhidos, dado pelo número de Reynolds 1x102 e 1x103, não é possível afirmar que existe um modelo de turbulência único que melhor represente o escoamento em todas as situações. Dessa forma, verifica-se que para valores de Reynolds mais baixos O(2), os modelos que utilizam a taxa de dissipação (m) turbulenta apresentam melhores resultados, e para números de Reynolds mais elevados O(3), os modelos que fazem uso da dissipação turbulenta (e) apresentam-se com melhores resultados. Tais resultados são obtidos pelos diferentes regimes de escoamento e também pela existência ou não de movimento rotacional no cilindro. Palavras-chave: Modelos de Turbulência. Escoamento ao Redor de Cilindro. Coeficiente de Arrasto. Coeficiente de Sustentação.

Abstract: The present work has the objective of obtaining the drag and lift coefficients in fluid flows around the cylinder for several conditions. To obtain the results, numerical simulations were made for turbulence models: k - e , k - oe SST, k - k l -M and DES; for different speeds of cylinder rotation as well the flow. The Reynolds numbers chosen for the study were equivalent to 1x102 and 1x103, considering two velocity ratios - 0 and 6. Simulations were made using a two-dimensional geometry and multiple mesh sizes were selected, multiple of each other, for the resolution of the pressure and velocity fields for air flow around this cylinder. Among the responses obtained for the turbulence models, it was observed that, for the chosen flow regimes, given by the Reynolds number 1x102 and 1x103, it is not possible to state that there is a unique turbulence model that best represents the flow in all the situations. Thus, for the lower Reynolds values O(2), the models that use the turbulent dissipation rate (e) represents better the results, and for higher Reynolds numbers O (3), the models that make use of turbulent dissipation (oe) presents better results. Such results are obtained by the different flow regimes and also by the existence or not of rotational movement in the cylinder. Keywords: Turbulence Models. Flow around a Cylinder. Regime Flow. Drag Coefficient. Lift Coefficient.