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Type: Artigo de Periódico
Title: Turbulence models applied to classical fluid mechanics and heat transfer problems: the perfomance evaluation of the open source CFD package OPENFOAM
Other Titles: Modelos de turbulência aplicados a problemas clássicos de mecânica dos fluídos e transferência de calor - a avaliação do desempenho do pacote de DFC de código aberto OPENFOAM
Authors: Rocha, Paulo Alexandre Costa
Marinho, Felipe Pinto
Santos, Victor Oliveira
Mendonça, Stéphano Praxedes
Silva, Maria Eugênia Vieira da
Keywords: Turbulence modeling;RANS;Computational fluid dynamics (CFD);Heat transfer;Finite volume method;OpenFOAM
Issue Date: 2021
Publisher: ACERTTE
Citation: ROCHA, P. A. C. et al. Turbulence models applied to classical fluid mechanics and heat transfer problems: the perfomance evaluation of the open source CFD package OPENFOAM. ACERTTE, [s.l.], v. 1, n. 5, 2021. DOI: https://doi.org/10.47820/acertte.v1i5.39
Abstract in Brazilian Portuguese: Tópicos relacionados à modelagem de escoamentos turbulentos apresentam relevância significativa em diversas áreas, principalmente nas engenharias, uma vez que a grande maioria dos escoamentos presentes em projetos de dispositivos e sistemas são caracterizados como turbulentos. Uma ferramenta amplamente aplicada para a análise de tais fluxos é o uso de simulações numéricas baseadas em modelos de turbulência. Assim, este trabalho tem como objetivo avaliar o desempenho de diversos modelos de turbulência quando aplicados a problemas clássicos de mecânica dos fluidos e transferência de calor, já amplamente validados por procedimentos empíricos. Foi utilizado o software open source OpenFOAM, altamente adequado para a obtenção de soluções numéricas para problemas de mecânica dos fluidos envolvendo geometrias complexas. Os problemas de avaliação dos modelos de turbulência selecionados foram: cavidade bidimensional, Pitz-Daily, fluxo de ar sobre um aerofólio, fluxo de ar sobre o corpo rombudo de Ahmed e o problema da convecção natural entre placas paralelas. A solução para tais problemas foi alcançada utilizando vários modelos de turbulência de Equações Médias de Reynolds (RANS), a saber: k-ε, k-ω, Lam-Bremhorst k-ε, k-ω SST, Lien-Leschziner k-ε, Spalart- Allmaras, Launder-Sharma k-ε, grupo de renormalização (RNG) k-ε. Os resultados obtidos foram comparados com os encontrados na literatura os quais foram obtidos empiricamente, permitindo avaliar os pontos fortes e fracos da modelagem de turbulência aplicada em cada problema.
Abstract: Topics related to the modeling of turbulent flow feature significant relevance in several areas, especially in engineering, since the vast majority of flows present in the design of devices and systems are characterized to be turbulent. A vastly applied tool for the analysis of such flows is the use of numerical simulations based on turbulence models. Thus, this work aims to evaluate the performance of several turbulence models when applied to classic problems of fluid mechanics and heat transfer, already extensively validated by empirical procedures. The OpenFOAM opensource software wasused, being highly suitable forobtaining numerical solutions to problems of fluid mechanics involving complex geometries. The problems for the evaluation of turbulence models selected were: two-dimensional cavity, Pitz-Daily, air flow over an airfoil, air flow over the Ahmed blunt bodyand the problem of natural convection between parallel plates. The solution to such problems was achieved by utilizing several Reynolds Averaged Equations (RANS) turbulence models, namely: k-ε, k-ω, Lam-Bremhorst k-ε, k-ωSST, Lien-Leschziner k-ε, Spalart-Allmaras, Launder-Sharma k-ε, renormalization group (RNG) k-ε. The results obtained were compared to those found in the literature which were empirically obtained, thus allowing the assessment of the strengths and weaknesses of the turbulence modeling applied in each problem.
URI: http://www.repositorio.ufc.br/handle/riufc/69654
ISSN: 2763-8928
Appears in Collections:DEME - Artigos publicados em revista científica

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