Lattice-Boltzmann Method Applied to External Aerodynamics

The continuous need for methods dedicated to Computational Fluid Dynamics (CFD) which are numerically stable even when applied to complex geometries, without the need of performing large simplifications and without introducing a large dissipation rate to improve stability, made the Lattice-Boltzmann Method gain prominence in the last years both in the academia and in the aerospace and automotive industries. The present work aims to analyze the capacity of the Lattice-Boltzmann Method to predict the aerodynamics characteristics of flows around circular cylinders for intermediate Reynolds numbers. First, a bibliographic review of the latest studies about the Lattice-Boltzmann method related to the capabilities of simulating and predicting flow characteristics over complex geometries in the turbulent regime and for intermediate Reynolds numbers was performed. In a second moment, the open source code, OpenLB, and the code developed at UFU by the author using Fortran 90 were compared with respect to the capacity of calculating the drag coefficient and the vortex shedding frequency over cylinders for Reynolds 200. The results obtained with the Lattice-Boltzmann method also were compared with the finite volume method, using the software Ansys Fluent®. Finally, both the grid size and the Mach number interference were analyzed.Trabalho de Conclusão de Curso (Graduação)A necessidade de métodos voltados para a Fluido Dinâmica Computacional (CFD) que sejam numericamente estáveis mesmo quando aplicados a geometrias complexas, sem a necessidade de realizar grandes simplificações, e sem introduzir grande taxa de dissipação para melhorar a estabilidade, fez com que nos últimos anos o método Lattice-Boltzmann (LB) ganhasse bastante notoriedade tanto no meio acadêmico quando nas indústrias automotiva e aeroespacial. Com base no exposto acima, o presente trabalho visa analisar a capacidade do método LB em prever as características aerodinâmicas de escoamentos sobre cilindros para números de Reynolds intermediários. Primeiramente foi realizada uma revisão bibliográfica dos avanços do método nos últimos anos com relação à capacidade de simular e prever características fluidodinâmicas em geometrias complexas para números de Reynolds intermediários e no regime turbulento. Em um segundo momento, avaliou-se e comparou o código open source OpenLB com o código desenvolvido na UFU pelo autor em Fortran 90 quanto a capacidade de calcular o coeficiente de arrasto e a frequência de emissão de vórtices sobre cilindros para Reynolds igual a 200. Comparou-se também os resultados fornecidos com o método Lattice-Boltzmann e com o método de volumes finitos utilizando o software Ansys Fluent®. Por fim, analisou-se a interferência do tamanho da malha e do número de Mach para a simulação realizada