Implementation, comparison and evaluation of nonlinear subgrid-scale models

In the present work, the turbulence closure problem is analyzed by using a nonlinear subgrid-scale stress model, supposing a dependence on both the rate-of-strain and rate-of-rotation tensors. To understand how this dependence is established, in addition to analyzing different types of nonlinear models existing in the literature, is the scope of the current work. The inclusion of nonlinear terms, made in the present work, has the objective of learning about this complex way of modeling the turbulence closure problem. The work also has the objective of human resources training in the use of the MFSim code, developed on MFLab, and code development of computational models of turbulent flows on the same platform. To benchmark and evaluate the models, a computational implementation was conducted using the Large Eddy Simulation methodology for a simple problem of turbulent flow involving lid-driven cavity problem, which enabled a comparison between models implemented with experimental results found in the literature.The results obtained with the nonlinear models are in good agreement with the results of the physical experiments for flows that occurs near the walls. In contrast, the linear model better matches the results for flows in the central region of the cavity. As expected, the results obtained with the linear and nonlinear modeling did not differ significantly, since the physical nature of this problem does not incorporate effects such as high levels of anisotropy, pressure adverse gradients and even strong curvature effects on streamlines.CAPES - Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível SuperiorDissertação (Mestrado)No presente trabalho, o problema de fechamento da turbulência é analisado modelando o tensor de Reynolds submalha de forma não linear, supondo que sua dependência seja com os tensores taxa de deformação e rotação. Compreender como é estabelecida essa dependência, além de avaliar e comparar os diferentes tipos de modelos não lineares presentes na literatura com a tradicional modelagem linear do tensor de Reynolds, é o escopo do presente trabalho. A inclusão de termos não lineares, feita no presente trabalho, teve como objetivo o aprendizado sobre essa complexa forma de modelar o problema de fechamento da turbulência. O trabalho teve ainda como objetivo a formação no uso do código MFSim, desenvolvido no MFLab e a formação na programação de rotinas inseridas nessa plataforma de modelagem computacional de escoamentos turbulentos. Para estabelecer a comparação e avaliação entre os modelos implementados com resultados experimentais encontrados na literatura, foi realizada uma implementação computacional utilizando a metodologia da Simulação das Grandes Escalas, para um problema simples de escoamento turbulento envolvendo uma cavidade com tampa deslizante. Os resultados obtidos com os modelos não lineares, de uma forma geral, coincidiram mais com resultados do experimento material nas regiões próximas às paredes. Já o modelo linear, se aproximou mais dos resultados do experimento material na região central da cavidade. Como esperado, os resultados obtidos com a modelagem linear e não linear não diferiram significativamente, uma vez que a natureza física desse problema não incorpora efeitos como altos níveis de anisotropia, gradientes adversos de pressão e mesmo efeitos de fortes curvaturas nas linhas de corrente