O modelo LES e as ferramentas de geração de turbulência nas condições de contorno de entrada

O alto custo computacional do modelo Large Eddy Simulation (LES) torna, para muitas geometrias, inviável atingir a dimensão ou a duração necessárias para um regime plenamente turbulento. É, portanto, crucial que a turbulência seja imposta já na entrada do domínio. A condição de contorno do inlet deve ser fiel à realidade, sem, no entanto, ser complexa demais para ser resolvida. Seus componentes precisam variar estocasticamente, inclusive nas escalas inferiores a ltragem realizada pelo LES, sendo ainda compatíveis com as equações de Navier- Stokes. São diversas as técnicas disponíveis para a geração de tais condições de contorno. Nos métodos de simulação precursora, os fenômenos de turbulência são computados anteriormente ou paralelamente a simulação principal e, em seguida, introduzidos ao domínio na região de entrada, podendo ainda serem redimensionados. Os métodos de síntese, no entanto, não necessitam de simulações anexas, pois os fenômenos de turbulência são gerados pelo próprio inlet, como uma espécie de flutuação aleatória combinada ao escoamento médio. O presente trabalho pretende realizar uma revisão teórica acerca dos métodos de geração de turbulência na entrada do domínio disponíveis no ANSYS Fluent para tubulações. Inicialmente, uma revisão na literatura foi realizada com o objetivo de efetuar uma compilação teórica para as técnicas de turbulência, adicional ao Guia Teórico disponibilizado pela ANSYS. Em seguida, como complementação, uma geometria simples de uma tubulação foi simulada utilizando o LES com três componentes de entrada distintos: No Perturbations (sem perturbações), Spectral Synthesizer (baseado na Técnica de Fourier) e Vortex Method (baseado no Método dos Vórtices). Porém, diferentes respostas para os campos de velocidades foram obtidas para seções distintas da tubulação de acordo com as técnicas de geração de turbulência empregadas nas condições de contorno de entrada. O Vortex Method apresentou maior mudança nos perfis de velocidade com relação a um ponto específico ao longo da tubulação, além de uma curva de tubulações mais próxima a esperada para uma simulação com Direct Numerical Simulation (DNS) em comparação às outras duas abordagens. Nessas, houve menor desenvolvimento da turbulência no domínio estudado, evidenciando um perfil de velocidade na região de saída semelhante ao inserido na entrada.Large Eddy Simulation model's exacerbated computational cost turns it challenging for many geometries to reach the length or the duration needed for a fully turbulent flow. In those cases, turbulence needs to be inserted at the domain in flow. The inlet boundary condition must be as accurate as possible, without being too complex to be solved. Its components must be stochastically varying, including on scales down to the filter scale provided by LES, and also be compatible with the Navier Stokes equations. There are plenty of available techniques that generate these boundary conditions. In the Precursor Simulation methods, the turbulent phenomena are computed previously or in parallel to the main simulation, scaled, and then introduced at the domain through the inlet. The Synthesised Turbulence methods, however, do not need any attached simulations, because the turbulent phenomena are generated by the inlet, as a kind of random fluctuation combined with the mean ow. This paper intends to analyze the inlet turbulence generation methods available at ANSYS Fluent for pipes. Firstly, by conducting a literature review, a theoretical compilation of the turbulence generation techniques available in Fluent was written. Secondly, to support the review, a simple pipe geometry was simulated using LES with three distinct inlet components: No Perturbations, Spectral Synthesizer (based on the Fourier Technique), and Vortex Method. Finally, different results for the velocity eld were obtained for distinct pipe sections, according to the inlet turbulence generation techniques. The Vortex Method showed a greater change in the velocity pro les between points throughout the pipe and also a fluctuation curve more similar to the expected from a DNS simulation compared to the other two approaches. In those, there was a poorer turbulence development in the studied domain, revealing a velocity pro le similar in both inlet and outlet planes