Simulación de grandes vórtices de una capa límite turbulenta sobre una superficie rugosa

Gabriel Narancio, José Cataldo, Gabriel Usera

Resumo

El objetivo de este trabajo es obtener un procedimiento que permita generar de forma correcta el flujo de entrada tipo capa límite atmosférica a ser utilizado en simulaciones de grandes vórtices (LES) en ingeniería del viento. Se simulan mediante LES dos capas
límites con diferente valor del parámetro de blending entre un esquema upwind y uno centrado. Estas simulaciones se hacen con el programa de código abierto para resolución de flujos de fluidos viscosos caffa3d.MBRi. Las simulaciones se hacen en un dominio prismático de 3,84 m por 3,84 m de base por 2 m de altura. Se imponen condiciones de periodicidad en las caras laterales, adherencia en la inferior y simetría en la superior. En la superficie inferior, mediante el método de condiciones de borde inmersas, se fija un arreglo de cubos que forman una rugosidad aerodinámica. Se utiliza una malla uniforme en la dirección del flujo y transversal con un paso de 0,01 m y variable en la vertical. En total la simulación utiliza 16515072 celdas. El paso temporal es de 0,01 s. Los resultados se analizan en base a las tensiones rasantes, el campo de velocidad, la turbulencia y el balance de energía cinética turbulenta. Se obtienen concordancias razonables con el flujo esperado. Por otro lado, se
encuentran algunos problemas que se relacionan con la disipación numérica que agrega el código.

Texto completo:

PDF

Número de visualizações: 14

Referências

BAILEY, S. C. C.; VALLIKIVI, M.; HULTMARK, M.; SMITS, A. J. Estimating the value of von kármán’s constant in turbulent pipe flow. Journal of Fluid Mechanics, v. 749, p. 79–98, 2014. ISSN 1469-

doi:10.1017/jfm.2014.208.

BANDYOPADHYAY, P. R. Rough-wall turbulent boundary layers in the transition regime. Journal of Fluid Mechanics, v. 180, p. 231–266, 1987. doi:10.1017/S0022112087001794.

BHAGANAGAR, K.; KIM, J.; COLEMAN, G. Effect of roughness on wall-bounded turbulence. Flow, Turbulence and Combustion, v. 72, n. 2, p. 463–492, 2004. ISSN 1573-1987. doi:10.1023/ B:APPL.0000044407.34121.64.

COCEAL, O.; DOBRE, A.; THOMAS, T. G.; BELCHER, S. E. Structure of turbulent flow over regular arrays of cubical roughness. Journal of Fluid Mechanics, v. 589, p. 375–409, 2007. doi:10.1017/

S002211200700794X.

COCEAL, O.; THOMAS, T.; CASTRO, I.; BELCHER, S. Mean flow and turbulence statistics over groups of urban-like cubical obstacles. Boundary-Layer Meteorology, v. 121, n. 3, p. 491–519, 2006. ISSN

-8314. doi:10.1007/s10546- 006-9076-2.

COLEBROOK, C. F.; WHITE, C. M. Experiments with fluid friction in roughened pipes”. Proceedings of the Royal Society of London A: Mathematical, Physical and Engineering Sciences, v. 161, n.

, p. 367–381, 1937. ISSN 0080-4630. doi:10.1098/rspa.1937.0150.

INAGAKI, A.; KANDA, M.; AHMAD, N. H.; YAGI, A.; ONODERA, N.; AOKI, T. A numerical study of turbulence statistics and the structure of a spatially-developing boundary layer over a realistic

urban geometry. Boundary-Layer Meteorology, v. 164, n. 2, p. 161–181. ISSN 1573-1472, 2017. doi:10.1007/s10546-017-0249-y.

JIMÉNEZ, J., Turbulent flows over rough walls”. Annual Review of Fluid Mechanics, v. 36, n. 1, p. 173–196, 2004. doi:10.1146/annurev.fluid.36.050802.122103.

KROGSTAD, P.; ANTONIA, R. A.; BROWNE, L. W. B. Comparison between rough- and smooth-wall turbulent boundary layers. Journal of Fluid Mechanics, v. 245, p. 599–617, 1992. doi:10.1017/ S0022112092000594.

LEONARDI, S.; ORLANDI, P.; SMALLEY, R. J.; DJENIDI, L.; ANTONIA, R. A. Direct numerical simulations of turbulent channel flow with transverse square bars on one wall. Journal of Fluid Mechanics, v. 491, p. 229–238, 2003. doi: 10.1017/S0022112003005500.

NIKURADSE, J. Laws of flow in rough pipes. [S.l.]: VDI Forschungsheft, 1933. 361 p.

PERRY, A. E.; JOUBERT, P. N. Rough-wall boundary layers in adverse pressure gradients. Journal of Fluid Mechanics, v. 17, n. 2, p. 193–211, 1963. doi:10.1017/S0022112063001245.

PESKIN, C. S. The immersed boundary method. Acta Numerica, v.. 11, p. 479–517, 2002. doi: 10.1017/ S0962492902000077.

RAUPACH, M.; ANTONIA, R.; RAJAGOPALAN, S. Rough-wall turbulent boundary layers. Applied Mechanics Reviews, v. 44, n. 1, p. 1–25, 1991. doi:10.1115/1.3119492.

TACHIE, M. F.; BERGSTROM, D. J.; BALACHANDAR, R. Rough wall turbulent boundary layers in shallow open channel flow. Journal of Fluids Engineering, v. 122, p. 533–541, 2000. doi:10.1115/1.1287267.

THOM, A. S. Momentum absorption by vegetation. Quarterly Journal of the Royal Meteorological Society, v. 97, n. 414, p. 414–428, 1971. ISSN 1477-870X. doi:10.1002/qj.49709741404.

USERA, G.; VERNET, A.; FERRÉ, J. A. A parallel block-structured finite volume method for flows in complex geometry with sliding interfaces. Flow, Turbulence and Combustion, v. 81, n. 3, p. 471– 495, 2008. ISSN 1573-1987. doi:10.1007/s10494-008-9153-3.

Apontamentos

  • Não há apontamentos.