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Alamy Filho, José Eduardo; Schulz, Harry Edmar. Uso conjugado do método de fronteira imersa e modelo físico virtual em escoamentos turbulentos resolvidos com procedimentos da simulação de grandes escalas. In: CONGRESSO LATINOAMERICANO DE HIDRÁULICA, 21., 2004, São Paulo. Anais... São Paulo: IAHR, 2004.
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Resumo

Os métodos clássicos de modelagem de escoamentos com fronteiras de geometrias complexas exigem um procedimento de geração de malha cuja implementação é, na maioria das vezes, trabalhosa e de elevado custo computacional. Dificuldades como estas são mais acentuadas em casos de escoamentos com interfaces móveis, exigindo a reconstrução (local ou global) da malha física para cada nível de tempo. O Método de Fronteira Imersa surgiu como uma forma de suplantar este problema, permitindo simular escoamentos com uma malha fixa e ortogonal acoplada a outra malha que representa a interface da fronteira com o fluido. Este trabalho destaca, entre as metodologias de fronteira imersa, o Modelo Físico Virtual (MFV) como um método que permite calcular a força interfacial, de forma a simular escoamentos com geometrias sólidas e variadas. Para a simulação de problemas com números de Reynolds médios a moderados faz-se necessário o acoplamento das equações de Navier-Stokes e da Continuidade a um modelo de turbulência. A utilização do Método de Fronteira Imersa com o Modelo Físico Virtual, aplicados em conjunto com os procedimentos da Simulação de Grandes Escalas (SGE), representam o foco principal deste trabalho. Os fundamentos destas metodologias, além de um algoritmo geral de cálculo, são descritos e aplicados a um escoamento sobre uma fronteira móvel. Os resultados demonstram que o Método de Fronteira Imersa e os procedimentos da SGE constituem ferramentas de grande potencial na simulação de escoamentos turbulentos sobre fronteiras de geometrias complexas.

Abstract

Classical methods of flow modeling with complex geometries demand a mesh generation procedure with high computational cost and laborious implementation. These shortcomings are more evident for moving boundary flows, requiring global or local mesh reconstruction for each time level. The Immersed Boundary Method allows to simulate flows with fixed and orthogonal mesh added with another mesh that represents the interface. This work emphasizes the Physical Virtual Model, providing a manner to calculate the interfacial force and to simulate flows with solid geometries. At high and moderate Reynolds number flows the Navier-Stokes and Continuity equations must be used with a turbulence model. The Immersed Boundary Method and Physical Virtual Model applied with the Large Eddy Simulation procedures represents the focus of this work. Beyond these methodologies, a general algorithm is described and applied to calculate a flow over a moving surface. The results show that the Immersed Boundary Method and the Large Eddy Simulation constitute potential tools to simulate turbulent flows over complex geometries.
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