Estudo numérico de escoamentos turbulentos com convecção forçada em cavidades cilíndricas: comparação entre LES e RANS

Abstract

O presente trabalho apresenta um estudo numérico comparando o emprego da Simulação de Grandes Escalas (LES) e Modelagem Clássica (RANS) com o modelo k – ε para a predição dos campos médios e estatísticos em um escoamento turbulento com convecção forçada em cavidades cilíndricas (escoamento de base cisalhante livre) a Re_D = 22000 e Pr = 0.71. No âmbito da convecção forçada, o principal propósito é verificar se o uso das diferentes metodologias para abordagem da turbulência pode conduzir a diferenças consideráveis nos fluxos convectivos nas superfícies da cavidade. Além disso, as diferenças dos campos médios e estatísticos de temperatura também são importantes para futuras análises de escoamentos com mecanismos combinados de convecção e radiação térmica em meios participantes, i.e., investigando a influência das Interações Turbulência-Radiação (TRI). As equações de conservação são resolvidas através do Método de Volumes Finitos (FVM). Os resultados revelaram que o jato apresentou uma maior penetração na cavidade cilíndrica para a simulação realizada com LES, enquanto um maior espalhamento radial foi observado no caso com o modelo RANS k - ε. Apesar de apresentarem uma tendência similar, diferenças significativas foram observadas para os campos médios, estatísticos e fluxos convectivos preditos com LES e RANS.