Simulación numérica de flujos turbulentos en una cavidad forzada

Abstract

La gran mayoría de los problemas resueltos por la ingeniería están estrechamente vinculados a flujos que se desarrollan en dominios de geometría compleja y en forma turbulenta. Existen diferentes técnicas que permiten la modelación numérica de flujos en estas condiciones. Los códigos CFD juegan un rol crucial en el análisis de estos problemas, siendo capaces de resolver explícitamente el flujo entorno a obstáculos y permitiendo capturar la topografía específica de un determinado emplazamiento. Sin embargo, estos modelos muestran cierta sensibilidad de los resultados al esquema de representación de turbulencia. El objetivo de este trabajo es mejorar la capacidad el modelo numérico caffa3d.MBRi, de uso libre, para la simulación de flujos turbulentos en situaciones intrincadas. Con este propósito se compara la performance del modelo al variar el esquema de parametrización de la turbulencia, imitando la simulación numérica de una cavidad forzada realizada por Zang et al 1993 (Z93) del experimento realizado por Prasad et al 1989 (P89); donde se incorporan al modelo dos esquemas LES dinámicos y se comparan los resultados con el esquema actual. Los resultados muestran que el modelo caffa3d.MBRi representa adecuadamente el flujo turbulento que resulta del experimento P89 y los obtenidos por Z93, observándose una mejora apreciable al aplicar esquemas LES dinámicos frente al esquema básico de Smagorinsky.

Most of the problems solved by engineering are closely linked to turbulent flows which develope in domains with complex geometry. There are different techniques for numerical modeling of flows in these conditions. CFD codes play a crucial role in the analysis of these problems, being able to solve explicitly the flow around obstacles and enabling to capture the specific topography of a given site. However, the results of these models show some sensitivity to the representation scheme of turbulence. The objective of this work is to improve the numerical model caffa3d.MBRi, code free, for the simulation of turbulent flows in complex situations. For this purpose we compare the performance of the model by varying the turbulence parameterization. This is done by following the numerical simulation performed by Zang et al 1993 (Z93) of the experiment of Prasad et al 1989 (P89) developed in a lid-driven cavity. Two different LES dynamic schemes were used in the model a the results were compared with the current scheme. Results show that the caffa3d.MBRi model adequately represents the turbulent flow that arises in P89 and Z93 experiments. A significant improvement is observed in applying dynamic LES schemes as compared to the basic Smagorinsky scheme.