Simulações numéricas de correntes gravitacionais com elevado número de Reynolds

Abstract

Este trabalho investiga o método de simulação de grandes escalas (LES) no contexto de correntes gravitacionais. O mesmo se faz necessário, visto que possibilita um aumento substancial da ordem de grandeza do número de Reynolds característico utilizado em simulações numéricas, aproximando os mesmos de escalas naturais, além de reduzir significativamente o custo computacional dos cálculos. A avaliação dos modelos é realizada utilizando uma base de dados de simulação numérica direta (DNS). A metodologia de simulação de grandes escalas implícita (ILES), baseada no modelo de viscosidade turbulenta espectral, é colocado a prova de maneira inédita no contexto de correntes de gravidade com métodos explícitos disponíveis na literatura. Resultados demonstram que o mesmo, baseado puramente em dissipação numérica introduzida por meio do comportamento dos esquemas de derivada de segunda ordem, gera melhores correlações com as estatísticas baseadas em campos médios da simulação direta. Por fim, casos experimentais da literatura, em diferentes configurações de escoamento, são reproduzidos numericamente.

This work investigates the method of large-eddy simulation (LES) in the context of gravity currents, which is found necessary since it allows a substantial increase in the order of magnitude of the characteristic Reynolds number used in numerical simulations, approaching them with natural scales, in addition to significantly reducing the computational cost. The implicit large eddy simulation (ILES) methodology, based on the spectral vanishing viscosity model, is unprecedentedly employed in the context of gravity currents, is compared against with explicit methods such as the static and dynamic Smagorisnky. The evaluation of the models is performed based on statistics from a direct numerical simulation (DNS). Results demonstrate that the first model based purely on numerical dissipation, introduced by means of the second order derivative, generates better correlations with the direct simulation. Finally, experimental cases of the literature, in different flow configurations, are reproduced numerically showing good agreement in terms of the front position evolution.