Dissertação

{en_GB=Assessing RANS numerical and modelling properties in the simulation of the flow around fixed and moving cylinders} {} EVALUATED

{pt=A análise do escoamento em torno de corpos não fuselados encontra-se detalhada na literatura, uma vez que fornece um caso canónico para a verificação de soluções e validação de modelos matemáticos. Adicionalmente, o escoamento compreende fenómenos físicos complexos (transição, separação, libertação de vórtices...) ao longo de uma larga gama de números de Reynolds, cujo estudo tem aplicações na aeronáutica e nas energias renováveis \textit{offshore}. Esta dissertação foca-se no escoamento estatisticamente não estacionário em torno de um cilindro circular, a um número de Reynolds de $1 \times 10^{4}$, em condições fixas e de movimento imposto. As equações de Navier-Stokes em média de Reynolds (RANS) são utilizadas para modelação, (captação das propriedades médias do escoamento, no sentido de uma média de conjunto), e completadas com o modelo de turbulência $k-\omega$ SST. Estudam-se casos bidimensionais. Analisam-se técnicas de movimento/deformação de malha para tratar o movimento imposto, e avalia-se a respetiva influência nas condições fronteira aplicadas ao domínio computacional. Apresenta-se ainda um procedimento sistemático para calcular o erro estatístico, iterativo, e de discretização (tanto para o caso fixo como de movimento imposto), bem como uma breve análise dos resultados de casos tridimensionais. Finalmente, avaliam-se alguns detalhes do escoamento para casos de teste selecionados, realiza-se um exercício de validação, e discutem-se as limitações do modelo matemático escolhido. Demonstram-se as semelhanças entre os resultados obtidos com as várias técnicas de movimento/deformação da malha, e apresentam-se conclusões relativas aos casos em que a formulação RANS + $k-\omega$ SST capta ou não as propriedades médias do escoamento., en=The analysis of the flow around bluff bodies is a well reviewed topic in computational fluid dynamics (CFD) since it provides a canonical test case to perform solution verification and mathematical model validation. Furthermore, it features complex physical phenomena (transition, separation, vortex shedding...) over a wide range of Reynolds numbers, whose study finds relevant applications in the fields of aeronautics and offshore renewable energies. This work focuses on the statistically unsteady flow around a circular cylinder, at a Reynolds number of $1 \times 10^{4}$, in fixed and imposed motion conditions. The Reynolds-averaged Navier-Stokes (RANS) equations are used for modelling in order to capture mean flow properties (in the sense of an ensemble average), and closed with the $k-\omega$ SST turbulence model. Two-dimensional test cases are studied. An analysis of the available moving/deforming grid techniques to handle imposed motion is performed, and the influence of the chosen technique on the selected set of boundary conditions for the computational domain is evaluated. A systematic procedure to calculate the statistical, iterative and discretisation error is presented, both for the fixed and imposed motion cases, and a brief analysis of results from three dimensional simulations is performed. Finally, flow field details are evaluated for selected test cases, a validation exercise is presented, and the limitations of the mathematical model are discussed. Similarities in the results obtained with the moving/deforming grid techniques are shown, and insight is provided on cases in which the RANS + $k-\omega$ SST formulation successfully/unsuccessfully captures the mean flow properties.}
{pt=Cilindro, Fixo/Movimento imposto, Malhas móveis/deformáveis, RANS, Média de conjunto, $k-\omega$ SST., en=Cylinder, Fixed/Imposed Motion, Moving/Deforming grids, RANS, Ensemble average, $k-\omega$ SST.}

Novembro 13, 2019, 9:30

Orientação

ORIENTADOR

Luís Rego da Cunha de Eça

Departamento de Engenharia Mecânica (DEM)

Professor Auxiliar