[1] O documento descreve a simulação de fluxo em um degrau usando o OpenFOAM, comparando modelos de turbulência do tipo RANS. [2] Detalha a metodologia, estrutura do OpenFOAM, simulação realizada e resultados obtidos no trabalho original. [3] Os resultados incluem distribuições de velocidade, pressão e coeficiente de pressão ao longo da parede inferior para validar os modelos de turbulência.

1. Introdução Metodologia Estrutura do OpenFOAM Simulação Resultados do trabalho original
Comparação entre Modelos de Turbulência do tipo
RANS por Simulação de Fluxo em um Degrau
João Felipe Mitre1
1
Universidade Federal Fluminense
Departamento de Engenharia Química e de Petróleo
2019

2. Introdução Metodologia Estrutura do OpenFOAM Simulação Resultados do trabalho original
1 Introdução
2 Metodologia
3 Estrutura do OpenFOAM
4 Simulação
5 Resultados do trabalho original

3. Introdução Metodologia Estrutura do OpenFOAM Simulação Resultados do trabalho original
Introdução
Expansão de um fluido pela presença de um degrau:
Empregado na verificação da qualidade de modelos de turbulência;
Vários autores (ROBERTSON et al., 2015; DING et al., 2012;
HUNGLE et al., 1997) têm mostrado problemas deste tipo.

4. Introdução Metodologia Estrutura do OpenFOAM Simulação Resultados do trabalho original
1 Introdução
2 Metodologia
3 Estrutura do OpenFOAM
4 Simulação
5 Resultados do trabalho original

5. Introdução Metodologia Estrutura do OpenFOAM Simulação Resultados do trabalho original
Metodologia
Geometria empregada nas simulações:

6. Introdução Metodologia Estrutura do OpenFOAM Simulação Resultados do trabalho original
Metodologia
Condições
Regime permanente
Fluido newtoniano
Escoamento incompressível
Modelos de Turbulência do tipo RANS
Viscosidade turbulenta (νt) Reynolds Stress Model
X Algébricos X LRR
X 1 equação diferencial X SSG
X 2 equações diferenciais X SSG/LRR e variantes

7. Introdução Metodologia Estrutura do OpenFOAM Simulação Resultados do trabalho original
Metodologia
Equação média da continuidade e Equação média de conservação de
quantidade de movimento linear
∇ · hui = 0
∂hui
∂t
+ (hui · ∇)hui = −∇p + ∇ · {(ν + νt)(∇hui + ∇huiT
)}

8. Introdução Metodologia Estrutura do OpenFOAM Simulação Resultados do trabalho original
1 Introdução
2 Metodologia
3 Estrutura do OpenFOAM
4 Simulação
5 Resultados do trabalho original

9. Introdução Metodologia Estrutura do OpenFOAM Simulação Resultados do trabalho original
Estrutura do OpenFOAM
Diretórios para os dicionários:

10. Introdução Metodologia Estrutura do OpenFOAM Simulação Resultados do trabalho original
Pasta system
Dicionários da pasta system:

11. Introdução Metodologia Estrutura do OpenFOAM Simulação Resultados do trabalho original
Pasta system
Dicionário controlDict:

12. Introdução Metodologia Estrutura do OpenFOAM Simulação Resultados do trabalho original
Pasta system
Dicionário fvSchemes:

13. Introdução Metodologia Estrutura do OpenFOAM Simulação Resultados do trabalho original
Pasta system
Dicionário fvSchemes (continuação):

14. Introdução Metodologia Estrutura do OpenFOAM Simulação Resultados do trabalho original
Pasta system
Dicionário fvSolution:

15. Introdução Metodologia Estrutura do OpenFOAM Simulação Resultados do trabalho original
Pasta system
Dicionário fvSolution (continuação):

16. Introdução Metodologia Estrutura do OpenFOAM Simulação Resultados do trabalho original
Pasta constant
Dicionários da pasta constant:
A pasta polyMesh é gerada após o comando blockMesh no
terminal, que gera a malha de acordo com o dicionário
blockMeshDict da pasta system

17. Introdução Metodologia Estrutura do OpenFOAM Simulação Resultados do trabalho original
Pasta constant
Dicionário transportProperties:

18. Introdução Metodologia Estrutura do OpenFOAM Simulação Resultados do trabalho original
Pasta constant
Dicionário turbulenceProperties:

19. Introdução Metodologia Estrutura do OpenFOAM Simulação Resultados do trabalho original
pasta 0
Dicionário boundary:
Esse dicionário mostra todos patchs atribuídos à geometria.

20. Introdução Metodologia Estrutura do OpenFOAM Simulação Resultados do trabalho original
pasta 0
Dicionários da pasta 0:

21. Introdução Metodologia Estrutura do OpenFOAM Simulação Resultados do trabalho original
pasta 0
Dicionários U e p, respectivamente:
Importante notar que defaultFaces é justamente as paredes da
direção z, que simulariam um provável 3D.

22. Introdução Metodologia Estrutura do OpenFOAM Simulação Resultados do trabalho original
pasta 0
Dicionário k:

23. Introdução Metodologia Estrutura do OpenFOAM Simulação Resultados do trabalho original
pasta 0
Dicionário nut:

24. Introdução Metodologia Estrutura do OpenFOAM Simulação Resultados do trabalho original
pasta 0
Dicionário omega:

25. Introdução Metodologia Estrutura do OpenFOAM Simulação Resultados do trabalho original
1 Introdução
2 Metodologia
3 Estrutura do OpenFOAM
4 Simulação
5 Resultados do trabalho original

26. Introdução Metodologia Estrutura do OpenFOAM Simulação Resultados do trabalho original
Simulação
blockMesh constrói a malha a partir do dicionário blockMeshDict.
checkMesh irá fornecer parâmetros da malha gerada.
simpleFoam dará inicio ao solver com base no algoritmo SIMPLE.
O que vem após “ >” permite salvar num log os dados gerados com
os comandos.

27. Introdução Metodologia Estrutura do OpenFOAM Simulação Resultados do trabalho original
Simulação
Após o comando para iniciar o utilitário pyFoam:
São gerados gráficos onde é possível acompanhar o resíduo e a
equação da continuidade:
Obs: O pyFoam deve ser instalado a parte.

28. Introdução Metodologia Estrutura do OpenFOAM Simulação Resultados do trabalho original
Simulação
Valor de y+ na parede debaixo para o modelo de turbulência
utilizado:
Modelo y+ mínimo y+ médio y+ máximo
κ − ω 3,49e-5 0,88 4,77
Para o cálculo do y+ no ultimo tempo salvo, basta dar o comando:

29. Introdução Metodologia Estrutura do OpenFOAM Simulação Resultados do trabalho original
Simulação
Para extrair dados, pode ser utilizado o paraView ou o próprio
openFoam.
Para a manipulação dos dados gerados (adimensionalização, etc.), é
recomendado o uso de programas de terceiros (C++, C, Python,
etc).
Para a plotagem, utilizou-se o gnuplot no trabalho original.

30. Introdução Metodologia Estrutura do OpenFOAM Simulação Resultados do trabalho original
1 Introdução
2 Metodologia
3 Estrutura do OpenFOAM
4 Simulação
5 Resultados do trabalho original

31. Introdução Metodologia Estrutura do OpenFOAM Simulação Resultados do trabalho original
Resultados do trabalho original
Distribuição de velocidade horizontal na seção transversal x/H=8
para diferentes malhas do modelo κ − padrão

32. Introdução Metodologia Estrutura do OpenFOAM Simulação Resultados do trabalho original
Resultados do trabalho original
Para a malha 3 do modelo κ − , obteve-se:
Figura: Distribuição da velocidade média
Figura: Campo de pressão médio

33. Introdução Metodologia Estrutura do OpenFOAM Simulação Resultados do trabalho original
Resultados do trabalho original
Distribuição do coeficiente de pressão Cp ao longo da superfície da
parede inferior para diferentes modelos de turbulência
Cp = 2
p − p0
ρU2
0

34. Introdução Metodologia Estrutura do OpenFOAM Simulação Resultados do trabalho original
Resultados do trabalho original
Distribuição de Ux na seção transversal x/H=5,33

35. Introdução Metodologia Estrutura do OpenFOAM Simulação Resultados do trabalho original
Resultados do trabalho original
Distribuição de Ux na seção transversal x/H=8