Escolhendo o Modelo de Turbulência Ideal em CFD: Uma Análise Detalhada

Encontrar o modelo de turbulência ideal em simulações CFD é um desafio significativo, muitas vezes dependendo do conhecimento do simulador. No entanto, uma investigação cuidadosa pode revelar qual modelo é mais apropriado para uma aplicação específica. Este artigo explora os modelos de Reynolds Average (RAS) com foco nas duas equações K-Epsilon e suas variações (realizable e RNG).

Para uma avaliação abrangente, utilizamos o OpenFoam - simpleFoam com malhas finas. Analisamos os modelos em uma geometria capaz de demonstrar variações no fluxo interno.

Modelos de Reynolds Average (RAS):

K-Epsilon Padrão:
-Viscosidade turbulenta elevada em zonas de separação de fluxo.
-Aumento expressivo na energia cinética acima do fluxo de separação.
-Menos recomendado, especialmente para fluxos externos.

Realizable K-Epsilon:
-Novas implementações na viscosidade turbulenta e no termo de dissipação.
-Possíveis valores anti-físicos na viscosidade turbulenta devido a pontos de rotação.
-Aumento na energia cinética na zona de estagnação do fluxo.
-Camada de separação maior em comparação com outros métodos.

RNG K-Epsilon:
-Consistência mais realista, especialmente em zonas de separação e estagnação.
-Viscosidade mais baixa em regiões de alta tensão comparado ao K-Epsilon padrão.
-Representatividade superior aos efeitos de deformação rápida e curvatura aerodinâmica.

Detalhando a Comparação:
Explore imagens detalhadas com valores de energia cinética, velocidade, pressão e viscosidade turbulenta para cada modelo estudado (A dissipação turbulenta não foi apresentada devido à sua mínima variação entre os modelos).

Conclusão:
Sem validação direta, é difícil afirmar a confiabilidade absoluta de um método. No entanto, ao analisar as influências das variáveis, notamos que o modelo K-Epsilon padrão e o Realizable mostram resultados fora do comum. O modelo RNG, por outro lado, exibe um comportamento mais correto, especialmente em zonas de separação. Esta análise fornece uma base para a escolha informada do modelo de turbulência em futuras simulações CFD.