Aplicação dos métodos pseudoespectral de Fourier e da fronteira imersa na análise de escoamentos utilizando o modelo de fechamento da turbulência de Spalart-Allmaras

Abstract

A busca por métodos de alta acurácia e alta taxa de convergência para a solução das equações da fluidodinâmica é de grande interesse na mecânica dos fluidos computacional, especialmente devido à necessidade de tratar fenômenos físicos complexos, como os escoamentos turbulen tos, que demandam metodologias de alta ordem para fornecer soluções precisas e fiéis à física do problema. A principal dificuldade em alcançar alta acurácia na solução dessas equações reside no elevado custo computacional. Nesse contexto, a metodologia IMERSPEC se destaca ao combinar o método pseudoespectral de Fourier (MPEF) com o método da fronteira imersa (MFI). As principais características do MPEF incluem sua alta acurácia numérica e baixo custo computacional, uma vez que não requer a resolução de sistemas lineares para o acoplamento pressão-velocidade. O MFI é integrado para ampliar a aplicabilidade do MPEF a problemas não periódicos, permitindo a simulação de escoamentos sobre geometrias complexas. No pre sente trabalho, investiga-se como a combinação da metodologia IMERSPEC com o modelo de fechamento da turbulência de Spalart-Allmaras pode contribuir para simulações acuradas e eficientes de escoamentos turbulentos. Foram simulados escoamentos turbulentos em ca nais, sobre cilindros e aerofólios, cujos resultados foram comparados com dados de simulação computacional direta disponíveis na literatura, demonstrando boa concordância qualitativa e quantitativa. Assim, este estudo valida e amplia o uso da metodologia IMERSPEC, avançando na simulação de escoamentos turbulentos com modelagem de turbulência.