Nos m´etodos de simula¸c˜ao precursora uma forma de turbulˆencia ´e computada antes do c´alculo principal e ´e introduzida ao dom´ınio no inlet. Uma grande vantagem dessa ferramenta ´
e que os dados utilizados s˜ao obtidos de simula¸c˜oes reais de turbulˆencia e, portanto, est˜ao de acordo com certos requisitos fundamentais, como as flutua¸c˜oes temporais e espaciais ou o espectro de energia (TABOR; BABA-AHMADI, 2010).
No m´etodo do Dom´ınio C´ıclico, o escoamento recircula atrav´es do mesmo dom´ınio, ou seja, um perfil retirado a jusante ´e reinserido na entrada in´umeras vezes at´e que se alcance um
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estado plenamente desenvolvido. Esse m´etodo ´e comumente utilizado para realizar estudos em pequenas se¸c˜oes, conforme exemplificado por Kim, Moin e Moser (1987) em um canal utilizando DNS. ´E importante notar que a distˆancia entre a entrada e o plano deve ser sufici- entemente grande, permitindo que a turbulˆencia se desenvolva nas condi¸c˜oes de escoamento estipuladas. A velocidade m´edia torna-se constante em uma distˆancia de aproximadamente 40D do inlet, sendo D o diˆametro de uma tubula¸c˜ao, enquanto que os componentes da tens˜ao de Reynolds tendem a adquirir comportamento invariante mais a jusante no escoamento (TA- BOR; BABA-AHMADI, 2010).
Al´em do perfil de velocidade, outras propriedades variantes tamb´em podem ser atribu´ıdas ao inlet, conforme indicado por Baba-Ahmadi e Tabor (2008), como for¸cas de corpo axiais e tangenciais e termos de corre¸c˜ao de velocidade. Tais termos aprimoram a turbulˆencia, pois permitem um controle preciso para que sejam obtidas as condi¸c˜oes desejadas na simula¸c˜ao.
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E importante notar que outra varia¸c˜ao existente nos estudos de Baba-Ahmadi e Tabor (2008) ´
e a n˜ao utiliza¸c˜ao de um plano de entrada para reinserir seus dados, mas sim uma regi˜ao de entrada para atingir os perfis de turbulˆencia e velocidade adequados.
A turbulˆencia gerada por esse m´etodo n˜ao pode ser considerada perfeita, devido ao comportamento c´ıclico dos dados. Os erros gerados ser˜ao perpetuados ao se reinserir o perfil na entrada e possuem a ordem de L/u, sendo L o comprimento do dom´ınio c´ıclico e u a velocidade m´edia do escoamento (TABOR; VILLIERS, 2004).
Outra modifica¸c˜ao poss´ıvel ´e a gera¸c˜ao de uma biblioteca de dados turbulentos em uma geometria auxiliar, mais simples, conforme realizado por Spalart (1988). Como ilustrado pela Figura 10, ap´os a utiliza¸c˜ao do m´etodo do Dom´ınio C´ıclico no dom´ınio auxiliar, as propriedades de um plano a jusante s˜ao extra´ıdas e, em seguida, reinseridas como condi¸c˜ao de contorno no inlet principal. Tal pr´atica pode ser realizada previamente `a simula¸c˜ao principal ou concomitantemente, em paralelo.
N˜ao ´e necess´ario, por exemplo, que propriedades caracter´ısticas do escoamento, como o n´umero de Reynolds e a configura¸c˜ao da malha, sejam idˆenticas em ambos os dom´ınios, pois os dados podem ser redimensionados para se adequarem `a geometria principal (LUND; WU; SQUIRES, 1998; FERRANTE; ELGHOBASHI, 2004). Tal modifica¸c˜ao pode ser realizada para a velocidade em uma tubula¸c˜ao de acordo com a seguinte equa¸c˜ao (WANG; BAI, 2004):
uin = uin+ (ure− ure) u0in u0
re
(4.1) sendo ()in referente `as propriedades a serem inseridas no inlet e ()re, `as propriedades que ser˜ao recicladas.
Com rela¸c˜ao ao n´umero de time steps, no entanto, h´a um impasse referente ao custo computacional. Simular e salvar no modelo precursor uma quantidade de steps equivalente
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Figura 10 – Ap´os atingir um estado de turbulˆencia, um perfil de velocidade em um plano da simula¸c˜ao auxiliar ´e copiado e inserido na corrida principal
Fonte: Ferrante e Elghobashi (2004, p. 373)
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a utilizada na simula¸c˜ao principal pode levar a uma grande demanda pela capacidade de armazenamento, dependendo da dimens˜ao dos dados que comp˜oem a biblioteca.
Entretanto, uma simula¸c˜ao mais extensa do que a biblioteca pr´e-computada implica na introdu¸c˜ao de um comportamento peri´odico na mesma, o que pode afetar significantemente os resultados. Para um caso em que o n´umero de time steps da simula¸c˜ao exceda o dispon´ıvel na biblioteca, tem-se que ser˜ao inseridos novamente os dados atribu´ıdos aos steps iniciais (WANG; BAI, 2004).
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E poss´ıvel eliminar a periodicidade com a introdu¸c˜ao de transforma¸c˜oes aleat´orias, o que traz uma maior dificuldade ao processo. Conforme estudado por Chung e Sung (1997), pode-se manipular e destruir essa tendˆencia, inserindo ru´ıdos nas fun¸c˜oes, alterando os dados temporais.
Por fim, Li et al. (2018) prop˜oem outro m´etodo de gera¸c˜ao de uma biblioteca de dados a partir de um experimento real. Por meio da velocimetria por imagem de part´ıculas (PIV), uma t´ecnica ´optica n˜ao invasiva, ´e poss´ıvel detectar as estruturas de turbulˆencia no escoamento para, em seguida, incorpor´a-las na condi¸c˜ao de contorno. Os dados s˜ao diretamente inseridos no dom´ınio com UDF (User Defined Functions) para cada time step.
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se mais precisos quando comparados aos m´etodos de s´ıntese. No entanto, desenvolver um escoamento com turbulˆencia desejada (plenamente desenvolvida ou n˜ao) pode ser uma tarefa dif´ıcil quando utilizados m´etodos precursores, em raz˜ao de sua caracter´ıstica c´ıclica, com resistˆencia `a adapta¸c˜ao por mudan¸cas repetidas nas condi¸c˜oes de entrada.