Investigación

Simulación de la turbulencia de un flujo que pasa alrededor de un cilindro de sección cuadrada a partir de la utilización de la simulación de grandes escalas y de fronteras inmersas

M. Salinas–Vázquez ^*, W. Vicente–Rodríguez ^**, E. Chol–Orea^*** y V. Leyva García^****

Instituto de Ingeniería, Universidad Nacional Autónoma de México, Torre de Ingeniería, Ciudad Universitaria, 04510, México D.F., México, e–mails: ^*msalinasv@ii.unam.mx, ^**wvicenter@ii.unam.mx, ^***echlo@ii.unam.mx, ^****vleyvag@ii.unam.mx

Recibido el 26 de junio de 2007
Aceptado el 27 de noviembre de 2007

Resumen

Se estudia el flujo alrededor de un cilindro de sección cuadrada a bajo número de Reynolds utilizando la simulación de grandes escalas, basada en los modelos submalla de la función de estructura. Con el propósito de verificar su uso en casos de interés práctico en la industria y en la ingeniería, se implementaron fronteras inmersas que simulan el comportamiento de un cuerpo sólido, en este caso de un cilindro cuadrado. Igualmente se utilizaron aceleradores de paso de tiempo que permiten incrementar su valor. Los resultados obtenidos son de gran calidad sin el gasto requerido en tiempo y en memoria asociados a la simulación de grandes escalas. Esto permite una aproximación de gran precisión en el estudio de la transferencia de calor, la acústica y las vibraciones mecánicas en flujos reales con geometrías complejas.

Descriptores: Turbulencia; estela; simulación numérica.

Abstract

A Large Eddy Simulation study of flow around a square cylinder at low Reynolds number is presented. The Large Eddy Simulation is based on structure function subgrid models. To assess this method's relevance to industrial and engineering flows, immersed boundary conditions are implemented to render the solid surface, i.e. the square rod. We also introduce an artificial acoustic stiffness reduction for fully compressible flows which allows a much higher time step to be implemented. Very high quality results are obtained without the usually high cost of process time and memory requirements associated with LES. The proposed method opens a new approach to high precision modeling for heat transfer, acoustics and mechanical vibrations problems of real flows with complex geometries.

Keywords: Turbulence; wake; numerical simulation.

PACS: 47.21./i; 47.27.Gs; 47.40.Dc

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Agradecimientos

Este trabajo fue financiado por la Dirección General de Asuntos del personal Académico, UNAM, bajo el proyecto PAPIIT–IN–109106–3.

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