Aplicação do modelo CBS em problemas da engenharia do vento computacional

Abstract

O presente trabalho tem como objetivo o desenvolvimento de uma ferramenta numérica, baseada no modelo CBS (“Characteristic Based Split”) para resolução de problemas envolvendo a Engenharia do Vento Computacional. O sistema de equações fundamentais do escoamento é formado pelas equações de Navier-Stokes e pela equação de conservação de massa, considerando a hipótese de compressibilidade artificial. Para escoamentos turbulentos utiliza-se a Simulação Direta de Grandes Escalas com o modelo clássico de Smagorinsky para as escalas inferiores à resolução da malha (“Large Eddy Simulation” – LES). Para discretização espacial foi utilizado o Método de Elementos Finitos (MEF) com elementos triangulares e tetraédricos lineares. São analisados primeiramente alguns problemas clássicos da Dinâmica do Fluido Computacional (DFC) para verificação e avaliação do código. Posteriormente, o esquema numérico é validado em simulações da ação do vento sobre pontes e modelos topográficos de morros e taludes. Conclui-se que a ferramenta numérica proposta é capaz de obter resultados consistentes com os fenômenos envolvidos.

The present work aims at the development of a numerical tool, based on the CBS (Characteristic Based Split) model for solving problems involving Computational Wind Engineering. The system of fundamental equations of the fluid flow is formed by the Navier-Stokes equations and the mass conservation equation, which is considered using the artificial compressibility hypothesis. For turbulent flows, Large Scale Direct Simulation (LES) is adopted, where the classic Smagorinsky’s sub-grid scale model is utilized for scales lower than the mesh resolution. For spatial discretization, the Finite Element Method (FEM) is employed with linear triangular and tetrahedral elements. Initially, some classical problems on Computational Fluid Dynamics (CFD) are analyzed for code verification and evaluation. Subsequently, the numerical scheme is validated using simulations of the wind action on bridges and topographic models of hills and slopes. It is concluded that the proposed numerical tool is able to obtain results consistent with the phenomena involved.