A turbulência é um dos fenómenos mais complicados observados na natureza, tornando difícil uma definição precisa. A literatura oferece muitas definições, por exemplo, a incluída em [1]: "Um movimento de fluido é descrito como turbulento se é tridimensional, rotacional, intermitente, altamente desordenado, difusivo e dissipativo". Se pretende estudar este fenómeno complicado e olhar por baixo do capot, recomendamos esta Introduction to Turbulence.
De forma a capturar completamente a turbulência através da modelação numérica, é necessário resolver as equações de movimento para o fluxo de fluido em todas as escalas espaciais e temporais. Esta abordagem é conhecida como "Simulação numérica direta" (DNS). Para aplicações industriais, os recursos computacionais necessários pelo DNS excedem em muito a capacidade dos supercomputadores mais poderosos atualmente disponíveis.
Em vez disso, o RWIND 2 utiliza uma técnica diferente, como a velocidade ou a pressão decomposta em componentes médias e componentes flutuantes. Por outras palavras, é calculada a média das equações determinantes do movimento do fluido para remover as pequenas escalas, resultando num conjunto modificado de equações que são computacionalmente menos trabalhosos de resolver. Essas equações são designadas por "Equações de Navier-Stokes com média de Reynolds" (RANS).
Para resolver o RANS no RWIND 2, é utilizado o modelo de turbulência k–ε [2], o qual introduz duas equações de transporte para as propriedades de turbulência: A primeira é a equação de transporte da energia cinética de turbulência k e a segunda é a equação de transporte da taxa de dissipação ε de k. Este método representa o modelo mais utilizado e testado para cálculos CFD. Robustez, economia e razoável precisão para uma vasta gama de aplicações de fluxos turbulentos explicam a sua popularidade em simulações de fluxos industriais. Além disso, o RWIND 2 oferece o modelo de turbulência k–ω como alternativa (ver este https://pt.wikipedia.org/wiki/K–omega_turbulence_model).
Com a "Large Eddy Simulation" (LES), estruturas turbulentas de escala relativamente grande são resolvidas como em (DNS). São modeladas estruturas de pequena escala, designadas por escalas de sub-grade.
Na "Análise de fluxo transitório", uma modificação da equação "Reynolds-averaged Navier-Stokes" (RANS), é utilizado o modelo "Spalart-Allmaras Detached Eddy Simulation", ver Openfoam®. Este modelo tenta tratar as regiões próximas da parede de uma forma semelhante ao RANS e trata o resto do fluxo de forma semelhante ao LES. Por outras palavras, é atribuído o modo RANS de solução às regiões onde a escala de comprimento da turbulência é inferior à dimensão máxima da grelha. Como a escala de comprimento turbulento excede a dimensão da grelha, as regiões são resolvidas utilizando o modo LES.