Please use this identifier to cite or link to this item: http://hdl.handle.net/11422/12152
Type: Dissertação
Title: Machine learning techniques for accuracy improvement of RANS simulations
Author(s)/Inventor(s): Cruz, Matheus Altomare
Advisor: Thompson, Roney Leon
Abstract: Há um grande número de escoamentos de interesse que são turbulentos. Como a Simulação Numérica Direta (DNS) e os experimentos são caros, o uso dos modelos RANS (Reynolds Average Navier-Stokes) torna-se uma necessidade. No entanto, tal abordagem possui pouca precisão. Este fato justifica a alta demanda por melhores modelos. Neste trabalho, uma técnica que usa o aprendizado de máquina, por meio de redes neurais, é usada para corrigir o modelo RANS κ - , considerando os dados DNS como ideais. As metodologias disponíveis na literatura empregam o tensor de tensão de Reynolds como a principal quantidade a ser corrigida. Uma vez que esta entidade é corrigida, o campo de velocidade é recalculado pelas equações de transporte RANS. Consequentemente, o campo de velocidade obtido se aproxima dos resultados de DNS. No entanto, no presente trabalho, essa metodologia é criticada devido à existência de incertezas no campo de tensões turbulentas fornecido pelos bancos de dados DNS. Sabe-se que os momentos estatísticos de segunda ordem (tensor de Reynolds) não são tão bem convergidos quanto os de primeira ordem (campos de velocidade e pressão médios) em simulações de DNS. Essas incertezas são propagadas e contaminam a velocidade média calculada a partir da mesma. Por esta razão, propõe-se, como nova metodologia, a correção do divergente do tensor de Reynolds, por ser é a única parte que de fato entra no balanço de momentum linear médio. Esta divergência pode ser calculada a partir dos campos de velocidade média e pressão, que são bem convergidos, utilizando a equação de balanço de quantidade de movimento linear médio. Os resultados obtidos até agora demonstraram que a correção do campo divergente das tensões turbulentas RANS é capaz de reconstruir os campos de velocidade média mais próximos do DNS do que a correção completa do tensor geralmente empregado na literatura.
Abstract: There is a wide number of applications where the flow is turbulent. Since Direct Numerical Simulation (DNS) and experiments are expensive, the use of Reynolds Average Navier-Stokes (RANS) models is a necessity. However, the obtained models from this approach have low accuracy. This fact justifies the high demand for better models. In this work, a technique that uses machine learning, by means of neural networks, is used to correct the κ- RANS model considering the DNS data as ideal. The methodologies available in the literature employ the Reynolds stress tensor as the main quantity to be corrected. Once this entity is corrected, the velocity field is recalculated by the RANS transport equations. Consequently, the obtained velocity field gets closer to DNS results. However, in the present work, such methodology is criticized due to the existence of uncertainties in the turbulent stress field provided by DNS databases. It is known that the second-order statistical moments (Reynolds stress tensor) are not as well converged as the first order ones (mean velocity and pressure fields) in DNS simulations. These uncertainties are propagated, and contaminate the mean velocity field calculated from it. For this reason, it is proposed, as a new methodology, the correction of the divergent of the Reynolds stress tensor, because it is the only part that is computed in the mean linear momentum balance. This divergence can be calculated from the mean velocity and pressure fields, which are well converged, using the mean linear momentum equation. The results obtained so far have demonstrated that the divergent correction of the RANS turbulent stress field is able to reconstruct mean velocity fields closer to the DNS than the complete tensor correction usually employed in the literature.
Keywords: Fluxos turbulentos
OpenFOAM
Subject CNPq: CNPQ::ENGENHARIAS::ENGENHARIA MECANICA
Program: Programa de Pós-Graduação em Engenharia Mecânica
Production unit: Instituto Alberto Luiz Coimbra de Pós-Graduação e Pesquisa de Engenharia
Publisher: Universidade Federal do Rio de Janeiro
Issue Date: Feb-2018
Publisher country: Brasil
Language: eng
Right access: Acesso Aberto
Appears in Collections:Engenharia Mecânica

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