Publicação: Introdução à modelagem matemática e computacional de escoamentos laminares de fluidos newtonianos e não-newtonianos com efeitos térmicos
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CNPQ::ENGENHARIAS::ENGENHARIA MECANICA
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Figueiredo, Rafael Alves
Resumo
Um dos principais desafios no contexto de aplicação dos métodos de Dinâmica dos Fluidos Computacional (DF C), é a compreensão dos métodos e modelos utilizados nos diferentes
tipos de escoamentos simulados. Diante deste contexto, no presente trabalho apresenta-se a
metodologia utilizada para a construção de um código computacional voltado à solução de
escoamentos newtonianos com e sem a transferência de energia térmica, além de escoamentos
não-newtonianos. Inicialmente, apresentou-se um detalhamento a respeito do modelo físico dos
escoamentos utilizados para validar as rotinas implementadas, após ter detalhado as equações
para modelar os problemas abordados no presente trabalho, trazendo um breve contexto histórico dos mesmos, bem como as especificidades tratadas na literatura a respeito destes. Após
esta etapa foram detalhados os métodos numéricos utilizados para discretizar as equações, bem
como a metodologia de malha e os métodos para solução de sistemas lineares. Por fim, são
apresentados os resultados obtidos a partir da simulação dos problemas elencados, bem como
a comparação destes com a literatura e com modelos analíticos. Os mesmos se mostraram coerentes com a literatura, em específico, nos escoamentos não-newtonianos, onde observou-se
a influência na escolha do invariante na qualidade dos resultados para os diferentes regimes
de escoamento. O código corroborou para o entendimento dos desafios da implementação dos
modelos e das limitações numéricas dos métodos utilizados. O trabalho foi desenvolvido no
Laboratório de Mecânica dos Fluidos da Faculdade de Engenharia Mecânica da Universidade
Federal de Uberlândia (MF Lab-F EMEC-UF U).
Abstract
One of the main challenges in the context of applying Computational Fluid Dynamics
(CF D) methods is understanding the methods and models used in simulating different types of
flow. In this context, this study presents the methodology used to build a computational code
aimed at solving Newtonian flows with and without thermal energy transfer, as well as nonNewtonian flows. Initially, a detailed description of the physical model of the flows used to
validate the implemented routines is provided, after detailing the equations used to model the
problems addressed in this work, along with a brief historical context and the specific aspects
addressed in the literature regarding them. Subsequently, the numerical methods used to discretize the equations are detailed, as well as the mesh methodology and methods for solving linear
systems. Finally, the results obtained from simulating the selected problems are presented,
as well as their comparison with literature and analytical models. These results were consistent with the literature, particularly in non-Newtonian flows, where the influence of invariant
choice on the quality of results for different flow regimes was observed. The code contributed
to understanding the challenges of implementing models and the numerical limitations of the
methods used. The work was developed at the Fluid Mechanics Laboratory of the Faculty of
Mechanical Engineering at the Federal University of Uberlândia (MF Lab-F EMEC-UF U).
Palavras-chave
Dinâmica dos Fluidos Computacional, Fluidos Não-Newtonianos, Escoamentos Térmicos, Volumes finitos., Computational Fluid Dynamics (CF D), Non-Newtonian Fluids, Thermal Flows, Finite Volumes.
Citação
BORGES, Luís Eduardo Silva. Introdução À Modelagem Matemática E Computacional De Escoamentos Laminares De Fluidos Newtonianos E Não-Newtonianos Com Efeitos Térmicos. 2024. 99 f. Trabalho de Conclusão de Curso (Graduação em Engenharia Mecânica) – Universidade Federal de Uberlândia, Uberlândia, 2024.
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