Publicação: Simulação numérica de camadas de mistura em desenvolvimento temporal e espacial, usando a Técnica Espectral da Colocação
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CNPQ::ENGENHARIAS::ENGENHARIA MECANICA
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O objetivo do presente trabalho foi o de desenvolver um código
computacional, utilizando a técnica espectral da colocação, para simular camadas de
mistura compressível e turbulenta, em desenvolvimento temporal e espacial, descritas
pelas equações governantes completas, na forma conservativa. Para isto, implementou—
se o método espectral da colocação de Chebyshev, aliado ao esquema de integração
temporal de Runge-Kutta, utilizando uma formulação explícita. Para a discretização das
derivadas parciais envolvidas no equacionamento, utilizou-se a Transformada Rápida de
Chebyshev (TRC) que permitiu obter um significativo ganho na velocidade de
processamento. O código computacional desenvolvido foi aplicado para simular
escoamentos compressíveis. em altos e baixos números de Reynolds, compreendidos no
intervalo de (10^3 ≤ Re ≤ 7x10^5), com e sem efeitos de estratificação. Os resultados
revelaram vários aspectos das estruturas dos escoamentos que. na sua grande maioria,
concordam com as conclusões apresentadas por várias pesquisas sobre camadas de
mistura. Em particular. são ilustrados os detalhes do comportamento do campo de
densidade nas camadas de mistura espaciais e temporais, evidenciando os efeitos da taxa
de densidade (dos níveis de estratificação) na camada turbulenta. Outras conclusões
importantes foram levantadas utilizando informações provenientes das características
dos espectros de energia térmica e energia cinética, assim como das funções de inter-correlações.
Abstract
The objective of the present work was computacional code developing,
applying the Collocation Spectral Technique to simulate the compressible and turbulent
mixing layers. in temporal and spatial developments, described by the complete
conservative governing equations. It was implemented an explicit formulation for the
Chebyshev Collocation Spectral Technique using the Runge-Kutta scheme for the time-
stepping integration. The partial derivatives in the governing equations were evaluated
using Fast Chebyshev Transform (FCT) that allowed to Shrink significantly the
processing velocity. The computational code developed was applied to simulated
compressible flows under conditions high and low Reynolds numbers
(10^3 ≤ Re ≤ 7x10^5 ), either with or without stratified effect. The results revealed several
aspects of the flow structures that in their large part, they accorded with the previous
conclusions about the mixing layers. Particularly, it was illustrated the details of density
field behavior in temporal and spatial mixing layers, enhanced the density rate effect in
the turbulent mixing layers. Other important conclusions were taken, using the
quantitative results determined by the thermal and kinetic energy cross-correlations.
Palavras-chave
Collocation Spectral method, Compressible and turbulent flow, Temporal and spatial mixing layers, Método espectral da colocação, Escoamento compressível e turbulento, Camada de mistura temporal, Camada de mistura espacial
Citação
SANTOS, Marcelo Fernandes dos. Simulação numérica de camadas de mistura em desenvolvimento temporal e espacial, usando a Técnica Espectral da Colocação. 1998. 183 f. Dissertação (Mestrado em Engenharia Mecânica) - Universidade Federal de Uberlândia, Uberlândia, 2020. DOI http://doi.org/10.14393/ufu.di.1998.15.
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