Publicação: Método da fronteira imersa aplicado à modelagem matemática e simulação numérica de escoamentos turbulentos sobre geometrias móveis e deformáveis
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CNPQ::ENGENHARIAS::ENGENHARIA MECANICA
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Coorientador
Silva, Ana Lúcia Fernandes de Lima e
Resumo
A modelagem matemática de escoamentos turbulentos sobre geometrias complexas móveis possui
uma extensa área de aplicações práticas e por isso ocupa lugar de destaque nas pesquisas
recentes em engenharia. Uma linha proposta para o tratamento numérico deste tipo de problemas
são os métodos de fronteira imersa. Esta metodologia, ainda em desenvolvimento, tem
por base a separação do problema em dois domínios distintos, um domínio fixo euleriano utilizado
para discretizar as equações do fluido e outro lagrangiano usado para representação da
interface fluido-sólido. Como os domínios são geometricamente independentes, não existem restrições
quanto à movimentação ou deformação de corpos imersos no escoamento. O presente
trabalho apresenta uma extensão do Modelo Físico Virtual, uma metodologia de fronteira imersa
desenvolvida no LTCM/UFU, para a simulação de escoamentos a altos números de Reynolds
sobre geometrias móveis ou deformáveis. O modelo foi utilizado na simulação de escoamentos
laminares sobre corpos deformáveis, aplicados a problemas de otimização de forma. Foram também
simulados aerofólios NACA 0012 móveis imersos em escoamentos turbulentos. Um estudo
comparativo de três diferentes metodologias de modelagem da turbulência em conjunto com o
método de fronteira imersa foi também realizado. São apresentados resultados dos coeficientes
de arrasto, de sustentação e de pressão, assim como o número de Strouhal e resultados qualitativos
dos campos de visualização da dinâmica para cada escoamento estudado. Comparações
foram feitas com resultados numéricos e experimentais disponíveis na literatura, e demonstraram
uma boa coerência física.
Abstract
The mathematical modeling of turbulent flows around complex moving geometries has always
been an extensive area of practical applications and therefore takes place in the recent engineering
research. A possible numerical method proposed to handle these problems is the so
called Immersed Boundary Methods. This methodology is still under development and consists
in separating the problem in two domains, a fixed Eulerian domain used to discretize the fluid
equations and a Lagragian domain used to represent the solid/fluid interface. Since there is no
geometric dependence between these two meshes, the immersed boundary method can easily
handle moving or deformable bodies immersed in the fluid flow. This work presents an extension
of the Virtual Physical Model, an immersed boundary methodology developed at the LTCM/UFU,
to simulate fluid flows at high Reynolds numbers around moving or deformable bodies. The model
was used in the simulation of immersed deformable bodies in laminar flows and was applied in
shape optimization problems. Simulations of the turbulent flow past a pitching NACA 0012 airfoil
was also presented. A brief comparative studied of three turbulence methodologies implemented
with immersed boundary methods is also presented in this work. The results were compared with
the experimental and numerical results available from literature, and a good physical coherence
was obtained.
Palavras-chave
Métodos de fronteira imersa, Modelo físico virtual, Modelagem da turbulência, Fronteiras móveis, Otimização, Immersed boundary methods, Virtual physical model, Turbulence modeling, Moving boundaries, Optimization, Mecânica dos fluidos, Turbulência, Dinâmica dos fluidos
Citação
OLIVEIRA, José Eduardo Santos. Immersed boundary method applied to mathematical modeling and numerical simulation of turbulent flow over moving and deformable boundaries. 2006. 188 f. Tese (Doutorado em Engenharias) - Universidade Federal de Uberlândia, Uberlândia, 2006.