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metadata.dc.type: Tese
metadata.dc.rights: Acesso Aberto
Title: Solução numérica das Equações de Navier-Stokes usando uma hibridação das metodologias Fronteira Imersa e Pseudo-Espectral de Fourier
Other Titles: Numerical solution of Navier-Stokes equations using a hybrid methodology of immersed boundary and Fourier pseudo-spectral
metadata.dc.creator: Mariano, Felipe Pamplona
metadata.dc.contributor.advisor1: Silveira Neto, Aristeu da
metadata.dc.contributor.referee1: Prata, Alvaro Toubes
metadata.dc.contributor.referee2: Lepore Neto, Francisco Paulo
metadata.dc.contributor.referee3: Souza, Francisco José de
metadata.dc.contributor.referee4: Azevedo, João Luiz Filgueiras de
metadata.dc.description.resumo: No presente trabalho é desenvolvida uma nova metodologia para a solução das equações de Navier-Stokes na formulação incompressível aplicada a escoamentos sobre geometrias complexas. Ela é baseada no acoplamento da metodologia pseudo-espectral de Fourier (MPEF) juntamente com a metodologia da fronteira imersa (MFI). As principais particularidades do MPEF é a alta acurácia numérica, aliada com o baixo custo computacional, pois não é necessário resolver o sistema linear do acoplamento pressão-velocidade. Entretanto, ela é limitada a problemas com condições de contorno periódicas. Com o intuito de expandir a aplicabilidade da MPEF a outros problemas da Dinâmica dos Fluidos Computacional (CFD), ela foi acoplada à MFI. A MFI é uma metodologia desenvolvida para simular escoamentos sobre geometrias complexa e móveis usando malha cartesiana. Normalmente, apresenta baixa acurácia nos resultados próximos à região da interface imersa. Com a hibridação proposta no presente trabalho, obtém-se um aumento da precisão dos resultados sobre a fronteira. No presente trabalho mostra-se os resultados de verificação e validação da metodologia híbrida. Para a verificação utilizou-se a técnica das soluções manufaturas, obtendo quarta ordem de convergência numérica. Para a validação simularam-se problemas clássicos de CFD: escoamentos sobre degrau 2D e 3D e escoamentos sobre cilindros. A fim de testar as potencialidades da metodologia também simulou-se a queda de uma partícula em um meio fluido, o qual constitui um problema de interação fluido-estrutura. Os resultados mostraram-se de acordo com os dados da literatura.
Abstract: In the present these a new methodology is developed for incompressible Navier-Stokes equations applied in flow over complex geometries. This methodology is supported by coupling of Fourier pseudo-spectral methodology (FPSM) and immersed boundary methodology (IBM). The main features of FPSM is high numerical accuracy combined with high computational efficiency, since is not necessary to solve the linear system for pressure-velocity coupling. However, it is restricted to problems with periodic boundary conditions. In order to expand the FPSM applicability in Computational Fluid Dynamics (CFD) it is coupled with IBM. The IBM was carried out to solve flows over complex and moving geometries using a cartesian mesh. Generally, IBM reach only low accuracy in solution near of immersed interface. Using the hybridation proposed in the present work, the accuracy increase in results near of boundary. In the present work are shown verification and validation results of hybrid methodology. Manufactured solutions technique is used in order to verify the IMERSPEC methodology. Fourth order convergence rate is obtained. For validation of methodology classical CFD benchmarks flows are simulated: flow over a backward-facing step 2D and 3D and flow over a cylinders. In order to demonstrate the methodology capabilities are also simulated the free fall of rigid body, which is a fluid-structure interaction problem. The results of all benchmark problems are in agreement with literature data.
Keywords: Dinâmica dos fluidos computacional
Método pseudo-espectral de fourier
Método da fronteira imersa
Computational fluid dynamics
Fourier pseudo-spectral method
Immersed boundary method
Dinâmica dos fluidos - Matemática
Dinâmica dos fluidos - Modelos matemáticos
Dinâmica dos fluidos - Processamento de dados
metadata.dc.subject.cnpq: CNPQ::ENGENHARIAS::ENGENHARIA MECANICA
metadata.dc.language: por
metadata.dc.publisher.country: BR
Publisher: Universidade Federal de Uberlândia
metadata.dc.publisher.initials: UFU
metadata.dc.publisher.department: Engenharias
metadata.dc.publisher.program: Programa de Pós-graduação em Engenharia Mecânica
Citation: MARIANO, Felipe Pamplona. Numerical solution of Navier-Stokes equations using a hybrid methodology of immersed boundary and Fourier pseudo-spectral. 2011. 177 f. Tese (Doutorado em Engenharias) - Universidade Federal de Uberlândia, Uberlândia, 2011.
URI: https://repositorio.ufu.br/handle/123456789/14700
Issue Date: 21-Mar-2011
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