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metadata.dc.type: Tese
metadata.dc.rights: Acesso Aberto
Title: Desenvolvimento e implementação da metodologia combinada fronteira imersa térmica e pseudoespectral de Fourier
Other Titles: Development and implementation of the merging of thermal immersed boundary and Fourier pseudospectral methodologies
metadata.dc.creator: Kinoshita, Denise
metadata.dc.contributor.advisor1: Silveira Neto, Aristeu da
metadata.dc.contributor.advisor-co1: Mariano, Felipe Pamplona
metadata.dc.contributor.referee1: Padilla, Elie Luis Martínez
metadata.dc.contributor.referee2: Guimarães, Gilmar
metadata.dc.contributor.referee3: Gasche, José Luiz
metadata.dc.contributor.referee4: Souza, Leandro Franco de
metadata.dc.contributor.referee5: Serfaty, Ricardo
metadata.dc.description.resumo: Uma nova metodologia de modelagem matemática combinando os métodos de fronteira imersa e pseudoespectral de Fourier - IMERSPEC - foi desenvolvida para problemas de transferência de energia térmica, usando as equações de Navier-Stokes, a equação de balanço de massa e a equação de balanço de energia para escoamentos incompressíveis. O algoritmo numérico consiste do método de colocação pseudoespectral de Fourier, usado para a solução do escoamento e transferência de energia térmica, enquanto que o método da fronteira imersa (método de múltiplas forçagens) é usado apenas para aplicar as condições de contorno térmicas. A metodologia IMERSPEC foi desenvolvida no laboratório de mecânica dos fluidos (MFLab) para resolver problemas em escoamentos isotérmicos de fluidos. No presente trabalho, é proposta uma nova formulação para as condições de contorno de primeira espécie (Dirichlet), segunda espécie (Neumann) e terceira espécie (Robin). A verificação e validação da metodologia são apresentadas para todas as condições de contorno e mostraram boa concordância com a literatura. Além disso, a convergência da metodologia quando aplicada a problemas matemáticos com soluções analíticas sintetizadas forneceu acurácia em nível de erro de máquina, e taxa de convergência de ordem quatro para pontos não coincidentes. Para problemas físicos, a metodologia apresentada propicia obtenção de taxa de convergência de segunda ordem para a equação da energia e para as equações de Navier-Stokes. O custo computacional foi analisado e mostrou que a metodologia apresenta ordem Nlog2N, resultado esperado para o método de Fourier
Abstract: A novel methodology combining Fourier pseudospectral and immersed boundary methods - IMERSPEC - has been developed for heat transfer problems, using Navier-Stokes, mass conservation and energy equations for incompressible flows. The numerical algorithm consists of a Fourier pseudospectral collocation method, used for flow solution and thermal heat transfer, while the immersed boundary method (multi-direct forcing method) is used only to apply the thermal boundary conditions. The IMERSPEC methodology has been developed in the fluid mechanic laboratory (MFLab) to solve isothermal fluid flows problems. In the present work, a new formulation for first (Dirichlet), second (Neumann) and third (Robin) boundary conditions types is proposed. The verification and validation of the methodology are presented for every boundary conditions and the results show a good agreement with the literature. Furthemore, the methodology convergence when applied to mathematical problems with synthesized analytical solutions shows accuracy machine and four order to rate of convergence for non coincidents nodes. Whilst for physical problems, the presented methodology provides second order rate of convergence for the energy equation and the Navier-Stokes equations. The computational cost has been analyzed and it is shown that runtime presents Nlog2N order, expected result to Fourier method
Keywords: Equação da energia
Condições de contorno
Método da Fronteira Imersa
Método Pseudoespectral de Fourier
Energy equation
Boundary conditions
Immersed boundary Method
Fourier pseudospectral method
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: KINOSHITA, Denise. Development and implementation of the merging of thermal immersed boundary and Fourier pseudospectral methodologies. 2015. 164 f. Tese (Doutorado em Engenharias) - Universidade Federal de Uberlândia, Uberlândia, 2015.
URI: https://repositorio.ufu.br/handle/123456789/14761
Issue Date: 9-Apr-2015
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