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metadata.dc.type: Tese
metadata.dc.rights: Acesso Aberto
Title: Modelagem matemática de escoamentos bifásicos usando a metodologia IMERSPEC combinada com os métodos VOF e Front- Tracking
metadata.dc.creator: Villela, Mariana Fernandes dos Santos
metadata.dc.contributor.advisor1: Silveira Neto, Aristeu da
metadata.dc.contributor.advisor-co1: Mariano, Felipe Pamplona
metadata.dc.contributor.referee1: Souza, Francisco José de
metadata.dc.contributor.referee2: Silva, Renato Aparecido Pimentel da
metadata.dc.contributor.referee3: Serfaty, Ricardo
metadata.dc.contributor.referee4: Lyra, Paulo Roberto Maciel
metadata.dc.description.resumo: No presente trabalho propõe-se a extensão da metodologia IMERSPEC para resolver problemas de escoamentos bifásicos. Esta metodologia é baseada no acoplamento do método pseudoespectral de Fourier (MPEF) com o método da fronteira-imersa (MFI). As principais características desta metodologia são a alta taxa de convergência numérica e a alta acurácia aliadas a um baixo custo computacional devido ao algoritmo denominado Fast Fourier Transform (FFT) e, além disso, na resolução das equações de Navier-Stokes não é necessário resolver o sistema linear proveniente do acoplamento pressão-velocidade. Para tratar escoamentos bifásicos com geometria móvel e deformável, dois métodos foram acoplados á metodologia IMERSPEC: Front-Tracking(FT) e Volume of fluid (VOF). O método FT trabalha com dois domínios, sendo um euleriano, onde se resolvem as equações para o fluido e o outro, móvel, lagrangiano, utilizado para as interfaces entre dois fluidos. Para este método, ambos os domínios são acoplados pelo processo de interpolação e distribuição do campo de força lagrangiano e não apresentam restrição quanto ao movimento da malha lagrangiana sobre o domínio euleriano e quanto à deformação da mesma. As principais desvantagens do método Front-Tracking estão na possível perda de massa e na necessidade de implementar modelos para fragmentação e coalescência. O método VOF define a superfície através de frações de volume, o que permite fragmentação e coalescência de bolhas não requerendo modelos específicos. Entretanto apresenta instabilidades numéricas no cálculo da curvatura. Os resultados obtidos através da avaliação das correntes espúrias, conservação de massa e análise através de experimentação numérica de ascensão de bolhas mostram que a metodologia IMERSPEC-FT pode ser considerada validada, enquanto que a metodologia IMERSPEC-VOF apresentou resultados promissores para regime de bolha cilíndrica.
Abstract: The present work proposes to extend the IMERSPEC methodology to solve two-phase flows. This methodology based on the coupling of Fourier psedospectral method (FPSM) and immersed boundary method (IBM). The main features of the FPSM are the high rate of numerical convergence, high numerical accuracy combined with high computational efficiency because it uses the Fast Fourier Transform algorithm, and beside that, in order to solve the Navier-Stokes equations, solving linear system for pressure-velocity coupling is not necessary. To deal with two-phase flows with moving and deformable geometry, two methods were coupled the IMERSPEC methodology: the Front-Tracking method (FT) and Volume of Fluid method (VOF). The FT method works with two domains, the Eulerian, where the equations for the fluid are evaluated and the Lagrangian for modeling the interfaces. In the FT, both domains are coupled by using interpolation and distribution process, with no restriction on the movement and deformation of the dispersed phase of the Lagrangian mesh over Eulerian domain. The disadvantages of the FT method are a possible mass loss and the need of a fragmentation and coalescence bubble model. The VOF method defines the surface by the volume fractions which allows the fragmentation and coalescence of bubbles without the requirement of implementing a specific model, however it may present numerical instabilities. The results obtained by evaluating the spurious currents, mass conservation and analysis through numerical experimentation of bubbles rise show that IMERSPEC-FT can be considered validated and promising, while the IMERSPEC-VOF presents promising results for cylindrical bubble regime.
Keywords: Fourier, Transformações de
Escoamentos bifásicos
Método pseudoespectral de Fourier
Método Front-Tracking
Método Volume of Fluid
Two- phase- flows
Fourier pseudospectral method
Front-Tracking method
Volume of Fluid 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: VILLELA, Mariana Fernandes dos Santos. Modelagem matemática de escoamentos bifásicos usando a metodologia IMERSPEC combinada com os métodos VOF e Front- Tracking. 2015. 167 f. Tese (Doutorado em Engenharias) - Universidade Federal de Uberlândia, Uberlândia, 2015.
URI: https://repositorio.ufu.br/handle/123456789/14771
Issue Date: 17-Aug-2015
Appears in Collections:TESE - Engenharia Mecânica

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