Publicação: Métodos pseudoespectral de Fourier e fronteira imersa aplicados a
escoamentos simplificados de engenharia de perfuração
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CNPQ::ENGENHARIAS::ENGENHARIA MECANICA
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Orientador
Coorientador
Silveira Neto, Aristeu da
Resumo
O presente trabalho tem como propósito, aplicar a metodologia Pseudoespectral de Fourier
com o M´método da fronteira imersa (IBM) para problemas que envolvem interação fluido estrutura,
a qual foi implementada utilizando o m´método pseudoespectral de Fourier acoplado
com o m´método da fronteira imersa. Inicialmente, foram propostas análises comparativas
entre dois m´métodos numéricos: Método dos Volumes Finitos (MVF) e o Método Pseudoespectral
de Fourier (MPEFO), com e sem o uso do m´método da Fronteira Imersa (MFI).
Esta análise engloba a verificação e a validação numérica de ambos códigos, a fim de
constatar as vantagens e as desvangens do MPEFO em relação ao MVF. A segunda parte
consiste na implementação de um modelo de interação fluido estrutura no código IMERSPEC2D,
esta implementação leva em conta o modelo de interação particionado, com
uso do m´método de Runge-Kutta de quarta ordem otimizado tanto para o avanço temporal
do fluido, quanto para a estrutura. Além disso, é realizada a adimensionalização das
equações que modelam a movimentação estrutural. As implementações propostas, obteve
resultados com maior acurácia e com um custo computacional menor demostrando aplicabilidade
e potencialidade da metodologia IMERSPEC. Por fim, realizou-se aplicações
em problemas simplificados de perfuração de poços, ainda bidimensionais, sendo possível
observar padrões de escoamento nas tubulações de extração para diferentes razões de aspecto
e números de Reynolds.
Abstract
The present work aims to present a model of fluid-structure interaction, which was implemented
in IMERSPEC2D code, that is a numerical code that solves problems of flow over
immersed bodies by using the pseudospectral Fourier method coupled with the immersed
boundary method. Initially, it has been proposed a comparative analysis between two
numerical methods: Finite Volume Method (FVM) and Fourier Pseudospectral Method
(MPEFO) with and without the use of the Immersed Boundary Method (MFI). This first
analysis includes verification and validation of both numerical codes, in order to determine
the advantages and disadvantages of MPEFO compared to MVF. The second part
is the implementation of a fluid structure interaction model in IMERSPEC2D code, this
approach takes account the partitioned interaction model, by using the fourth order optimized
Runge-Kutta method in both time advanced of the fluid and of the structure.
Furthermore, it is proposed to non-dimensionalization of the equations that models the
structural movement. These implementations yield results with more accuracy and low
computational cost, by proving the applicability and potentiality of IMERSPEC methodology.
Lastly, several applications have been held in drilling and extraction oil problems.
These simulations are still two-dimensional, however, it is possible to observe interesting
flow patterns into extraction pipes for different aspect ratios and Reynolds numbers.
Palavras-chave
Dinâmica dos fluidos computacional, Método pseudoespectral de fourier, Método da fronteira imersa, Interação fluido-estrutura, Computational fluid dynamics, Fourier pseudspectral method, Finite volumes method, Immersed boundary method, Fluid-structure interaction, Fluidodinâmica computacional, Fourier, Análise de, Petróleo - Prospecção
Citação
NASCIMENTO, Andreia Aoyagui. Métodos pseudoespectral de Fourier e fronteira imersa aplicados a
escoamentos simplificados de engenharia de perfuração. 2016. 189 f. Tese (Doutorado em Engenharias) - Universidade Federal de Uberlândia, Uberlândia, 2016. DOI https://doi.org/10.14393/ufu.te.2016.11