Please use this identifier to cite or link to this item: https://repositorio.ufu.br/handle/123456789/14794
metadata.dc.type: Tese
metadata.dc.rights: Acesso Aberto
Title: Modelagem matemática tridimensional para problemas de interação fluido-estrutura
Other Titles: Mathematical modeling for three-dimensional fluid-structure interaction problems
metadata.dc.creator: Campregher Junior, Rubens
metadata.dc.contributor.advisor1: Silveira Neto, Aristeu da
metadata.dc.contributor.advisor-co1: Mansur, Sergio Said
metadata.dc.contributor.referee1: Silva, Ana Lúcia Fernandes de Lima e
metadata.dc.contributor.referee2: Lepore Neto, Francisco Paulo
metadata.dc.contributor.referee3: Roma, Alexandre Megiorin
metadata.dc.contributor.referee4: Maliska, Clovis Raimundo
metadata.dc.contributor.referee5: Silvestrini, Jorge Hugo
metadata.dc.description.resumo: A modelagem matemática e a simulação numérica de escoamentos turbulentos tridimensionais ao redor de geometrias complexas móveis constituem um dos grandes desafios da engenharia moderna. A discretização de domínios tridimensionais costuma exigir grande capacidade de armazenamento e processamento de dados que, se somados aos freqüentes refinamentos locais das malhas, torna os cálculos extremamente caros. Por sua vez, a representação de geometrias complexas empregando coordenadas generalizadas, pode gerar dificuldades matemáticas ou numéricas, além de possuírem abrangência limitada. A metodologia de Fronteira Imersa está sendo desenvolvida como uma alternativa para lidar com este problema, separando-o em dois domínios distintos: um domínio lagrangiano para representar a interface sólido/fluido e um domínio euleriano para discretizar o fluido. O presente trabalho apresenta uma extensão para problemas tridimensionais de uma metodologia de fronteira imersa, desenvolvida no LTCM, denominada Modelo Físico Virtual. O domínio euleriano foi discretizado com aproximações espaciais e temporais de segunda ordem, empregando Volumes Finitos em malhas cartesianas e com capacidade de processamento paralelo. O domínio lagrangiano foi construído com uma malha de elementos triangulares. Os testes preliminares foram feitos de forma a validar, primeiramente, o domínio de base cartesiana para, em seguida, inserir a fronteira imersa. Como primeira geometria a ser estudada, optou-se por uma esfera estacionária imersa. Apesar de sua simplicidade geométrica, o escoamento ao seu redor produz uma grande riqueza de detalhes, além de existirem resultados disponíveis na literatura para comparação. Uma vez validada a metodologia para uma geometria estacionária, procurou-se ampliar as potencialidades do método para um problema de Interação Fluido-Estrutura. O sistema dinâmico escolhido foi composto de uma esfera imersa no escoamento sustentada por molas. Foi estudado o efeito provocado pela ação do escoamento sobre a dinâmica do sistema e o conseqüente movimento da esfera sobre a geração e emissão de estruturas turbilhonares. Outra importante contribuição do presente trabalho foi o desenvolvimento, no LTCM, do conhecimento necessário para processamento paralelo de alto desempenho, o que resultou na montagem de um laboratório nesta importante área.
Abstract: The mathematical modeling and the three-dimensional numerical simulation of flows around complex moving geometries have been one of the greatest challenges in today engineering problems. The discretization of three-dimensional domains requires, very often, huge amount of data processing and storing which, with the frequently local mesh refinements, make the computations an extremely expensive issue. Representing complex geometries by generalized coordinates grids, may impose mathematical or numerical difficulties, hence a limited range of use. The immersed boundaries methodologies have been developed aiming to cope with this problem by separating it in two domains: a Lagrangian domain to represent the solid/fluid interface and an Eulerian domain to the flow counterpart. This work presents an extension to three-dimensional domains of the Immersed Boundary Method, developed at the LTCM, named Virtual Physical Method. The Eulerian domain was discretized using second-order time and space approximations, by Finite Volumes in a Cartesian mesh having parallel processing capabilities. The Lagrangian domain was built employing a triangular elements mesh. The initial tests were done in order to validate, firstly, the Cartesian basis domain in order to insert, later, the immersed boundary. As the first geometry studied, a stationary sphere was chosen. Despite the geometric simplicity of the spheres, the flow around them produces very rich structures, having well reported benchmarks available in the literature. Once the methodology has been validated for a stationary geometry, it was extended to a Fluid-Structure Interaction Problem. The dynamic system chosen was composed by a sphere tethered by springs immersed in the flow. The flow past the sphere-springs system was studied. Another important contribution of this work was the development, at the LTCM, of an important know-how in parallel processing, which has resulted in a laboratory in this important field of research.
Keywords: Processamento paralelo
Métodos de fronteira imersa
Modelo físico virtual
Interação fluido-estrutura
Turbulência
Parallel programming
Immerse boundary methods
Physical virtual model
Fluid-structure interaction
Turbulence
Processamento paralelo (Computadores)
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: CAMPREGHER JUNIOR, Rubens. Mathematical modeling for three-dimensional fluid-structure interaction problems. 2005. 179 f. Tese (Doutorado em Engenharias) - Universidade Federal de Uberlândia, Uberlândia, 2005.
URI: https://repositorio.ufu.br/handle/123456789/14794
Issue Date: 2-Sep-2005
Appears in Collections:TESE - Engenharia Mecânica

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