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https://repositorio.ufu.br/handle/123456789/14887
Document type: | Dissertação |
Access type: | Acesso Aberto |
Title: | Modelagem matemática de escoamentos bifásicos usando o Meto- Do Espectral de Fourier |
Alternate title (s): | Mathematics modeling of two-phase ows using spectral method of Fourier |
Author: | Villela, Mariana Fernandes dos Santos |
First Advisor: | Silveira Neto, Aristeu da |
First coorientator: | Villar, Millena Martins |
First member of the Committee: | Ribeiro, Carlos Roberto |
Second member of the Committee: | Castelo Filho, Antonio |
Third member of the Committee: | Serfaty, Ricardo |
Summary: | A simulação numérica de escoamentos bifásicos requer alta acurácia para se obter maiores detalhes do escoamento. Além disso, busca-se baixo custo computacional, pois de modo geral, as metodologias necessitam de um elevado refinamento da malha ou possuem um grande estêncil de discretização, o que as torna onerosas. Portanto, o presente trabalho propõe a utilização do método pseudo-espectral de Fourier para resolver problemas de escoamentos multifásicos, o qual tem alta ordem de convergência numérica e um baixo custo computacional, devido ao algoritmo denominado FFT (Fast Fourier Transform). Além destas vantagens, este método, ao resolver as equações de Navier-Stokes, desacopla a pressão da velocidade, através do método da projeção, sem a necessidade de resolver a equação de Poisson. Para tratar escoamentos bifásicos com geometria móvel e deformável, utiliza-se o método pseudo-espectral de Fourier acoplado com o método híbrido Front-Tracking/Front- Capturing. Este método híbrido trabalha com dois domínios, sendo um euleriano, onde se resolvem as equações para o uido (equação de conservação de massa e as equações de Navier- Stokes) e o outro, móvel, lagrangiano, utilizado para as interfaces. Para este método, ambos os domínios são acoplados pelo processo de interpolação e distribuição e não apresentam restrição quanto ao movimento da malha lagrangiana sobre o domínio euleriano e quanto _a deformação da fase dispersa. A verificação da metodologia é apresentada através da técnica da solução manufaturada e a validação através de testes de correntes espúrias e vortex ow. Os resultados para ascensão de uma única bolha são apresentados e comparados com dados experimentais de Clift, Grace e Weber (1978). |
Abstract: | Numerical simulations of two-phase ow require high accuracy in order to obtain detailed information of the ow. Low computational cost is also very important, because in general, numerical simulation require a high grid renement, which makes them onerous. Thus, in the present work the authors propose the use of Fourier pseudo-spectral method to solve multiphase ow problems. This method presents high order numerical convergence and low computational cost, due to the algorithm called FFT (Fast Fourier Transform). In addition, when this method is applied to solve the Navier-Stokes equations, decouples the pressure and velocity through the projection method, without the need to solve the pressure Poisson equation. To handle the two-phase ow with moving and deformable geometries, Fourier pseudo-spectral method coupled with the hybrid method Front-Tracking/ Front-Capturing. This hybrid method works with two elds, one Eulerian, where the Navier-Stokes and continuity equations are solved for the uid and the Lagrangean equations are solved for interfaces. For this method, both domains are coupled by interpolation and distribution process. Nevertheless, the lagrangean interface are transported through the Eulerian domain. The verication and validation is presented using manufactured solution. Spurious currents and vortex ow were simulated and good results were obtained. The results for the rise of a single bubble are presented and compared with experimental data Clift, Grace e Weber (1978). |
Keywords: | Método pseudo-espectral de Fourier Método híbrido Front-Tracking/ Front-Capturing Escoamentos bifásicos Pseudo-spectral method of Fourier Hybrid method Front-Tracking/ Front-Capturing Two-phase ows Fourier, Transformações de Escoamento bifásico |
Area (s) of CNPq: | CNPQ::ENGENHARIAS::ENGENHARIA MECANICA |
Language: | por |
Country: | BR |
Publisher: | Universidade Federal de Uberlândia |
Institution Acronym: | UFU |
Department: | Engenharias |
Program: | Programa de Pós-graduação em Engenharia Mecânica |
Quote: | VILLELA, Mariana Fernandes dos Santos. Mathematics modeling of two-phase ows using spectral method of Fourier. 2011. 101 f. Dissertação (Mestrado em Engenharias) - Universidade Federal de Uberlândia, Uberlândia, 2011. |
URI: | https://repositorio.ufu.br/handle/123456789/14887 |
Date of defense: | 25-Mar-2011 |
Appears in Collections: | DISSERTAÇÃO - Engenharia Mecânica |
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