Por favor, use este identificador para citar o enlazar este ítem: https://repositorio.ufu.br/handle/123456789/14913
Tipo de documento: Dissertação
Tipo de acceso: Acesso Aberto
Título: Modelagem matemática e simulação numérica para solução de problemas de interação fluido-estrutura utilizando metodologia de fronteira imersa
Autor: Kitatani Júnior, Sigeo
Primer orientador: Silveira Neto, Aristeu da
Primer miembro de la banca: Rade, Domingos Alves
Segundo miembro de la banca: Enriquez-remigio, Santos Alberto
Tercer miembro de la banca: Gasche, José Luiz
Resumen: O presente trabalho tem como principal objetivo a aplicação do método multifoçagem (MMF) para solução numérica tridimensional de problemas de interação uidoestrutura, buscando-se garantir a condição de não-escorregamento na região da fronteira imersa. Para as simulações numéricas foi utilizado um código computacional multipropósito em desenvolvimento no MFlab - Laboratório de Mecânica dos Fluidos da Universidade Federal de Uberlândia. Foram feitas modificações nesse código para que se pudesse validá-lo para solução de problemas com fronteira imersa e foi implementada uma rotina para solução de um problema de interação uido-estrutura total. Além disso, foi desenvolvido um pacote de ferramentas computacionais que possibilitou instalar e melhorar o desempenho de um cluster do tipo Beowulf utilizado para o desenvolvimento das simulações num eriças em paralelo do presente trabalho. Utilizando o Método das Soluções Manufaturadas foram obtidas soluções sintetizadas para as equações de Navier-Stokes, o que possibilitou obter a ordem de convergência numérica do código computacional para problemas contínuos e a validação deste código para problemas envolvendo corpos imersos ao combinar a o método das soluções manufaturadas com a metodologia de fronteira imersa. Na sequência foi solucionado o problema de escoamento ao redor de uma esfera parada, cujos resultados foram comparados com referencias empíricas, obtendo-se boa aproximação. Ainda para esse caso foi feita a avalição da norma L2 para as soluções num eriças obtidas nos pontos lagrangianos verificando a garantia da condição de não-escorregamento e feita uma análise da inuência dos número de ciclos utilizados no método multi-forçagem. Foi vericado que a solução numérica obtida depende do número de ciclos o que faz com que seja necessário se estabelecer um critério de convergência para este método. Um segundo problema de interação uido-estrutura total foi estudado. Consiste em um pêndulo simples imerso em um uido que parte de uma dada posição angular inicial e oscila em torno da sua posição de equilíbrio, até parar. Para esse caso foram feitas análises quantitativas. Os resultados são preliminares mas coerentes com a física do problema, indicando que a metodologia é adequada para solução deste tipo de problema.
Abstract: In this work, the combined multi-direct forcing and immersed boundary method (IBM) were presented to simulate uid-structure interaction problems. The multi-direct forcing is used aim at satisfying the no-slip condition in the immersed boundary. For the numerical simulations was used a multi-purpose computer code that is being developed in the MFlab - Fluid Mechanics Laboratory of Federal University of Uberl^andia. Tests are made to validate the numerical schemes and routines were implemented to simulate uid-structures interaction problems. Furthermore, computational tools are developed to construct and manage and optimize the use of a Beowulf cluster where all the parallel simulations presented in this work were done. The Method of Manufactured Solutions has been used for order-of-accuracy verication in the computational uid dynamics code. Two uid-structure interaction problems were studied using this methodology. The rst is a ow over a sphere for some Reynolds numbers. The results were compared to empirical results, obtaining satisfactory approximations. The second one is a immersed simple pendulum. For this problem the results are in agreement with physics. Indeed, these are preliminar results. New tests must be done to make progress in the methodology. Improvements are proposed in the IBM, in the uid-structure model, in the turbulence model, in the method used to discretize the uid domain. It is also proposed to apply the methodology to real problems as risers and valves.
Palabras clave: Metodologia de fronteira imersa
Metodo multi-forcagem
Interação fluido-estrutura
Pêndulo imerso
Cluster Beowulf
Immersed boundary method
Multi-direct forcing method
Fluid-structure interaction
Navier-Stokes equations
Mecânica dos fluidos
Área (s) del CNPq: CNPQ::ENGENHARIAS::ENGENHARIA MECANICA
Idioma: por
País: BR
Editora: Universidade Federal de Uberlândia
Sigla de la institución: UFU
Departamento: Engenharias
Programa: Programa de Pós-graduação em Engenharia Mecânica
Cita: KITATANI JÚNIOR, Sigeo. Modelagem matemática e simulação numérica para solução de problemas de interação fluido-estrutura utilizando metodologia de fronteira imersa. 2009. 158 f. Dissertação (Mestrado em Engenharias) - Universidade Federal de Uberlândia, Uberlândia, 2009. DOI https://doi.org/10.14393/ufu.di.2009.04
Identificador del documento: https://doi.org/10.14393/ufu.di.2009.04
URI: https://repositorio.ufu.br/handle/123456789/14913
Fecha de defensa: 28-sep-2009
Aparece en las colecciones:DISSERTAÇÃO - Engenharia Mecânica

Ficheros en este ítem:
Fichero Descripción TamañoFormato 
d1.pdf2.25 MBAdobe PDFVista previa
Visualizar/Abrir
d2.pdf9.63 MBAdobe PDFVista previa
Visualizar/Abrir
d3.pdf8.55 MBAdobe PDFVista previa
Visualizar/Abrir


Los ítems de DSpace están protegidos por copyright, con todos los derechos reservados, a menos que se indique lo contrario.