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Document type: Tese
Access type: Acesso Aberto
Title: Modelagem e simulação de escoamentos turbulentos com efeitos térmicos, utilizando a metodologia da fronteira imersa e malha adaptativa
Alternate title (s): Modeling and simulation of turbulent flows with thermal effects, using the immersed boundary method and adaptive mesh
Author: Melo, Rafael Romão da Silva
First Advisor: Silveira Neto, Aristeu da
First member of the Committee: Cavalini Junior, Aldemir Aparecido
Second member of the Committee: Souza, Francisco José de
Third member of the Committee: Thompson, Roney Leon
Fourth member of the Committee: Serfaty, Ricardo
Summary: Na presente tese apresentam-se a modelagem e simulações de escoamentos turbulentos com presença de geometrias não-cartesianas, utilizando o método da fronteira imersa para modelar os corpos imersos e malhas cartesianas bloco-estruturadas para o domínio de fluido. Também foram modelados os efeitos térmicos através da equação de transporte para a energia térmica e fronteira imersa térmica com condições de primeira, segunda e terceira espécies. Para isto primeiramente foram discretizadas e implementadas as equações da continuidade e de Navier- Stokes, através das formulações conservativa e não conservativa, nas formas totalmente implícita e semi-implícita. Foram implementados e utilizados modelos de turbulência buscando uma melhor modelagem em malha adaptativa. Nesse contexto, foram discretizados e implementados dois modelos da classe RANS, o modelo de Spalart-Allmaras e o modelo k-® de Wilcox, e para modelos sub-malha foram implementados os modelos de Smagorinsky, com ou sem função de amortecimento de Van Driest, e o modelo dinâmico de Germano, utilizando também a técnica da filtragem explícita. Para a modelagem de geometrias não-cartesianas, foi utilizada a metodologia da fronteira imersa, tanto para a fluido-dinâmica, quanto para a parte térmica. Foram modelados os efeitos térmicos tanto na fluido-dinâmica quanto na fronteira imersa térmica, sendo que foram implementadas as condições de primeira, segunda e terceira espécies. Todo o desenvolvimento foi realizado no código AMR3DP, desenvolvido no Laboratório de Mecânica dos Fluidos da Universidade Federal de Uberlândia em parceria com a PETROBRAS. Foram apresentados resultados de verificação e validação de todo o desenvolvimento realizado no contexto da presente tese.
Abstract: In the present thesis we present the modeling and simulations of turbulent flows around noncartesian geometries, using the immersed boundary method to model immersed bodies, and block-structured cartesian meshes for the fluid domain. Thermal effects were also modeled through the transport equation for thermal energy and thermal immersed boundary conditions with first, second and third type. First, the continuity and Navier-Stokes equations were discretized and implemented through conservative and non-conservative formulations, in the totally implicit and semi-implicit forms. Turbulence models were implemented and used to better model in adaptive mesh. In this context, two models of the RANS class, the Spalart-Allmaras model and the Wilcox k-® model were discretized and implemented, and for Subgrid-Scale Modeling were implemented the Smagorinsky model, with or without the Van Driest damping function, and Germano’s dynamic model, also using the explicit filtering technique. For the modeling of non-Cartesian geometries, the immersed boundary methodology was used for the fluid-dynamic and the thermal effects. The thermal effects were modeled in the flow and in the immersed geometry, so the first, second and third types of boundary conditions were implemented. All the development was performed in the AMR3DP code, developed in the Fluid Mechanics Laboratory of the Federal University of Uberlândia, in partnership with PETROBRAS. Results of verification and validation of all the development carried out in the context of the present thesis were presented.
Keywords: Engenharia mecânica
Mecânica dos fluidos
Escoamento turbulento
Modelagem da turbulência
Malha adaptativa
Metodologia da fronteira imersa
Equação da energia
Turbulence modeling
Adaptive mesh
Immersed boundary method
Energy equation
Area (s) of CNPq: CNPQ::ENGENHARIAS::ENGENHARIA MECANICA
Language: por
Country: Brasil
Publisher: Universidade Federal de Uberlândia
Program: Programa de Pós-graduação em Engenharia Mecânica
Quote: MELO, Rafael Romão da Silva. Modelagem e simulação de escoamentos turbulentos com efeitos térmicos, utilizando a metodologia da fronteira imersa e malha adaptativa. 2017. 193 f. Tese (Doutorado em Engenharia Mecânica) - Universidade Federal de Uberlândia, Uberlândia, 2017.
URI: https://repositorio.ufu.br/handle/123456789/18667
Date of defense: 21-Mar-2017
Appears in Collections:TESE - Engenharia Mecânica

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