Please use this identifier to cite or link to this item: https://repositorio.ufu.br/handle/123456789/32569
ORCID:  http://orcid.org/0000-0002-5710-8093
Document type: Tese
Access type: Acesso Aberto
Title: Modelagem matemática e computacional de interações fluido-sólido utilizando o método de fronteira imersa tipo ghost em ambiente paralelo e com malha adaptativa
Alternate title (s): Mathematical and computational modeling of fluid-solid interactions using ghost-type immersed boundary method in parallel environment and with adaptive mesh
Author: Ribeiro Neto, Hélio
First Advisor: Silveira Neto, Aristeu da
First coorientator: Vedovotto, João Marcelo
First member of the Committee: Santos, Daniel Dall'Onder dos
Second member of the Committee: Souza, Francisco José de
Third member of the Committee: Souza, Leandro Franco de
Fourth member of the Committee: Serfaty, Ricardo
Fifth member of the Committee: Carvalho, Marcio da Silveira
Summary: Corpos submetidos a escoamentos externo e interno podem vibrar em função de flutuações de forças induzidas pelos escoamentos. Essas vibrações podem induzir, por meio de um processo não linear, um aumento das forças de arrasto e de sustentação, levando a um aumento dos esforços sobre as estruturas. Além disso, as vibrações podem causar nucleação e propagação de trincas na estrutura, conduzindo-a a falha por fadiga. O objetivo do presente trabalho é a implementação de um método de fronteira imersa que permita a simulação de escoamentos externo e interno em uma dada estrutura, o que não é possível com os métodos clássicos de fronteira imersa. As equações com as quais são modelados os escoamentos são resolvidas em um domínio euleriano, enquanto a superfície do corpo imerso é representada por um conjunto de pontos lagrangianos. Foi utilizado o código computacional MFSim, integralmente desenvolvido no Laboratório de Mecânica dos Fluidos (MFLab), que permite a simulação de escoamentos compressíveis e incompressíveis tridimensionais em paralelo e com refinamento adaptativo de malha. No presente trabalho o método do tipo "fluido fantasma" (BERTHELSEN; FALTINSEN, 2008), ghost fluid, do inglês, foi implementado e validado na plataforma MFSim. As validações foram desenvolvidas modelando e simulando escoamentos sobre esferas e sobre cubos, incluindo-se o efeito magnus. Com os resultados obtidos mostra-se que o método implementado é superior ao método de fronteira imersa MDF (Multi Direct Forcing), já implementado nessa mesma plataforma. O custo computacional de ambos os métodos são similares. O método Ghost é adequado para modelagem e simulação de escoamentos em ambos os lados de uma dada geometria, o que abre possibilidades de aplicações altamente complexas, tais como escoamentos internos e externos a uma tubulação. Em síntese, o método implementado representa um importante avanço nos desenvolvimentos envolvendo a plataforma MFSim, abrindo um elenco de atividades futuras.
Abstract: Bodies subjected to external and internal flows can vibrate due to fluctuations in forces induced by the flows. These vibrations can induce, through a non-linear process, an increase in drag and lift forces, leading to loads increase acting on the structures. In addition, vibrations can cause nucleation and crack propagation in the structure, leading to fatigue failure. The objective of this work is the implementation of an immersed boundary method that allows the simulation of external and internal flows in a given structure, that isn't possible with classic methods. The equations with which the flows are modeled are solved in a Eulerian domain, while the surface of the submerged body is represented by a set of Lagrangian points. The computational code MFSim, fully developed in-house, was used, which allows the simulation of compressible and incompressible three-dimensional flows in parallel and with an adaptive mesh refinement. In the present work, the "ghost fluid" method (BERTHELSEN; FALTINSEN, 2008), was implemented and validated in the MFSim platform. The validations were developed by modeling and simulating flows over spheres and cubes, including the magnus effect. With the obtained results, it is shown that the implemented method is superior to the immersed boundary MDF (Multi Direct Forcing), already implemented in the same platform. The computational cost of both methods is similar. The Ghost method is suitable for modeling and simulating flows on both sides of a given geometry, which opens up possibilities for highly complex applications such as flows inside and outside a pipeline. In summary, the implemented method represents an important advance in the developments involving the MFSim platform, opening a wide range of future activities.
Keywords: Método da Fronteira Imersa
Escoamentos Interno e Externo
Corpos Esbeltos
Condição de Contorno
Immersed Boundary Method
Internal and External Flow
Thin and Sharp Edges
Boundary Conditions
Area (s) of CNPq: CNPQ::ENGENHARIAS::ENGENHARIA MECANICA::FENOMENOS DE TRANSPORTE::MECANICA DOS FLUIDOS
Subject: Engenharia mecânica
Language: por
Country: Brasil
Publisher: Universidade Federal de Uberlândia
Program: Programa de Pós-graduação em Engenharia Mecânica
Quote: RIBEIRO NETO, Hélio. Modelagem matemática e computacional de interações fluido-sólido utilizando o método de fronteira imersa tipo ghost em ambiente paralelo e com malha adaptativa. 2021. 128 f. Tese (Doutorado em Engenharia Mecânica) - Universidade Federal de Uberlândia, Uberlândia, 2021. DOI http://doi.org/10.14393/ufu.te.2021.412
Document identifier: https://doi.org/10.14393/ufu.te.2021.412
URI: https://repositorio.ufu.br/handle/123456789/32569
Date of defense: 29-Jul-2021
Appears in Collections:TESE - Engenharia Mecânica

Files in This Item:
File Description SizeFormat 
ModelagemMatematicaComputacional.pdfTese8.71 MBAdobe PDFThumbnail
View/Open


This item is licensed under a Creative Commons License Creative Commons