Please use this identifier to cite or link to this item: https://repositorio.ufu.br/handle/123456789/50285
ORCID:  http://orcid.org/0000-0002-4491-2234
Document type: Dissertação
Access type: Acesso Aberto
Title: Estudo numérico do modelo de Giesekus em escoamento bidimensional com obstáculo
Alternate title (s): Numerical study of the Giesekus model in two-dimensional flow with an obstacle
Author: Arruda, Matheus Deodato
First Advisor: Rogenski, Josuel Kruppa
First member of the Committee: Souza, Leandro Franco de
Second member of the Committee: Figueiredo, Rafael Alves
Summary: Neste trabalho é desenvolvido e analisado um método numérico para a simulação de escoamentos viscoelásticos bidimensionais descritos pelo modelo constitutivo de Giesekus, com ênfase no escoamento em torno de um cilindro circular confinado entre placas paralelas. A formulação matemática baseia-se nas equações de Navier-Stokes para fluidos incompressíveis, escritas na forma vorticidade-velocidade, e para a implementação do obstáculo imerso, adota-se o Método da Fronteira Imersa, permitindo a utilização de malhas cartesianas fixas sem a necessidade de geração de malhas ajustadas ao contorno. A discretização espacial é realizada por meio de esquemas compactos de alta ordem e a integração temporal é feita pelo método de Runge-Kutta de quarta ordem. Para a estabilização numérica dos regimes viscoelásticos, emprega-se a técnica de log-conformation para a evolução do tensor de tensões poliméricas, necessário especialmente em regimes associadas a números de Weissenberg elevados. A solução das equações de Poisson é obtida por meio de um método multigrid, garantindo eficiência computacional. Inicialmente, a metodologia numérica é verificada por meio da simulação de escoamentos Newtonianos clássicos, com comparação dos coeficientes de arrasto e da estrutura da esteira com resultados disponíveis na literatura. Em seguida, analisa-se o escoamento viscoelástico entre placas paralelas, investigando a influência dos parâmetros constitutivos do modelo Giesekus. Por fim, estuda-se o escoamento viscoelástico em torno de um cilindro circular confinado, avaliando o impacto da elasticidade do fluido exerce sobre o problema. Os resultados indicam que o coeficiente de arrasto no escoamento viscoelástico em torno de um cilindro confinado depende fortemente dos parâmetros do modelo. Para um número de Reynolds fixo, o coeficiente de arrasto aumenta com a razão de viscosidades beta, enquanto decresce com o aumento de Re, mantendo tendência semelhante à do regime Newtoniano. Observa-se ainda que o aumento do parâmetro de mobilidade alpha_G está associado à redução do coeficiente de arrasto, com influência mais significativa para valores menores desse parâmetro.
Abstract: This study develops and analyzes a numerical method for simulating two-dimensional viscoelastic flows described by the Giesekus constitutive model, with emphasis on the flow around a circular cylinder confined between parallel plates. The mathematical formulation is based on the Navier-Stokes equations for incompressible fluids, written in the vorticity-velocity form, and for the implementation of the immersed obstacle, the Immersed Boundary Method is adopted, allowing the use of fixed Cartesian meshes without the need to generate meshes adjusted to the boundary. The spatial discretization is performed using high-order compact schemes, and the temporal integration is done using the fourth-order Runge-Kutta method. For the numerical stabilization of viscoelastic regimes, the log-conformation technique is used for the evolution of the polymer stress tensor, which is especially necessary in regimes associated with high Weissenberg numbers. The solution of Poisson's equations is obtained using a multigrid method, ensuring computational efficiency. Initially, the numerical methodology is verified by simulating classical Newtonian flows, comparing the drag coefficients and the wake structure to results available in the literature. Next, the viscoelastic flow between parallel plates is analyzed, investigating the influence of the constitutive parameters of the Giesekus model. Lastly, we move the study to the viscoelastic flow around a confined circular cylinder, evaluating the impact of fluid elasticity on the problem. The results indicate that the drag coefficient in viscoelastic flow past a confined cylinder strongly depends on the model parameters. For a fixed Reynolds number, the drag coefficient increases with the viscosity ratio beta, while it decreases as Re increases, preserving a trend similar to the Newtonian regime. In addition, increasing the mobility parameter alpha_G is associated with a reduction in the drag coefficient, with a more pronounced effect for lower values of this parameter.
Keywords: Escoamentos viscoelásticos
Viscoelastic flows
Modelo Giesekus
Giesekus model
Método da fronteira imersa
Immersed boundary method
Formulação vorticidade-velocidade
Vorticity-velocity formulation
Simulação numérica
Numerical simulation
Area (s) of CNPq: CNPQ::CIENCIAS EXATAS E DA TERRA::MATEMATICA::MATEMATICA APLICADA::ANALISE NUMERICA
CNPQ::CIENCIAS EXATAS E DA TERRA::FISICA::AREAS CLASSICAS DE FENOMENOLOGIA E SUAS APLICACOES::DINAMICA DOS FLUIDOS
Subject: Matemática
Navier-Stokes, Equações de
Movimento turbulento
Matemática - Métodos de simulação
Language: por
Country: Brasil
Publisher: Universidade Federal de Uberlândia
Program: Programa de Pós-graduação em Matemática
Quote: ARRUDA, Matheus Deodato. Estudo numérico do modelo de Giesekus em escoamento bidimensional com obstáculo. 2026. 64 f. Dissertação (Mestrado em Matemática) - Universidade Federal de Uberlândia, Uberlândia, 2026. DOI http://doi.org/10.14393/ufu.di.2026.206.
Document identifier: http://doi.org/10.14393/ufu.di.2026.206
URI: https://repositorio.ufu.br/handle/123456789/50285
Date of defense: 26-Feb-2026
Sustainable Development Goals SDGs: ODS::ODS 9. Indústria, Inovação e infraestrutura - Construir infraestrutura resiliente, promover a industrialização inclusiva e sustentável, e fomentar a inovação.
Appears in Collections:DISSERTAÇÃO - Matemática

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