Análise e implementação de esquemas upwind polinomiais e suas aplicações em escoamentos de fluidos incompressíveis
| Ano de defesa: | 2021 |
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| Autor(a) principal: |
Magalhães, Mateus Teixeira
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| Orientador(a): |
Queiroz, Rafael Alves Bonfim de
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| Banca de defesa: |
Cirilo, Eliandro Rodrigues
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Hallak, Patrícia Habib
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| Tipo de documento: | Dissertação |
| Tipo de acesso: | Acesso aberto |
| Idioma: | por |
| Instituição de defesa: |
Universidade Federal de Juiz de Fora (UFJF)
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| Programa de Pós-Graduação: |
Programa de Pós-graduação em Modelagem Computacional
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| Departamento: |
Faculdade de Engenharia
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| País: |
Brasil
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| Palavras-chave em Português: | |
| Área do conhecimento CNPq: | |
| Link de acesso: | https://doi.org/10.34019/ufjf/di/2021/00422 https://repositorio.ufjf.br/jspui/handle/ufjf/13994 |
Resumo: | Diversos problemas científicos e de engenharia sobre fluidos são caracterizados por escoamentos convectivos. Problemas dessa natureza são desafiadores e exigem o desenvolvimento de esquemas numéricos eficientes, robustos e precisos. Dessa forma, o tema tem sido uma das principais preocupações da comunidade científica na área de CFD (“Computational Fluid Dynamics”). Soluções numéricas para esse tipo de problema envolvem, entre outros, o desenvolvimento de esquemas numéricos para tratamento do termo convectivo e modelagem de turbulência. O presente trabalho visa contribuir no estudo numérico e implementação de esquemas upwind polinomiais para tratamento do termo convectivo de equações diferenciais parciais e suas aplicações em escoamento de fluidos incompressíveis. Para tanto, este trabalho tem como objetivo a comparação dos esquemas upwind polinomiais TOPUS (“ThirdOrder Polynomial Upwind Scheme”), FSFL (“Flexible and Symmetric Flux Limiter”), SDPUSC1 (“Six-Degree Polynomial Upwind Scheme”) e EPUS (“Eight-degree Polynomial Upwind Scheme”) entre si utilizando experimentos computacionais com variação de parâmetros. Problemas unidimensionais são resolvidos numericamente através de implementação computacional utilizando o método de diferenças finitas e formulação em variáveis normalizadas. Simulações bidimensionais de escoamento de fluidos são realizadas utilizando o OpenFOAM, através do método de volumes finitos e formulação em limitadores de fluxo para os esquemas. Neste trabalho tem-se como objetivo o estudo e implementação de esquemas upwind polinomiais avançados bem como a sua incorporação na ferramenta OpenFoam. Uma contribuição importante deste trabalho é a implementação e estudo do esquema FSFL através de experimentos computacionais, fornecendo novos resultados e comparações não vistas na literatura até então. Os resultados obtidos com os experimentos realizados mostram que ambos os esquemas TOPUS, FSFL, SDPUS-C1 e EPUS fornecem bons resultados para o tratamento do termo convectivo de equações de transporte. Em destaque o esquema EPUS obteve um melhor desempenho em termos de exatidão e o esquema TOPUS se destacou ao atingir um resíduo temporal mínimo com menos iterações. Além disso o esquema SDPUS-C1 se mostrou muito efetivo tanto em termos de exatidão quanto de iterações para atingir um resíduo temporal mínimo estabelecido. |