Simulação numérica bidimensional da interação fluido-estrutura através do método físico virtual

• Ano de defesa: 2005
• Autor(a) principal: Remigio, Santos Alberto Enriquez
• Tipo de documento: Tese
• Tipo de acesso: Acesso aberto
• Idioma: por
• Instituição de defesa: Biblioteca Digitais de Teses e Dissertações da USP
• Palavras-chave em Português: Análise Numérica Aplicada; Dinâmica Dos Fluídos
• Link de acesso: https://teses.usp.br/teses/disponiveis/45/45132/tde-20210729-143135/

Problemas de escoamentos turbulentos sobre geometrias móveis e complexas são muito frequentes em engenharia e também em outras áreas correlatas, por exemplo, sistemas de bombeamento, compressores, motores de combustão interna e problemas biológicos. As atuais metodologias para a solução dessa classe de problemas apresentam grande potencial mas também grandes desafios e deficiências. A metodologia de fronteira imersa, em desenvolvimento por vários grupos de pesquisa, está se apresentando como uma ferramenta alternativa com grandes potenciais. Lima e Silva et al. [25] e Arruda [1], propuseram uma nova forma de se avaliar o campo de forças que caracteriza essa metodologia. Simulações apresentadas pelos autores foram referentes à interação de um fluido com corpos móveis de velocidades prescritas. Neste trabalho apresentam-se aplicações da metodologia da fronteira imersa com cálculo do campo de força dada por Lima e Silva et al.[25] em problemas de interação fluido e estrutura rígida de velocidade não prescrita. Foram feitas adaptações e novas implementaçòes no código desenvolvido por estes autores. Equações do corpo rígido foram acrescentadas e a forma de resolver as equações do fluido foram modificadas. O conjunto de equações do sistema: Navier-Stokes (escoamento incompressível) e Newton-Euler (corpo rígido) foram resolvidas através do Método de Runge-Kutta de segunda ordem explícito no tempo e diferenças finitas centradas de segunda ordem no espaço. Em cada passo no tempo as equações do fluido são resolvidas por intermédio do método de projeção. O código computacional foi validado através da comparação com a solução analítica do problema do escoamento de Couette circular. Este código também foi aplicado na simulação de um pêndulo cilíndrico bidimensional em um fluido parado. A partir destes resultados avançou-se para uma aplicação preliminar de um sistema de bombeamento composto de cavidade e válvulas. Os resultados obtidos apontam para o importante potencial desta metodologia no que se refere à modelagem matemática e à simulação numérica de escoamentos turbulentos em sistemas de bombeamento com fronteiras rígidas móveis e escoamentos complexos.