Desenvolvimento de um Sistema de Simulação de Escoamentos de Fluidos com Superfícies Livres Bidimensionais

Abstract

Aos meus pais: Ailton e Marilú. Agradecimentos À Deus pela vida. Ao Prof. Dr. Antonio Castelo Filho pela orientação, ensinamentos, dedicação, apoio e amizade no desenvolvimento deste trabalho.Aos meus pais, Ailton e Marilú, por tudo que sou, pelo carinho, incentivo e compreensão.Às minhas irmãs, Silmara e Suzeli, e ao meu cunhado Wagner pelo carinho, incentivo e apoio.Ao meu sobrinho Victor por alegrar minha vida e a de minha família. Ao Prof. Dr. Murilo F. Tomé pelas inúmeras dúvidas esclarecidas. À Cris por me mostrar que para a verdadeira amizade não existe distância. À Alê pela amizade desde a época da graduação. Ao Garga pela ajuda no LCAD, e principalmente pela amizade. Aos amigos da graduação, da matemática computacional, da computação e da elétrica pela amizade, ajuda, festas e boas risadas.À todos os professores do ICMC-USP e funcionários dos laboratórios, secretarias, biblioteca, seções da graduação e da pós que de forma direta e/ou indireta contribuiram para a realização deste trabalho.Ao CNPq pelo auxilio financeiro. ResumoEste trabalho apresenta um ambiente integrado para simulação de escoamentos bidimensionais incompressíveis com superfícies livres, denominado Freeflow-2D. Este sistema é compostos por quatro módulos: um modelador de moldes e escoamentos -Modflow-2D, um simulador de escoamentos -Simflow-2D, um visualizador de escoamentos -Visflow-2D e um reiniciador de escoamentos -Resimflow-2D. A comunicação entre os módulos do sistema é feita por arquivos. O Freeflow-2D implementa o método GENSMAC e foi baseado na estrutura de dados do Freeflow-3D. Os objetos geométricos (fluidos, contêineres, injetores e ejetores) são representados pela estrutura de dados B-Rep (Boundary Representation).Alguns resultados de simulação utilizando este sistema são apresentados e comparados com os do sistema Freeflow. AbstractThis work presents an integrated environment for the simulation of the two-dimensional incompressible flows with free surfaces, named Freeflow-2D. This system consist of four modules: a geometric model module -Modflow-2D, a simulation module -Simflow-2D, a visualization module -Visflow-2D and a restart module -Resimflow-2D. The communication between the modules is made by means of files. The Freeflow-2D employed the GENSMAC method and was based in the data structure of the Freeflow-3D. The geometric objects (fiuids, containers, inflows and outflows) are represented by a B-Rep (Boundary Representation) data structure.Some results of the simulation using this system are presented and compared to the results of the Freeflow system. SumárioIntrodução 1

Desenvolvimento de um método numérico implícito para a simulação de escoamentos viscoelásticos com superfícies livres

“…Observação 4 A descrição do GENSMAC apresentada nesta seção considera não só as publicações originais [TM93] e [TM94] como também detalhes relevantes de sua implementação mais recente no Sistema Free ‡ow 2D ( [OL99], [CF00]). Neste, não apenas o ‡uido, mas, todos os objetos geométricos (contêineres com superfícies rígidas, injetores e ejetores) têm sua fronteira aproximada por uma poligonal e são representados pela estrutura half-edge.…”

“…conforme detalhado em [OL99]. Portanto, sem perda de generalidade, existem duas situações a considerar, conforme ilustra a Figura 5.3.2, onde, admitindo que !…”

“…Portanto, sem perda de generalidade, existem duas situações a considerar, conforme ilustra a Figura 5.3.2, onde, admitindo que ! n aponta "para fora" da porção de ‡uido, discretizamos (5.3.45) por diferença regressiva de primeira ordem, conforme [OL99]. Assim, na Figura 5.3.2 (a) temos uma interface de ejeção continuada paralela ao eixo y; onde, tomando e u n+1 i …”

“…Com efeito, o ciclo computacional que atualiza a solução de t = t n para t = t n+1 pode ser particionado em três fases. Sem perda de generalidade, detalhes sobre essa questão no contexto do GENSMAC podem ser encontrados em [OL99].…”

Solução numérica de escoamentos de cristais líquidos nemáticos

“…Esse problema é muito utilizado como " benchmark" no desenvolvimento de métodos numéricos para a simulação de fluidos não-newtonianos [6,99,126]. O principal interesse na simulação deste tipo de escoamento vem do fato que fluidos não-newtonianos apresentam comportamento variado quando sujeitos à geometrias complexas, como por exemplo uma contração planar.…”