Simulação numérica do escoamento em torno de um cilindro utilizando o método das fronteiras imersas

Góis, Evelise Roman Corbalan

doi:10.11606/d.55.2007.tde-18012008-141821

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“…No presente trabalho, foi utilizado o método de fronteiras imersas definido por Góis (2007 Para a aplicação do método de fronteiras imersas em simulações de escoamentos incompressíveis é necessário a adição de termos forçantes às equações de Navier-Stokes. No caso, como é utilizada a formulação vorticidade-velocidade, esses termos tornam-se derivadas parciais dos termos originais, que são adicionados às equações de transporte de vorticidade.…”

Section: Método De Fronteiras Imersasunclassified

“…Em contato com os autores do método, identificou-se que a estabilidade só era garantida para escoamentos com números de Reynolds reduzido. Apesar de não poder ser utilizado para o presente estudo, este método está sendo usado por outros membros do grupo, para problemas com baixo número de Reynolds e tem fornecido bons resultados.Pelo fato de o MII não ser estável para escoamentos com altos números de Reynolds, optou-se pelo método de fronteiras imersas proposto porGóis (2007), por ser mais robusto para simulação deste tipo de escoamento, apesar da menor ordem de precisão. Este método foi então adaptado para Durante o estágio na Universidade de Stuttgart, percebeu-se a necessidade de incluir dados experimentais como condição de contorno no código numérico.…”

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Simulação numérica direta de escoamento transicional sobre uma superfície contendo rugosidade

Petri¹

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Dedico às pessoas que mais amo na vida: minha família. AgradecimentosA Deus por esta oportunidade.A minha família que está sempre presente em minha vida.Ao professor Leandro Franco de Souza pela orientação, apoio e paciência.A Benjamin Plogmann, Werner Würz e Markus Kloker pelas colaborações.Aos meus amigos, em especial, os companheiros do LMACC, que compartilharam os momentos de alegrias e dificuldades durante este período.A FAPESP pelo apoio financeiro fornecido através das bolsas de estudos.Ao ICMC -USP pela oportunidade de qualificação e crescimento científico. E finalmente a todos que contribuíram para a realização deste trabalho. i ii Resumo Em diversos escoamentos sobre superfícies há a presença de protuberâncias, como por exemplo rebites, parafusos e juntas. Estas protuberâncias podem influenciar a camada limite, acelerando a transição do escoamento do estado laminar para o estado turbulento. Em alguns casos isto pode ser indesejável, já que o escoamento turbulento implica necessariamente em uma força de atrito maior do que aquela referente ao escoamento laminar. Existem alguns aspectos neste tipo de escoamento que ainda não estão bem compreendidos. O objetivo deste trabalho é estudar a influência de uma rugosidade isolada no escoamento sobre uma superfície. Este estudo contribui para se entender o que ocorre em casos de maior complexidade. O estudo é de natureza computacional, em que se utiliza simulação numérica direta das equações de Navier-Stokes. A técnica de fronteiras imersas é utilizada para representar a rugosidade no escoamento sobre a superfície. O código numérico é verificado por meio do método de soluções manufaturadas. Comparações entre resultados experimentais, da teoria de estabilidade linear e numéricos também são utilizados para a validação do código. Resultados obtidos com diferentes alturas de rugosidade e variações no gradiente de pressão permitiram analisar a influência de elemento rugoso tridimensional em escoamentos de camada limite. Palavras-chave: métodos de alta ordem, transição laminar-turbulenta em camada limite, simulação numérica direta, método de fronteiras imersas, computação paralela. iii iv Abstract The presence of protuberances on surfaces, for example, rivets, screws and gaskets, can influence the boundary layer by accelerating the transition from laminar flow to turbulent flow. In some cases this may be undesirable, since the turbulent flow involves frictional forces greater than the ones at the laminar regime. There are some aspects of the flow in the boundary layer perturbed by a single roughness element that are not well understood. The aim of this work is to study the influence of an isolated roughness on the boundary layer. This study is a step towards to the understanding of what can happen in more complex cases. The nature of this study is computational, therefore a Direct Numerical Simulation code is used. The immersed boundary method is used to represent the roughness in the flow on the surface. The numerical code is verified via the Method of Manufactured So...

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