Mathematical modeling for three-dimensional fluid-structure interaction problems / Modelagem matemática tridimensional para problemas de interação fluido-estrutura

AUTOR(ES)
DATA DE PUBLICAÇÃO

2005

RESUMO

A modelagem matemática e a simulação numérica de escoamentos turbulentos tridimensionais ao redor de geometrias complexas móveis constituem um dos grandes desafios da engenharia moderna. A discretização de domínios tridimensionais costuma exigir grande capacidade de armazenamento e processamento de dados que, se somados aos freqüentes refinamentos locais das malhas, torna os cálculos extremamente caros. Por sua vez, a representação de geometrias complexas empregando coordenadas generalizadas, pode gerar dificuldades matemáticas ou numéricas, além de possuírem abrangência limitada. A metodologia de Fronteira Imersa está sendo desenvolvida como uma alternativa para lidar com este problema, separando-o em dois domínios distintos: um domínio lagrangiano para representar a interface sólido/fluido e um domínio euleriano para discretizar o fluido. O presente trabalho apresenta uma extensão para problemas tridimensionais de uma metodologia de fronteira imersa, desenvolvida no LTCM, denominada Modelo Físico Virtual. O domínio euleriano foi discretizado com aproximações espaciais e temporais de segunda ordem, empregando Volumes Finitos em malhas cartesianas e com capacidade de processamento paralelo. O domínio lagrangiano foi construído com uma malha de elementos triangulares. Os testes preliminares foram feitos de forma a validar, primeiramente, o domínio de base cartesiana para, em seguida, inserir a fronteira imersa. Como primeira geometria a ser estudada, optou-se por uma esfera estacionária imersa. Apesar de sua simplicidade geométrica, o escoamento ao seu redor produz uma grande riqueza de detalhes, além de existirem resultados disponíveis na literatura para comparação. Uma vez validada a metodologia para uma geometria estacionária, procurou-se ampliar as potencialidades do método para um problema de Interação Fluido-Estrutura. O sistema dinâmico escolhido foi composto de uma esfera imersa no escoamento sustentada por molas. Foi estudado o efeito provocado pela ação do escoamento sobre a dinâmica do sistema e o conseqüente movimento da esfera sobre a geração e emissão de estruturas turbilhonares. Outra importante contribuição do presente trabalho foi o desenvolvimento, no LTCM, do conhecimento necessário para processamento paralelo de alto desempenho, o que resultou na montagem de um laboratório nesta importante área.

ASSUNTO(S)

métodos de fronteira imersa turbulência parallel programming fluid-structure interaction modelo físico virtual engenharia mecanica immerse boundary methods turbulence processamento paralelo interação fluido-estrutura processamento paralelo (computadores) physical virtual model

Documentos Relacionados