Modelagem matemática de jatos em desenvolvimento espacial usando a metodologia pseudoespectral de Fourier

AUTOR(ES)
FONTE

IBICT - Instituto Brasileiro de Informação em Ciência e Tecnologia

DATA DE PUBLICAÇÃO

12/08/2011

RESUMO

A busca por métodos de alta acurácia e alta taxa de convergência com a finalidade de resolver as equações de Navier-Stokes é de grande interesse para estudiosos de CFD. Essa busca é motivada, pois existem fenômenos físicos, como a turbulência nos fluidos, para os quais apenas metodologias que possuem uma alta acurácia permitem obter uma solução satisfatória da física que caracteriza o problema. A principal dificuldade encontrada em obter alta acurácia na solução das equações de Navier-Stokes é o custo computacional. Neste sentindo, no MFLab, uma nova metodologia começou a ser desenvolvida com os trabalhos de Mariano (2007), Moreira (2007), Mariano (2011). Ela é baseada no acoplamento da metodologia pseudo-espectral de Fourier (MPEF) juntamente com a metodologia da fronteira imersa (MFI). As principais particularidades do MPEF é a alta acurácia numérica, aliada com o baixo custo computacional em termo relativos, pois não é necessário resolver um sistema linear do acoplamento pressão-velocidade. Entretanto, ela é limitada a problemas com condições de contorno periódicas. Com o intuito de expandir a aplicabilidade da MPEF a outros problemas da Dinâmica dos Fluidos Computacional (CFD), ela foi acoplada à metodologia de Fronteira Imersa (MFI). A MFI é uma metodologia desenvolvida para simular escoamentos sobre geometrias complexas e móveis usando malha cartesiana. Normalmente, apresenta baixa acurácia nos resultados próximos à região da interface imersa. O presente trabalho propõe dar continuidade aos desenvolvimentos da hibridação dessas duas metodologias, que foca na solução das equações de Navier-Stokes na formulação incompressível e isotérmica. O presente trabalho é uma evolução do trabalho de Mariano (2011), o qual foi estendido à terceira dimensão e implementada a modelagem submalha para simulações de grandes escalas. Para a verificação, utilizou-se a técnica das soluções manufaturas, obtendo-se taxa de convergência espectral. Para validação da metodologia simulou-se turbulência homogênea e isotrópica, onde foram obtidos resultados consistentes do ponto de vista físico. Por fim, esta metodologia foi usada para a simulação de jatos em desenvolvimento espacial. Os resultados obtidos nessa simulação foram comparados com dados experimentais e apresentam uma boa concordância qualitativa e quantitativamente. A metodologia proposta e implementada permite ter taxa de convergência espectral, alta acurácia, efeciência computacional e possibilita a solução integralmente espectral de Fourier de problemas não periódicos.

ASSUNTO(S)

pseudo spectral method simulação das grandes escalas método pseudo-espectral engenharia mecanica mecânica dos fluidos circular jets turbulence large eddy simulations fatos circulares turbulência

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