Numerical solution of Navier-Stokes equations using a hybrid methodology of immersed boundary and Fourier pseudo-spectral / Solução numérica das Equações de Navier-Stokes usando uma hibridação das metodologias Fronteira Imersa e Pseudo-Espectral de Fourier

AUTOR(ES)

Felipe Pamplona Mariano

DATA DE PUBLICAÇÃO

2011

RESUMO

No presente trabalho é desenvolvida uma nova metodologia para a solução das equações de Navier-Stokes na formulação incompressível aplicada a escoamentos sobre geometrias complexas. 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, pois não é necessário resolver o 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 MFI. A MFI é uma metodologia desenvolvida para simular escoamentos sobre geometrias complexa e móveis usando malha cartesiana. Normalmente, apresenta baixa acurácia nos resultados próximos à região da interface imersa. Com a hibridação proposta no presente trabalho, obtém-se um aumento da precisão dos resultados sobre a fronteira. No presente trabalho mostra-se os resultados de verificação e validação da metodologia híbrida. Para a verificação utilizou-se a técnica das soluções manufaturas, obtendo quarta ordem de convergência numérica. Para a validação simularam-se problemas clássicos de CFD: escoamentos sobre degrau 2D e 3D e escoamentos sobre cilindros. A fim de testar as potencialidades da metodologia também simulou-se a queda de uma partícula em um meio fluido, o qual constitui um problema de interação fluido-estrutura. Os resultados mostraram-se de acordo com os dados da literatura.

ASSUNTO(S)

dinâmica dos fluidos computacional método pseudo-espectral de fourier método da fronteira imersa engenharia mecanica dinâmica dos fluidos - matemática dinâmica dos fluidos - modelos matemáticos dinâmica dos fluidos - processamento de dados computational fluid dynamics fourier pseudo-spectral method immersed boundary method

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