Repositório de Outras Coleções Abertas (ROCA): Desenvolvimento de programa para simulação de escoamentos incompressíveis com fronteira móvel
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Título: Desenvolvimento de programa para simulação de escoamentos incompressíveis com fronteira móvel
Autor(es): Fernandes, Jeferson Wilian Dossa
Referência: FERNANDES, Jeferson Wilian Dossa. Desenvolvimento de programa para simulação de escoamentos incompressíveis com fronteira móvel. 2014. 64 f. Trabalho de Conclusão de Curso (Graduação) - Universidade Tecnológica Federal do Paraná, Pato Branco, 2014.
Resumo: Este trabalho consiste no desenvolvimento de um código computacional para análise de escoamentos incompressíveis com contorno móvel baseado no Método dos Elementos Finitos. Tais problemas estão presentes na engenharia de diversas formas. Como exemplo, é possível citar escoamentos com superfície livres e problemas de interação fluidoestrutura que, no entanto, não apresentam solução analítica satisfatória e ainda apresentam vários desafios à simulação numérica. Diante disso, nas últimas décadas métodos aproximados, como o Método dos Elementos Finitos (MEF) tem sido largamente estudados nesse contexto. O programa desenvolvido neste trabalho emprega integração temporal implícita e elementos finitos estáveis de aproximação quadrática para a velocidade e linear para a pressão. As equações governantes da mecânica dos fluidos são descritas na forma Lagrangeana-Euleriana arbitrária (ALE) o que possibilita a movimentação da malha para acompanhar o movimento do contorno. Por fim, o programa é testado por meio de exemplos numéricos clássicos que são comparados com resultados da literatura e apresenta-se também exemplo de solução de problema transiente com contorno móvel.
Abstract: In this work we develop a computational code for incompressible flows with moving boundaries based on the finite element method. Such problems are found in engineering in several ways. As example one may cite the free surface flows and the fluid-structure problems. However there is no satisfactory analytical solution and even numerical solutions are challenging. In this sense, in the last decades, approximate methods, such as the finite element method, have been widely employed in this context. In our code we employ implicit temporal integration and mixed stable finite elements with linear shape functions for pressure and quadratic for velocities. The fluid dynamics governing equations are described in the arbitrary Lagrangian-Eulerian (ALE) way, enabling mesh moving to accommodate the boundary movement. Finally, the program is tested by numerical classical examples which are compared to the literature and we also present one example of transient moving boundary problem.