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[en] NUMERICAL STUDY OF DETONATION STABILIZATION BY FINITE LENGTH RAMPS / [pt] ESTUDO NUMÉRICO DA ESTABILIZAÇÃO DE ONDAS DE DETONAÇÃO POR RAMPAS DE COMPRIMENTO FINITOMIGUEL ANGEL TUPA WALTER 09 March 2004 (has links)
[pt] Nesta dissertação apresentam-se os resultados de um
estudo
numérico da interação entre uma onda de detonação oblíqua
forte estabilizada pela rampa de um diedro e o leque
expansão gerado pela deflexão da superfície do diedro.
Neste estudo foi utilizado um código numérico que resolve
as
equações que governam o escoamento de uma mistura reativa
de hidrogênio e ar. Estas equações são discretizadas por
um
procedimento do tipo volumes finitos centrado na célula
de
cálculo, segundo um esquema que leva em conta
as velocidades características do escoamento. A presença
de ondas de choque e detonação requer o uso de
procedimentos de adaptação de malha. Neste trabalho
procedimentos de enriquecimento e empobrecimento de malha
são usados, o primeiro para melhorar a resolução das
regiões do escoamento nas quais ocorrem grandes
gradientes
das propriedades, enquanto o segundo para retirar pontos
da
malha em locais onde os gradientes são pequenos.
Mostra-se que este procedimento de empobrecimento,
desenvolvido neste trabalho, resulta em ganhos no tempo
de processamento. Na determinação dos parâmetros que
levem a
obter ondas do tipo Chapman-Jouguet como resultado da
interação, inicialmente é realizada uma análise
quase uni-dimensional baseada nos diagramas das polares
de
detonação e nos diagramas do tempo de indução da mistura
reativa. Em seguida, os resultados das simulações
numéricas
mostram que a obtenção de uma detonação do tipo Chapman-
Jouguet é possível para valores intermediários
do ângulo diedro, dentro da faixa das detonações
estáveis.
Quando o ângulo do diedro é próximo ao ângulo máximo
permitido para detonações estáveis obteve-se o
desacoplamento da onda de detonação, com a subsequente
extinção do processo de combustão. / [en] The resulting structure generated by the interaction
between the leading oblique detonation wave stabilized by a
ramp and the expansion fan generated by a sudden deflection
of the wedge surface is studied numerically.
Simulations are carried out using a computer code that
solves balance equations using an upwind cell-centred
finite volume method on unstructured triangular meshes.
The presence of shock waves and detonation waves on the
flowfield requires the use of adaptive mesh techniques. The
present work uses refinement and coarsening processes of
the computational mesh. The former process improves the
resolution in regions where the gradients of flowfield
properties are high, while the latter one coarses the mesh
in regions where the solution varies smoothly. It is
demonstrated that the coarsening process that was
implemented in this work leads to a reduction of
computational time. In order to obtain parameters that lead
to Chapman-Jouguet detonations as the result of the
interaction, a quasi-one dimensional analysis of the
combustion process is presented in terms of shock and
detonation wave polars and of the induction time of the
chemical kinetic mechan ism. Computations show that a
Chapman-Jouguet oblique detonation wave may be obtained
for intermediate wedge angles within the range of stable
detonations. For wedge angles near to the maximum angle
that supports stable detonations, decoupling of the oblique
detonation wave is obtained which eventually leads
to the extinction of the combustion process.
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[en] USING MULTIGRID TECHNIQUES ON FLUID MECHANICS / [pt] APLICAÇÃO DE TÉCNICAS MULTIGRID EM PROBLEMAS DE DINÂMICA DOS FLUIDOSRIVANIA HERMOGENES PAULINO 19 April 2012 (has links)
[pt] Este trabalho trata da solução numérica das equações de Navier-Stokes, na forma vorticidade-função corrente, via método das Diferenças Finitas e técnicas de aceleração baseadas no uso de malhas múltiplas. Embora outras opções tenham sido consideradas, a que melhor funcionou tratou o problema de forma não acoplada: a solução da equação de vorticidade foi obtida pela uso desta aceleração e a solução da equação de função corrente, uma equação puramente elíptica, foi resolvida via método das relaxações sucessivas. O código desenvolvido foi aplicado a diversos problemas, inclusive ao problema da cavidade com tampa móvel, em diversos números de Reynolds, típico no teste de simuladores em Dinâmica dos Fluidos.
Foram testados um método clássico (armazenamento da correção) e o método FAZ (Full Approximation Storage). Os resultados obtidos mostram claramente os ganhos computacionais obtidos na formulação escolhida. Expressando em percentual, valores com 80 por cento de ganho foram obtidos se comparados os resultados do método multigrid com o método iterativo básico utilizado (S.O.R.), indicando o potencial do uso desta técnica para problemas mais complexo incluindo aqueles em coordenadas generalizadas. / [en] This works deals with the numerical solution of the Navier-Stokes equations, written in the stream function-vorticity form, by the finite difference method and acceleration techniques using multiple meshes. Although other solution schemes have been investigated, best results were obtained by treating the problem in a non-coupled form: the solution for the vorticity equation was obtained by the multigrid method and the solution of the streamfunction equation, which is purely elliptic, was solved by the S.O.R. (Successive over relaxation method). The computer code was applied to several problems, including the wall driven problem considering a wide range of Reynolds numbers, which is a typical benchmark problem for testing fluid-dynamic simulations.
The classical method (storage of the correction) and the methos FAS (Full Approximation Storage) have been tested. The results obtained clearly show that a very efficient computational scheme has been achieved with the multigrid method. For example, when comparing this method with the basic S.O.R. method, relative gains in the order of 80 per cent have been obtained. This indicates that the present technique has potential use in more complicated fluid dynamics problems including those involving generalized coordinates.
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[en] TRANSIENT SIMULATIONS ON RADIAL DIFUSORS / [pt] TRANSIENTES EM DIFUSORES RADIAIS ALIMENTADOS AXIALMENTECARLOS FREDERICO ESTRADA ALVES 20 April 2012 (has links)
[pt] Este trabalho apresenta o estudo do escoamento transiente em difusores radiais com fronteira móvel alimentados axialmente. O problema é resolvido acoplando-se a modelagem do fluido à dinâmica do movimento da palheta. Admite-se o comportamento Newtoniano para o fluido de trabalho (ar). O escoamento é considerado incompressível, laminar e isotérmico numa geometria axisimétrica. As equações de conservação são resolvidas pelo método dos volumes-finitos utilizando-se um código numérico comercial, o FLUENT, adaptado de modo a permitir que o posicionamento da fronteira móvel faça parte da solução do problema. Analise-se os casos de movimentação súbita imposta à palheta e de fluxo mássico de alimentação periódica. Resultados do comportamento temporal da força axial do fluido sobre a palheta são apresentados. Determina-se também o campo de geração de entropia para o escoamento bem como sua variação para diversos instantes de tempo. / [en] This work presents the study of unsteady flow in a axially fed radial flow between parallel disks on a situation in which the frontal disk can move. The problem is solved coupling the fluid flow modeling and the valve dynamics movement. The fluid (air) is assumed to have a Newtonian behavior. The flow is incompressible, laminar and isothermal in an axisymmetric geometry. The governing equations are solved by finite volume methodology using a commercial software, FLUENT, which have been modified to admit boundary movement as part of the solution. The flow characteristics presented herein relate to situations where: I. the frontal disk is suddenly moved to a new location and ii. prescribed mass flux at the inlet orifice. Results for the behavior of the axial force in the frontal disk can be seen. Another important parameter analyzed is the entropy generation and its time variation.
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[en] ESTUDO AERODINÂMICO / [pt] NUMERICAL STUDY OF THE AERODYNAMICS OF A RACE CAR REAR WINGLUIS DANIEL PERALTA MALDONADO 11 November 2021 (has links)
[pt] In order to gain deeper understanding of the ow physics around low aspect ratio wings, the current dissertation presents a numerical study of the ow around a race-car rear wing, in particular, the PUC-Rio Formula-University car. To diminish the time it takes to prepare a numerical simulation, we evaluate the performance and accuracy of a particular utility available in Open-FOAM, namely, snappyHexMesh, which generates hexahedral unstructured grids. The effect of using such a grid in numerical simulations employing two different turbulence models (Spalart Allmaras and k - w SST) for several angles of attack is investigated. The methodology of the study comprised six steps: 3D scanning of the real geometry, geometry modeling, grid generation, ow computation, solution validation, ow visualization and analysis. The grid qualities were assessed using a simple two-dimensional case, which showed good agreement with experimental data with an absolute difference ranging between 0.39 per cent and 8 per cent. While comparing them with numerical validated data the difference ranged between 0.5 per cent and 3.6 per cent. By visualizing the velocity and pressure fields, it was confirmed that the methodology used in the current study is capable of capture the various physical phenomena present in the ow around a rear wing, which is characterized by horseshoe vortices at the end plates, local recirculation zones, tip vortices and their interaction with the boundary layer at the suction surface. The simulations showed that the size of the tip and horseshoe vortices increases with the angle of attack, as well as their in uence on the boundary-layer separation. Consequently, although the end plates are known to be useful in reduction of vortex, it was observed there is still a great waste of energy in their formation. / [en] A fim de obter uma compreensão mais profunda da física do escoamento
em torno de asas de baixa relação de aspecto, a presente dissertação
apresenta um estudo numérico do escoamento em torno da asa traseira de
um carro de corrida, em particular, o carro de fórmula da PUC-Rio. Para
diminuir o tempo que leva para preparar uma simulação numérica, avaliamos
o desempenho e a precisão de um utilitário disponível no OpenFOAM
chamado snappyHexMesh, o qual gera malhas não estruturadas usando
em sua maioria elementos hexahédricos. O efeito do uso de tal malha nos
resultados das simulações numéricas é investigado, empregando dois modelos
de turbulência diferentes (Spalart Allmaras e k - omega SST) para vários
ângulos de ataque. A metodologia do estudo foi composta por seis etapas:
a digitalização da geometria, a modelagem da geometria, a geração da
malha, o cálculo do escoamento, a avaliação da solução, a visualização e
análise do escoamento. As qualidades da malha foram avaliados através de
um caso bidimensional simples, que mostrou boa concordância com dados
experimentais com uma diferença absoluta variando entre 0,39 por cento e 8 por cento.
Em quanto que comparando-os com dados numéricos validados a diferença
variou entre 0,5 por cento e 3,6 por cento. Visualizando os campos de velocidade e os campos
de pressão, foi confirmado que a metodologia utilizada no estudo é capaz
de capturar os diversos fenômenos físicos presentes no escoamento, o qual
é caracterizado por vórtices de ferradura nas placas, zonas de recirculação
locais, vórtices de ponta e sua interação com a camada limite na superfície
de sucção. As simulações mostraram que o tamanho dos vórtices de ponta e
dos vórtices de ferradura aumenta com o ângulo de ataque, bem como sua
inuência sobre a separação da camada limite. Consequentemente, embora
as placas sejam reconhecidamente úteis na diminuição dos efeitos de ponta,
ainda há um grande desperdício de energia na formação de vórtices.
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[pt] INVESTIGAÇÃO NUMÉRICA DA EVOLUÇÃO DOS PADRÕES DE FLUXO SANGUÍNEO DE DIFERENTES ANOS EM PACIENTES COM ANEURISMA DE AORTA ASCENDENTE / [en] NUMERICAL INVESTIGATION OF THE EVOLUTION OF BLOOD FLOW PATTERNS OF DIFFERENT YEARS IN PATIENTS WITH ASCENDING AORTIC ANEURYSMGABRIELA DE CASTRO ALMEIDA 29 April 2019 (has links)
[pt] Aneurisma arterial é definido como uma dilatação excessiva do diâmetro normal de uma artéria. O aneurisma da aorta ascendente é geralmente assintomático, portanto, é frequentemente identificado acidentalmente durante exames de imagem de rotina. Após a identificação do aneurisma, caso não haja indicação cirúrgica, o paciente deve ser acompanhado de maneira adequada, pois a ruptura arterial pode ser fatal. A influência do fluxo sanguíneo no remodelamento aórtico é uma importante área de investigação. O objetivo deste estudo é identificar padrões hemodinâmicos em aneurismas de aorta ascendente que possam estar relacionados com o aumento do aneurisma. Cada paciente do estudo foi avaliado em dois momentos distintos. Um modelo tridimensional do aneurisma de aorta ascendente foi gerado para cada paciente a partir de exames de angiotomografia de aorta. O padrão de fluxo foi determinado numericamente com a utilização de um software comercial. Foi demonstrado que o ângulo entre a entrada do fluxo principal e o tronco braquiocefálico pode induzir a uma incidência de um jato incidente na parede da aorta, ocasionado áreas de recirculação na região posterior do jato, além de altos valores de pressão e tensão cisalhante. Os presentes achados hemodinâmicos podem estar relacionados com o remodelamento da aorta ascendente. / [en] Arterial aneurysmal is defined as an excessive dilation of the normal diameter of an artery. Ascending aortic aneurysm is generally asymptomatic, so it is often accidentally identified during routine imaging examinations. After the aneurysm has been identified, if there is no surgical indication, the patient should be followed adequately, since arterial rupture can be fatal. The influence of blood flow on aortic remodeling is an important area of investigation. The aim of this study is to identify hemodynamic patterns in ascending aortic aneurysms that may be related to aneurysm enlargement. Each patient in the study was evaluated at two different times. A three-dimensional model of the ascending aortic aneurysm was generated for each patient from aortic angiotomography examinations. The flow field was numerically determined with a commercial software. It has been shown that the angle between the entrance of the main flow and the brachiocephalic trunk can induce an incident jet on the aortic wall, causing areas of recirculation in the posterior region of the jet, besides high values of pressure and wall shear stress. The present hemodynamics findings may be related to remodeling of the ascending aorta.
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[en] EFFECTS OF FLOW INDUCED VIBRATIONS ON INTELLIGENT COMPLETION COMPONENTS OF GAS INJECTOR WELLS / [pt] EFEITOS DA VIBRAÇÃO INDUZIDA PELO ESCOAMENTO NOS EQUIPAMENTOS DE COMPLETAÇÃO INTELIGENTE DE POÇOS INJETORES DE GÁSHILTON BERNARDO BETTA JUNIOR 12 February 2019 (has links)
[pt] A reinjeção de gás é uma técnica empregada para o aumento do fator de recuperação de reservatórios de petróleo. Em campos marítimos, quando o volume de gás produzido na unidade estacionária de produção (plataforma) é muito elevado e não se dispõe de infraestrutura para exportá-lo para terra, a reinjeção de todo o gás produzido pode requerer vazões suficientemente altas para causar danos à coluna de injeção do poço em decorrência da vibração induzida pelo escoamento. Esse problema pode ser ainda mais crítico para injetores com completação inteligente, que são instrumentados com sensores e válvulas de controle de fluxo e cujo monitoramento e controle são realizados por meio de cabos elétricos e hidráulicos instalados ao longo da coluna do poço. O risco da falha no sistema de completação inteligente torna-se, portanto, um limitante para a vazão máxima do gás que pode ser reinjetado no poço. Nestes casos, não havendo como exportar o gás produzido, a alternativa é reduzir a produção de petróleo da plataforma. Esta dissertação aborda o problema da vibração induzida pelo escoamento em poços injetores de gás equipados com sistemas inteligentes de completação. Modelou-se a geometria de um poço real a fim de realizar as análises computacionais da dinâmica do escoamento. Devido as altas vazões envolvidas, a abordagem do caso exige um tratamento adequado da turbulência. Para tal, fez-se uso dos métodos Reynolds-Averaged Navier-Stokes (RANS) e Large Eddy Simulation (LES). O primeiro é um modelo estacionário que prevê as estatísticas estacionárias baseando-se em equações de transporte para as mesmas. O segundo é um modelo transiente, que resolve a maior e mais energética parte do espectro das flutuações turbulentas. A partir da análise computacional com os dois modelos foram estimadas as amplitudes e espectros de frequência das forças de excitação dinâmicas produzidas pelo escoamento sobre os componentes do sistema de completação inteligente na região mais crítica da coluna de injeção. Para o caso estudado, um poço injetor de gás com uma coluna de 4 1/2´´ em um revestimento de 9 5/8´´ e vazão máxima nominal de 4,5 x 10(6) m(3)/d, as forças de excitação sobre os componentes críticos do sistema de completação inteligente atingiram amplitudes máximas da ordem de 10 N/m numa faixa de frequência de até 150 Hz, valores considerados satisfatórios para a operação do poço estudado. A metodologia desenvolvida neste trabalho pode ser estendida para outras configurações de poços injetores com completação inteligente. / [en] Reinjection of produced gas is a well-known technique of enhanced oil recovery. In offshore fields, the production units do not always have the proper infrastructure to export the produced gas to shore. In these cases, if the gas volumes are too high, reinjecting it into the reservoir may require elevated flow rates, increasing the risk of mechanical failures due to flow induced vibration on the well completion equipment. This problem may be even more critical in the case of injector wells with intelligent completion systems, which are monitored and controlled with the aid of electrical and optical cables running along the injection tubing. In many instances, to avoid fatigue damage in the intelligent completion equipment, the production unit has to be restricted to allowable rates. This work focus on the problem of flow induced vibration in injector wells equipped with intelligent completion systems. A real well has been modeled in order to perform computational fluid dynamic analysis and understand the turbulent flow near the discharge of the downhole inflow control valves. The problem was modeled using both the Averaged-Reynolds Navier-Stokes and Large Eddy Scale turbulent models. In the first, the flow is stationary and the variables are time-averaged. In the second model, transient analysis is performed considering only the large length scales. Combining the two models, the amplitudes and frequency spectra of the dynamic forces that excite the components of the injector well are estimated. In the case studied, a well with tubing of 4 1/2´´ in a 9 5/8´´ casing and with a maximum nominal gas injection flow rate of 4.5 x 10(6) m(3)/d, the dynamical loads on the critical intelligent completion components were estimated presenting amplitudes of the order of 10 N/m and frequency ranges up to 150 Hz, values that were considered safe for the operation of the analyzed well. The methodology developed in this work can be extended to model other configurations of high flow rate injector wells.
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[en] NUMERICAL STUDY OF THE INFLUENCE OF TILT VALVE ANGLE ON BLOOD FLOW IN AN AORTIC MODEL / [pt] ESTUDO NUMÉRICO DA INFLUÊNCIA DA INCLINAÇÃO DO ÂNGULO DA VÁLVULA NO ESCOAMENTO SANGUÍNEO EM UM MODELO AÓRTICODIEGO FERNANDO CELIS TORRES 13 December 2017 (has links)
[pt] A substituição de válvula aórtica por cateter (Transcatheter Aortic Valve Replacement, TAVR) tornou-se uma poderosa alternativa para pacientes com estenose aórtica e com alto risco de serem submetidos à cirurgia tradicional de peito aberto. O conhecimento da distribuição da pressão, bem como a tensão cisalhante
na superfície da aorta podem ajudar a identificar regiões críticas, onde o processo de remodelamento da aorta pode ocorrer. O objetivo do presente trabalho é avaliar numericamente a influência do posicionamento do orifício da válvula protética no campo de escoamento. O estudo foi realizado com base em um paciente submetido a TAVR. Um modelo 3D foi gerado a partir de angiotomografia e de segmentação de imagens da aorta. Dados experimentais obtidos anteriormente na mesma geometria indicaram que o fluxo do jato através da válvula de entrada é de natureza turbulenta. O escoamento foi determinado numericamente com o software comercial FLUENT. A turbulência foi modelada com o modelo de dois equações k-omega SST. Para representar um fluxo pulsátil, foram impostos diferentes fluxo de massa na entrada da válvula. Para todas as vazões investigadas, obteve-se um padrão de escoamento semelhante. Mostrou-se que uma pequena variação dos ângulos de inclinação pode modificar a natureza do fluxo, deslocando a posição dos vórtices e alterando a localização das regiões de alta tensão de cisalhamento, assim como de alta pressão, na superfície interna da aorta. Mostrou-se também que um
aumento da intensidade da turbulência na entrada diminui os valores de tensão cisalhante e de pressão nas paredes da aorta. Essas características hemodinâmicas podem ser relevantes no processo de remodelação aórtica e os estresses mecânicos podem influenciar na durabilidade da prótese valvular. / [en] Transcatheter Aortic Valve Replacement (TAVR) has become a powerful alternative for patients with aortic stenosis and a high surgical risk to face a traditional open chest surgery. The knowledge of the pressure distribution as well as shear stress at the aortic surface may help identify critical regions, where aortic
remodeling process may occur. The purpose of the present work is to evaluate numerically the influence of the positioning of the prosthetic valve orifice in the flow field. The study was carried out on the basis of a particular patient who had undergone a TAVR. A 3D model was generated from computed tomography
angiography and image segmentation of the aorta. Experimental data previously obtained in the same geometry indicated that the jet flow through the inlet valve is turbulent flow. The flow field was numerically determined with the commercial software Fluent. The turbulence was modeled with the two-equation k-omega SST model. To represent a pulsatile flow, different mass flow rates were imposed at the inlet valve. Similar flow pattern was observed for all flow rates investigated. It was shown that small variations of the tilt angle can modify the nature of the flow, displacing the position of the vortices and altering the location of high shear stress, as well as high pressure, at the aortic inner wall. It was also shown that an increase
of the turbulent intensity at the entrance decreases the values of shear stress and pressure on the walls. These hemodynamic features may be relevant in the aortic remodeling process and the mechanical stresses may influence the durability of the valve prosthesis.
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[en] POISSON EQUATION AND THE HELMHOLTZ-HODGE DECOMPOSITION WITH SPH OPERATORS / [pt] A EQUAÇÃO DE POISSON E A DECOMPOSIÇÃO DE HELMHOLTZ-HODGE COM OPERADORES SPHFABIANO PETRONETTO DO CARMO 29 August 2008 (has links)
[pt] A equação diferencial parcial de Poisson é de fundamental
importância em várias áreas de pesquisa, dentre elas:
matemática, física e engenharia. Para resolvê-la
numericamente utilizam-se vários métodos, tais como os
já tradicionais métodos das diferenças finitas e dos
elementos finitos. Este trabalho propõe um método para
resolver a equação de Poisson, utilizando
uma abordagem de sistema de partículas conhecido como SPH,
do inglês Smoothed Particles Hydrodynamics. O método
proposto para a solução da equação de Poisson e os
operadores diferenciais discretos definidos no
método SPH, chamados de operadores SPH, são utilizados neste
trabalho em duas aplicações: na decomposição de campos
vetoriais; e na simulação numérica de escoamentos de fluidos
monofásicos e bifásicos utilizando a equação de Navier-Stokes. / [en] Poisson`s equation is of fundamental importance in many
research areas in engineering and the mathematical and
physical sciences. Its numerical solution uses several
approaches among them finite differences and finite
elements. In this work we propose a method to solve
Poisson`s equation using the particle method known as SPH
(Smoothed Particle Hydrodynamics). The proposed method
together with an accurate analysis of the discrete
differential operators defined by SPH are applied in two
related situations: the Hodge-Helmholtz vector field
decomposition and the numerical simulation of the
Navier-Stokes equations.
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[en] EFFICIENT FLUID SIMULATION IN THE PARAMETRIC SPACE OF THREE-DIMENSIONAL STRUCTURED GRIDS / [pt] SIMULAÇÃO EFICIENTE DE FLUIDOS NO ESPAÇO PARAMÉTRICO DE MALHAS ESTRUTURADAS TRIDIMENSIONAISVITOR BARATA RIBEIRO BLANCO BARROSO 13 January 2017 (has links)
[pt] Fluidos são extremamente comuns em nosso mundo e têm papel central em muitos fenômenos naturais. A compreensão de seu comportamento tem importância fundamental em uma vasta gama de aplicações e diversas áreas de pesquisa, da análise de fluxo sanguíneo até o transporte de petróleo, da exploração do fluxo de um rio até a previsão de maremotos, tempestades e furacões. Na simulação de fluidos, a abordagem conhecida como Euleriana é capaz de gerar resultados bastante corretos e precisos, mas as computações envolvidas podem se tornar excessivamente custosas quando há a necessidade de tratar fronteiras curvas e obstáculos com formas complexas. Este trabalho aborda esse problema e apresenta uma técnica Euleriana rápida e direta para simular o escoamento de fluidos em grades estruturadas parametrizadas tridimensionais. O principal objetivo do método é tratar de forma correta e eficiente as interações de fluidos com fronteiras curvas, incluindo paredes externas e obstáculos internos. Para isso, são utilizadas matrizes Jacobianas por célula para relacionar as derivadas de campos escalares e vetoriais nos espaços do mundo e paramétrico, o que permite a resolução das equações de Navier-Stokes diretamente no segundo, onde a discretização do domínio torna-se simplesmente uma grade uniforme. O trabalho parte de um simulador baseado em grades regulares e descreve como adaptá-lo com a aplicação das matrizes Jacobianas em cada passo, incluindo a resolução de equações de Poisson e dos sistemas lineares esparsos associados, utilizando tanto iterações de Jacobi quanto o método do Gradiente Biconjugado Estabilizado. A técnica é implementada na linguagem de programação CUDA e procura explorar ao máximo a arquitetura massivamente paralela das placas gráficas atuais. / [en] Fluids are extremely common in our world and play a central role in many natural phenomena. Understanding their behavior is of great importance to a broad range of applications and several areas of research, from blood flow analysis to oil transportation, from the exploitation of river flows to the prediction of tidal waves, storms and hurricanes. When simulating fluids, the so-called Eulerian approach can generate quite correct and precise results, but the computations involved can become excessively expensive when curved boundaries and obstacles with complex shapes need to be taken into account. This work addresses this problem and presents a fast and straightforward Eulerian technique to simulate fluid flows in three-dimensional parameterized structured grids. The method s primary design goal is the correct and efficient handling of fluid interactions with curved boundary walls and internal obstacles. This is accomplished by the use of per-cell Jacobian matrices to relate field derivatives in the world and parameter spaces, which allows the Navier-Stokes equations to be solved directly in the latter, where the domain discretization becomes a simple uniform grid. The work builds on a regular-grid-based simulator and describes how to apply Jacobian matrices to each step, including the solution of Poisson equations and the related sparse linear systems using
both Jacobi iterations and a Biconjugate Gradient Stabilized solver. The technique is implemented efficiently in the CUDA programming language and strives to take full advantage of the massively parallel architecture of today s graphics cards.
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[en] ASSESSMENT OF REDUCED ORDER MODELS APPLIED TO STEADY-STATE BI-DIMENSIONAL LAMINAR METHANE AIR DIFFUSION FLAME / [pt] AVALIAÇÃO DE MODELOS DE ORDEM REDUZIDA APLICADOS À SIMULAÇÃO BIDIMENSIONAL EM REGIME ESTACIONÁRIO DE CHAMAS LAMINARES DE DIFUSÃO DE METANO E ARNICOLE LOPES M DE B JUNQUEIRA 03 May 2022 (has links)
[pt] Dinâmica dos Fluidos Computacional (CFD) é frequentemente aplicada
ao estudo da combustão, permitindo otimizar o processo e controlar a emissão
de poluentes. Entretanto, reproduzir o comportamento observado nos sistemas
de engenharia tem uma elevada carga computacional. Para superar este custo,
técnicas de aprendizagem de máquinas, tais como modelos de ordem reduzida
(ROM), têm sido aplicadas a várias aplicações de engenharia com o objetivo
de criar modelos para sistemas complexos com custo computacional reduzido.
Aqui, o ROM é criado usando dados de simulação de chama laminar não
pré-misturada de CFD, decompondo-os, e depois aplicando um algoritmo de
aprendizagem de máquinas, criando um ROM estático. Este trabalho analisa
o efeito de cinco abordagens diferentes de pré-processamento de dados sobre o
ROM, sendo estas: (1) as propriedades tratadas como um sistema desacoplado
ou como um sistema acoplado, (2) sem normalização, (3) com temperatura
e velocidade normalizadas, (4) todas as propriedades normalizadas, e (5) o
logaritmo da espécie química. Para todos os ROM construídos são analisados a
energia do processo de redução e a reconstrução dos campos das propriedades
da chama. Em relação a análise da energia da redução, o ROM acoplado,
exceto o ROM (4), e o ROM do logaritmo convergem rapidamente, semelhante
ao ROM da temperatura desacoplado, enquanto o ROM da espécie química
minoritária desacoplado exibe uma lenta convergência, tal como o ROM
acoplado com todas as propriedades normalizadas. Assim, a aprendizagem é
atingida com um número menor de modos para a ROM (2), (3) e (5). Quanto à
reconstrução dos campos de propriedades, nota-se que existem regiões de fração
mássica negativa, o que sugere que a metodologia do ROM não preserva a
monotonicidade ou a delimitação das propriedades. A abordagem do logaritmo
mostra que estes problemas são superados e reproduzem os dados originais. / [en] Computational fluid dynamics (CFD) is often applied to the study of
combustion, enabling to optimize the process and control the emission of
pollutants. However, reproducing the behavior observed in engineering systems
has a high computational burden. To overcome this cost, machine learning
techniques, such as reduced order models (ROM), have been applied to several
engineering applications aiming to create models for complex systems with
reduced computational cost. Here, the ROM is created using CFD laminar
non premixed flame simulation data, decomposing it, and then applying a
machine learning algorithm, creating a static ROM. This work analyzes the
effect of five different data pre-processing approaches on the ROM, these being:
(1) the properties treated as an uncoupled system or as a coupled system, (2)
without normalization, (3) with temperature and velocity normalized, (4) all
properties normalized, and (5) the logarithm of the chemical species. For all
ROM constructed are analyzed the energy of the reduction process and the
reconstruction of the flame properties fields. Regarding the reduction energy
analysis, the coupled ROM, except the ROM (4), and the logarithm ROM
converges faster, similarly to the uncoupled temperature ROM, whereas the
uncoupled minor chemical species ROM exhibits a slower convergence, as does
the coupled ROM with all properties normalized. So, the learning is achieved
with a smaller number of modes for the ROM (2), (3) and (5). As for the
reconstruction of the property fields, it is noted that there are regions of
negative mass fraction, which suggest that the ROM methodology does not
preserve the monocity or the boundedness of the properties. The logarithm
approach shows that these problems are overcome and reproduce the original
data.
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