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Resolução numérica de escoamentos compressíveis empregando um método de partículas livre de malhas e o processamento em paralelo (CUDA) / Numerical resolution of compressible flows employing a mesfree particle method and CUDAJosecley Fialho Góes 25 August 2011 (has links)
Os métodos numéricos convencionais, baseados em malhas, têm sido amplamente
aplicados na resolução de problemas da Dinâmica dos Fluidos Computacional.
Entretanto, em problemas de escoamento de fluidos que envolvem superfícies livres,
grandes explosões, grandes deformações, descontinuidades, ondas de choque etc., estes
métodos podem apresentar algumas dificuldades práticas quando da resolução destes
problemas. Como uma alternativa viável, existem os métodos de partículas livre de
malhas. Neste trabalho é feita uma introdução ao método Lagrangeano de partículas,
livre de malhas, Smoothed Particle Hydrodynamics (SPH) voltado para a simulação numérica
de escoamentos de fluidos newtonianos compressíveis e quase-incompressíveis.
Dois códigos numéricos foram desenvolvidos, uma versão serial e outra em paralelo,
empregando a linguagem de programação C/C++ e a Compute Unified Device Architecture
(CUDA), que possibilita o processamento em paralelo empregando os núcleos das
Graphics Processing Units (GPUs) das placas de vídeo da NVIDIA Corporation. Os resultados
numéricos foram validados e a eficiência computacional avaliada considerandose
a resolução dos problemas unidimensionais Shock Tube e Blast Wave e bidimensional
da Cavidade (Shear Driven Cavity Problem). / The conventional mesh-based numerical methods have been widely applied
to solving problems in Computational Fluid Dynamics. However, in problems involving
fluid flow free surfaces, large explosions, large deformations, discontinuities,
shock waves etc. these methods suffer from some inherent difficulties which limit
their applications to solving these problems. Meshfree particle methods have emerged
as an alternative to the conventional grid-based methods. This work introduces
the Smoothed Particle Hydrodynamics (SPH), a meshfree Lagrangian particle method
to solve compressible flows. Two numerical codes have been developed, serial and
parallel versions, using the Programming Language C/C++ and Compute Unified Device
Architecture (CUDA). CUDA is NVIDIAs parallel computing architecture that
enables dramatic increasing in computing performance by harnessing the power of
the Graphics Processing Units (GPUs). The numerical results were validated and the
speedup evaluated for the Shock Tube and Blast Wave one-dimensional problems and
Shear Driven Cavity Problem.
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Desenvolvimento de um simulador numérico empregando o método Smoothed Particle Hydrodynamics para a resolução de escoamentos incompressíveis. Implementação computacional em paralelo (CUDA) / Numerical modelling of incompressible flows with the smoothed particles hydrodynamics method. Implementation of parallel numerical algorithms using CUDAMarciana Lima Góes 30 August 2012 (has links)
Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / Neste trabalho, foi desenvolvido um simulador numérico baseado no método
livre de malhas Smoothed Particle Hydrodynamics (SPH) para a resolução de escoamentos
de fluidos newtonianos incompressíveis. Diferentemente da maioria das versões
existentes deste método, o código numérico faz uso de uma técnica iterativa na determinação
do campo de pressões. Este procedimento emprega a forma diferencial de
uma equação de estado para um fluido compressível e a equação da continuidade a
fim de que a correção da pressão seja determinada. Uma versão paralelizada do simulador
numérico foi implementada usando a linguagem de programação C/C++ e a
Compute Unified Device Architecture (CUDA) da NVIDIA Corporation. Foram simulados
três problemas, o problema unidimensional do escoamento de Couette e os problemas
bidimensionais do escoamento no interior de uma Cavidade (Shear Driven Cavity
Problem) e da Quebra de Barragem (Dambreak). / In this work a numerical simulator was developed based on the mesh-free
Smoothed Particle Hydrodynamics (SPH) method to solve incompressible newtonian
fluid flows. Unlike most existing versions of this method, the numerical code uses an
iterative technique in the pressure field determination. This approach employs a differential
state equation for a compressible fluid and the continuity equation to calculate
the pressure correction. A parallel version of the numerical code was implemented
using the Programming Language C/C++ and Compute Unified Device Architecture
(CUDA) from the NVIDIA Corporation. The numerical results were validated and the
speed-up evaluated for an one-dimensional Couette flow and two-dimensional Shear
Driven Cavity and Dambreak problems.
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Desenvolvimento de um simulador numérico empregando o método Smoothed Particle Hydrodynamics para a resolução de escoamentos incompressíveis. Implementação computacional em paralelo (CUDA) / Numerical modelling of incompressible flows with the smoothed particles hydrodynamics method. Implementation of parallel numerical algorithms using CUDAMarciana Lima Góes 30 August 2012 (has links)
Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / Neste trabalho, foi desenvolvido um simulador numérico baseado no método
livre de malhas Smoothed Particle Hydrodynamics (SPH) para a resolução de escoamentos
de fluidos newtonianos incompressíveis. Diferentemente da maioria das versões
existentes deste método, o código numérico faz uso de uma técnica iterativa na determinação
do campo de pressões. Este procedimento emprega a forma diferencial de
uma equação de estado para um fluido compressível e a equação da continuidade a
fim de que a correção da pressão seja determinada. Uma versão paralelizada do simulador
numérico foi implementada usando a linguagem de programação C/C++ e a
Compute Unified Device Architecture (CUDA) da NVIDIA Corporation. Foram simulados
três problemas, o problema unidimensional do escoamento de Couette e os problemas
bidimensionais do escoamento no interior de uma Cavidade (Shear Driven Cavity
Problem) e da Quebra de Barragem (Dambreak). / In this work a numerical simulator was developed based on the mesh-free
Smoothed Particle Hydrodynamics (SPH) method to solve incompressible newtonian
fluid flows. Unlike most existing versions of this method, the numerical code uses an
iterative technique in the pressure field determination. This approach employs a differential
state equation for a compressible fluid and the continuity equation to calculate
the pressure correction. A parallel version of the numerical code was implemented
using the Programming Language C/C++ and Compute Unified Device Architecture
(CUDA) from the NVIDIA Corporation. The numerical results were validated and the
speed-up evaluated for an one-dimensional Couette flow and two-dimensional Shear
Driven Cavity and Dambreak problems.
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Resolução numérica de escoamentos compressíveis empregando um método de partículas livre de malhas e o processamento em paralelo (CUDA) / Numerical resolution of compressible flows employing a mesfree particle method and CUDAJosecley Fialho Góes 25 August 2011 (has links)
Os métodos numéricos convencionais, baseados em malhas, têm sido amplamente
aplicados na resolução de problemas da Dinâmica dos Fluidos Computacional.
Entretanto, em problemas de escoamento de fluidos que envolvem superfícies livres,
grandes explosões, grandes deformações, descontinuidades, ondas de choque etc., estes
métodos podem apresentar algumas dificuldades práticas quando da resolução destes
problemas. Como uma alternativa viável, existem os métodos de partículas livre de
malhas. Neste trabalho é feita uma introdução ao método Lagrangeano de partículas,
livre de malhas, Smoothed Particle Hydrodynamics (SPH) voltado para a simulação numérica
de escoamentos de fluidos newtonianos compressíveis e quase-incompressíveis.
Dois códigos numéricos foram desenvolvidos, uma versão serial e outra em paralelo,
empregando a linguagem de programação C/C++ e a Compute Unified Device Architecture
(CUDA), que possibilita o processamento em paralelo empregando os núcleos das
Graphics Processing Units (GPUs) das placas de vídeo da NVIDIA Corporation. Os resultados
numéricos foram validados e a eficiência computacional avaliada considerandose
a resolução dos problemas unidimensionais Shock Tube e Blast Wave e bidimensional
da Cavidade (Shear Driven Cavity Problem). / The conventional mesh-based numerical methods have been widely applied
to solving problems in Computational Fluid Dynamics. However, in problems involving
fluid flow free surfaces, large explosions, large deformations, discontinuities,
shock waves etc. these methods suffer from some inherent difficulties which limit
their applications to solving these problems. Meshfree particle methods have emerged
as an alternative to the conventional grid-based methods. This work introduces
the Smoothed Particle Hydrodynamics (SPH), a meshfree Lagrangian particle method
to solve compressible flows. Two numerical codes have been developed, serial and
parallel versions, using the Programming Language C/C++ and Compute Unified Device
Architecture (CUDA). CUDA is NVIDIAs parallel computing architecture that
enables dramatic increasing in computing performance by harnessing the power of
the Graphics Processing Units (GPUs). The numerical results were validated and the
speedup evaluated for the Shock Tube and Blast Wave one-dimensional problems and
Shear Driven Cavity Problem.
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Simulação de escoamentos incompressíveis empregando o método Smoothed Particle Hydrodynamics utilizando algoritmos iterativos na determinação do campo de pressões / Simulation of incompressible flows employing the Smoothed Particle Hydrodynamics method using iterative methods to determine the pressure fieldMayksoel Medeiros de Freitas 25 March 2013 (has links)
Nesse trabalho, foi desenvolvido um simulador numérico (C/C++) para a resolução
de escoamentos de fluidos newtonianos incompressíveis, baseado no método de
partículas Lagrangiano, livre de malhas, Smoothed Particle Hydrodynamics (SPH). Tradicionalmente,
duas estratégias são utilizadas na determinação do campo de pressões
de forma a garantir-se a condição de incompressibilidade do fluido. A primeira delas
é a formulação chamada Weak Compressible Smoothed Particle Hydrodynamics (WCSPH),
onde uma equação de estado para um fluido quase-incompressível é utilizada na determinação
do campo de pressões. A segunda, emprega o Método da Projeção e o campo
de pressões é obtido mediante a resolução de uma equação de Poisson. No estudo aqui
desenvolvido, propõe-se três métodos iterativos, baseados noMétodo da Projeção, para
o cálculo do campo de pressões, Incompressible Smoothed Particle Hydrodynamics (ISPH).
A fim de validar os métodos iterativos e o código computacional, foram simulados dois
problemas unidimensionais: os escoamentos de Couette entre duas placas planas paralelas
infinitas e de Poiseuille em um duto infinito e foram usadas condições de contorno
do tipo periódicas e partículas fantasmas. Um problema bidimensional, o escoamento
no interior de uma cavidade com a parede superior posta em movimento, também foi
considerado. Na resolução deste problema foi utilizado o reposicionamento periódico
de partículas e partículas fantasmas. / In this work, we have developed a numerical simulator (C/C++) to solve incompressible
Newtonian fluid flows, based on the meshfree Lagrangian Smoothed
Particle Hydrodynamics (SPH) Method. Traditionally, two methods have been used to
determine the pressure field to ensure the incompressibility of the fluid flow. The first
is calledWeak Compressible Smoothed Particle Hydrodynamics (WCSPH) Method, in
which an equation of state for a quasi-incompressible fluid is used to determine the
pressure field. The second employs the Projection Method and the pressure field is
obtained by solving a Poissons equation. In the study developed here, we have proposed
three iterative methods based on the Projection Method to calculate the pressure
field, Incompressible Smoothed Particle Hydrodynamics (ISPH) Method. In order to
validate the iterative methods and the computational code we have simulated two
one-dimensional problems: the Couette flow between two infinite parallel flat plates
and the Poiseuille flow in a infinite duct, and periodic boundary conditions and ghost
particles have been used. A two-dimensional problem, the lid-driven cavity flow, has
also been considered. In solving this problem we have used a periodic repositioning
technique and ghost particles.
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Simulação de escoamentos incompressíveis empregando o método Smoothed Particle Hydrodynamics utilizando algoritmos iterativos na determinação do campo de pressões / Simulation of incompressible flows employing the Smoothed Particle Hydrodynamics method using iterative methods to determine the pressure fieldMayksoel Medeiros de Freitas 25 March 2013 (has links)
Nesse trabalho, foi desenvolvido um simulador numérico (C/C++) para a resolução
de escoamentos de fluidos newtonianos incompressíveis, baseado no método de
partículas Lagrangiano, livre de malhas, Smoothed Particle Hydrodynamics (SPH). Tradicionalmente,
duas estratégias são utilizadas na determinação do campo de pressões
de forma a garantir-se a condição de incompressibilidade do fluido. A primeira delas
é a formulação chamada Weak Compressible Smoothed Particle Hydrodynamics (WCSPH),
onde uma equação de estado para um fluido quase-incompressível é utilizada na determinação
do campo de pressões. A segunda, emprega o Método da Projeção e o campo
de pressões é obtido mediante a resolução de uma equação de Poisson. No estudo aqui
desenvolvido, propõe-se três métodos iterativos, baseados noMétodo da Projeção, para
o cálculo do campo de pressões, Incompressible Smoothed Particle Hydrodynamics (ISPH).
A fim de validar os métodos iterativos e o código computacional, foram simulados dois
problemas unidimensionais: os escoamentos de Couette entre duas placas planas paralelas
infinitas e de Poiseuille em um duto infinito e foram usadas condições de contorno
do tipo periódicas e partículas fantasmas. Um problema bidimensional, o escoamento
no interior de uma cavidade com a parede superior posta em movimento, também foi
considerado. Na resolução deste problema foi utilizado o reposicionamento periódico
de partículas e partículas fantasmas. / In this work, we have developed a numerical simulator (C/C++) to solve incompressible
Newtonian fluid flows, based on the meshfree Lagrangian Smoothed
Particle Hydrodynamics (SPH) Method. Traditionally, two methods have been used to
determine the pressure field to ensure the incompressibility of the fluid flow. The first
is calledWeak Compressible Smoothed Particle Hydrodynamics (WCSPH) Method, in
which an equation of state for a quasi-incompressible fluid is used to determine the
pressure field. The second employs the Projection Method and the pressure field is
obtained by solving a Poissons equation. In the study developed here, we have proposed
three iterative methods based on the Projection Method to calculate the pressure
field, Incompressible Smoothed Particle Hydrodynamics (ISPH) Method. In order to
validate the iterative methods and the computational code we have simulated two
one-dimensional problems: the Couette flow between two infinite parallel flat plates
and the Poiseuille flow in a infinite duct, and periodic boundary conditions and ghost
particles have been used. A two-dimensional problem, the lid-driven cavity flow, has
also been considered. In solving this problem we have used a periodic repositioning
technique and ghost particles.
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