Orientador: João Batista Campos Silva / Banca: João Batista Aparecido / Banca: Aluisio Viais Pantaleão / Resumo: Neste trabalho foram realizadas simulações numéricas de escoamentos viscosos, incompressíveis e transientes com efeitos de rotação em um sistema não-inercial de referência, por meio do método de elementos finitos por volumes de controle; com a metodologia de simulação de grandes escalas (LES) para a modelagem da turbulência. Os domínios de cálculo foram discretizados utilizando elementos finitos quadrilaterais de nove nós e as equações são integradas em volumes de controle ao redor dos nós dos elementos finitos. Com a aplicação da metodologia de simulação de grandes escalas (LES), as equações governantes passam por um processo de filtragem e assim as maiores escalas são resolvidas diretamente pela solução das equações de Navier-Stokes filtradas, enquanto as escalas menores são modeladas pelo modelo de viscosidade turbulenta de Smagorinsky. Alguns casos de escoamentos bidimensionais nas variáveis primitivas u, v e p aplicados às máquinas de fluxo, tanto axiais, como radias, foram realizados para estudar o efeito das acelerações centrípeta e de Coriolis, por meio do adimensional número de rotação Ro, e das instabilidades geradas nos escoamentos / Abstract: In this work it has been done numerical simulations of viscous transient incompressible fluid flows with rotation effects in a non inertial system of reference, by the control volume based finite element method; with the methodology of large-eddy simulation (LES) to model turbulence. The domains of calculation are discretized in quadrilateral finite elements with nine nodes and the equations are integrated in control volumes around the node of the finite elements. By the application of LES, the governing equations are filtered and this way the large scales are directly solved by the solution of the filtered Navier-Stokes equations, while the sub-grid scales are modeled by the eddy viscosity model of Smagorinsky. Some cases of two-dimensional flows in primitive variables u, v and p applied to axial and radial turbomachines were simulated to analyze the effect of the centripetal and Coriolis accelerations, considering the dimensionless number of rotation and the instabilities generated in the flows / Mestre

Neste trabalho, apresenta-se o resultado da existência de soluções fracas em domínios não-limitados para as equações de Navier-Stokes, desde que a fronteira satisfaça uma certa condição de regularidade que é necessária para a obtenção de estimativas em domínios não-limitados semelhantes à desigualdade de Poincaré em domínios limitados. Apresenta-se o desenvolvimento detalhado do método de Galerkin para as equações de Navier-Stokes em domínios não-limitados com cálculo explícito de várias constantes e com forças externas não nulas. Apresenta-se dois teoremas fundamentais: um fornecendo condições para existência de soluções do problema estacionário e o outro fornecendo condições para existência de soluções do problema não-estacionário. / In the work it is presented results of existence of weak solutions in unbounded doroains for the Navier-Stokes equations. The roain condition to obtain similar results as those for bounded doroains; for e."'Carople the Poincaré inequality; is a certain condition of regularity at the boundary of the doroain. It is presented the detailed developroent of the Galerkin roethod for the t.he Navier-Stokes equations in unbounded doroains ~vith the explicit calculat ions of many constants and ''rith non null externai forces. It is presented two basic theorern: one presenting condition for the existence of solutions for the stationary problem and the other presenting conditions for existence of solution for the non stationary problem.

Ce travail a été consacré à la simulation numérique des équations de la mécanique des fluides par des méthodes de volumes finis implicites. Tout d’abord, nous avons étudié et mis en place une version implicite du schéma de Roe pour les écoulements monophasiques et diphasiques compressibles. Grâce à la méthode de Newton utilisée pour résoudre les systèmes nonlinéaires, nos schémas sont conservatifs. Malheureusement, la résolution de ces systèmes est très coûteuse. Il est donc impératif d’utiliser des algorithmes de résolution performants. Pour des matrices de grande taille, on utilise souvent des méthodes itératives dont la convergence dépend de leur spectre. Nous avons donc étudié le spectre du système linéaire et proposé une stratégie de Scaling pour améliorer le conditionnement de la matrice. Combinée avec le préconditionneur classique ILU, notre stratégie de Scaling a réduit de façon significative le nombre d’itérations GMRES du système local et le temps de calcul. Nous avons également montré l’intérêt du schéma centré pour la simulation de certains écoulements à faible nombre de Mach. Nous avons ensuite étudié et implémenté la méthode de décomposition de domaine pour les écoulements compressibles. Nous avons proposé une nouvelle variable interface qui rend la méthode du complément de Schur plus facile à construire et nous permet de traiter les termes de diffusion. L’utilisation du solveur itératif GMRES plutôt que Richardson pour le système interface apporte aussi une amélioration des performances par rapport aux autres méthodes. Nous pouvons également découper notre domaine de calcul en un nombre quelconque de sous-domaines. En utilisant la stratégie de Scaling pour le système interface, nous avons amélioré le conditionnement de la matrice et réduit le nombre d’itérations GMRES de ce système. En comparaison avec le calcul distribué classique, nous avons montré que notre méthode est robuste et efficace. / This thesis deals with numerical simulations of compressible fluid flows by implicit finite volume methods. Firstly, we studied and implemented an implicit version of the Roe scheme for compressible single-phase and two-phase flows. Thanks to Newton method for solving nonlinear systems, our schemes are conservative. Unfortunately, the resolution of nonlinear systems is very expensive. It is therefore essential to use an efficient algorithm to solve these systems. For large size matrices, we often use iterative methods whose convergence depends on the spectrum. We have studied the spectrum of the linear system and proposed a strategy, called Scaling, to improve the condition number of the matrix. Combined with the classical ILU preconditioner, our strategy has reduced significantly the GMRES iterations for local systems and the computation time. We also show some satisfactory results for low Mach-number flows using the implicit centered scheme. We then studied and implemented a domain decomposition method for compressible fluid flows. We have proposed a new interface variable which makes the Schur complement method easy to build and allows us to treat diffusion terms. Using GMRES iterative solver rather than Richardson for the interface system also provides a better performance compared to other methods. We can also decompose the computational domain into any number of subdomains. Moreover, the Scaling strategy for the interface system has improved the condition number of the matrix and reduced the number of GMRES iterations. In comparison with the classical distributed computing, we have shown that our method is more robust and efficient.

Neste trabalho, apresenta-se o resultado da existência de soluções fracas em domínios não-limitados para as equações de Navier-Stokes, desde que a fronteira satisfaça uma certa condição de regularidade que é necessária para a obtenção de estimativas em domínios não-limitados semelhantes à desigualdade de Poincaré em domínios limitados. Apresenta-se o desenvolvimento detalhado do método de Galerkin para as equações de Navier-Stokes em domínios não-limitados com cálculo explícito de várias constantes e com forças externas não nulas. Apresenta-se dois teoremas fundamentais: um fornecendo condições para existência de soluções do problema estacionário e o outro fornecendo condições para existência de soluções do problema não-estacionário. / In the work it is presented results of existence of weak solutions in unbounded doroains for the Navier-Stokes equations. The roain condition to obtain similar results as those for bounded doroains; for e."'Carople the Poincaré inequality; is a certain condition of regularity at the boundary of the doroain. It is presented the detailed developroent of the Galerkin roethod for the t.he Navier-Stokes equations in unbounded doroains ~vith the explicit calculat ions of many constants and ''rith non null externai forces. It is presented two basic theorern: one presenting condition for the existence of solutions for the stationary problem and the other presenting conditions for existence of solution for the non stationary problem.

Orientador: Marcelo Martins dos Santos / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Instituto de Matematica, Estatistica e Computação Cientifica / Made available in DSpace on 2018-08-13T14:33:51Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Entringer_ArianePiovezan_M.pdf: 25485247 bytes, checksum: 0f3ef257e85aae26b1d7bbc1ef29bcc2 (MD5) Previous issue date: 2009 / Resumo: Este trabalho consiste de uma exposição detalhada do resultado provado no artigo Uniqueness of Weak Solutions of the Navier-Stokes Equations of Multidimensional, Compressible Flow de D. Hoff (SIAM J. Math. Anal - 2006) sobre a unicidade de solução fraca e a dependência contínua da solução fraca nos dados iniciais para as equações de Navier-Stokes para fluídos compressíveis...Observação: O resumo, na integra, podera ser visualizado no texto completo da tese digital / Abstract: Uniqueness of Weak Solutions of the Navier-Stokes Equations of Multidimensional, Compressible Flow of D. Hoff (SIAM J. Math. Anal - 2006) about uniqueness and continuous dependence on initial data of weak solutions of the Navier-Stokes equations of compressible flow...Note: The complete abstract is available with the full electronic digital thesis or dissertations / Mestrado / Mestre em Matemática

Orientador: Marcelo Martins dos Santos / Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Instituto de Matemática, Estatística e Computação Científica / Made available in DSpace on 2018-08-18T21:33:13Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Dias_GilberlandioJesus_D.pdf: 729241 bytes, checksum: 697941f5eb00690299a087d1432b35cf (MD5) Previous issue date: 2011 / Resumo: Neste trabalho estudamos o escoamento de fluidos viscosos não Newtonianos, modelados pelo sistema estacionário incompressível de Navier-Stokes obedecendo a uma Lei de Potência, em domínios com canais infinitos. Tratamos basicamente de dois tipos de domínios: domínios com canais cuja seção transversal é limitada e domínios com canais possuindo seção transversal ilimitada. Tanto para domínios com seção transversal limitada quanto para domínios com seção transversal ilimitada, estudamos o problema proposto por Ladyzhenskaya e Solonnikov [Zap. Nauchn. Sem. Leningrad Otdel. Mat. Inst. Steklov (LOMI), 96(1980)117-160 (English Transl.: J. Soviet Math., 21, 1983, 728-761)]. Findamos nosso trabalho fazendo um estudo sobre estimativas em espaços de Sobolev com peso para soluções do sistema de Stokes com Lei de Potência / Abstract: In this work we study the flow of the viscous non-Newtonian fluids, modeled by the steady incompressible Navier-Stokes system obeying a power-law, in domains with infinite channels. We deal basically two types of domains: domains with channels whose cross section is limited and domains with channels having unlimited cross section. For both domains with limited cross section and for domains with unbounded cross section, we study the problem proposed by Ladyzhenskaya and Solonnikov [Zap. Nauchno. Sem Leningrad Otdel. Mat. Inst. Steklov (Lomi), 96 (1980) 117-160 (Portugu¿es Transl.: J. Soviet Math., 21, 1983, 728-761)]. We finished our work making a study of estimates in Sobolev weight spaces for solutions of the Stokes power-law system / Doutorado / Matematica / Doutor em Matemática

Orientadores: Helena Judith Nussenzveig Lopes, Milton da Costa Lopes Filho / Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Instituto de Matemática, Estatística e Computação Científica / Made available in DSpace on 2018-08-21T02:48:33Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Silva_LuizAlbertoViana_D.pdf: 1535000 bytes, checksum: dc971611cbda75b2a6dd72a0bd80d05f (MD5) Previous issue date: 2012 / Resumo: Um problema clássico em aberto é determinar se, em domínios com fronteira, soluções das equações de Navier-Stokes convergem, em um sentido apropriado, a uma solução das equações de Euler quando a viscosidade do fluido tende a zero. Baseados nesta importante questão, Kelliher, Lopes Filho e Nussenzveig Lopes examinaram, em [21], o comportamento de escoamentos com viscosidade pequena em domínios limitados com fronteira afastada, e descreveram condições precisas para que o escoamento limite fosse regido pelas equações de Euler no espaço todo. O presente trabalho é uma continuação natural do artigo mencionado, pois analisamos a dinâmica de escoamentos tridimensionais incompressíveis com viscosidade pequena em torno de obstáculos distantes. Mais precisamente, apresentamos uma estimativa fina que indica um comportamento assintótico para famílias de soluções das equações de Navier-Stokes em termos da viscosidade do escoamento e da localização do obstáculo, e contrastamos a referida estimativa com aquela demonstrada no contexto dos escoamentos em domínios limitados / Abstract: It is a classical open problem to determine if the vanishing viscosity limit can be established in the presence of boundaries. Based on this important issue, Kelliher, Lopes Filho and Nussenzveig Lopes studied in [21] the behavior of viscous incompresible flow in an expanding bounded domain when the viscosity is very small. To be more precise, these three authors described conditions under which the limiting flow satisfies the full space Euler equations. The present work is natural continuation of the aforementioned research since we consider 3D incompressible viscous flows around a distant obstacle along with the vanishing viscosity limit. Specificly, we obtain such a polynomial decay which shows an asymptotic behavior of families of 3D incompressible viscous flows, in the exterior of a single smooth obstacle, in terms of both the obstacle position and the small viscosity. Our approach allows us to compare our rate of convergence to that ones proved in [21] / Doutorado / Matematica / Doutor em Matemática

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Using the Navier-Stokes equations along with a continuity equation, a one-dimensional model is developed to describe the spin coating process of thin polymeric films. The resulting model is a system of a parabolic partial differential equation coupled with an integral equation as well as with an ordinary differential equation describing the motion of a moving boundary. Viscosity and diffusivity are allowed to be varied in the model. To be able to perform the finite element approximation of the model equations, the moving boundary is fixed. Then the finite element method is applied along with the so called Method of Lines resulting in a semi-discrete problem, a large system of ordinary differential equations which is then solved with MATLAB. We present an existence and uniqueness result what concerns the semi-discrete solutions. Finally, we illustrate numerically the behavior of the solutions to our model.

We deal with the numerical solution of the Navier-Stokes equations describing a motion of viscous compressible flows. The governing equations are discretized with the aid of discontinuous Galerkin finite element method which is based on a discontinuous piecewise polynomial approximation. The discretizations leads to a large nonlinear algebraic system. In order to solve this system efficiently, we develop the so-called p-multigrid solution strategy which employ as a projec- tion and a restriction operators the L2 -projection in the spaces of polynomial functions on each element separately. The p-multigrid technique is studied, deve- loped and implemented in the code ADGFEM. The computational performance of the method is presented.