Esta monografia apresenta o desenvolvimento e os resultados obtidos da implementação de um método numérico para simular escoamentos multifásicos em malhas dinâmicas não estruturadas. As equações de Navier-Stokes são desenvolvidas em uma formulação Lagrangeana-Euleriana arbitrária e são aproximadas utilizando-se o método de elementos finitos. Um método de projeção baseado em decomposição LU é utilizado para desacoplar aceleração e pressão. A interface que define a fronteira livre entre os fluidos imiscíveis é representada explicitamente por vértices e arestas da triangulação, e a tensão interfacial é calculada através de uma distribuição baseada na discretização do gradiente de uma função Heaviside. 0 movimento da malha é computado através da composição entre a velocidade do escoamento e uma velocidade elástica, calculada utilizando-se um filtro Laplaciano a partir da posição dos vértices. O controle da malha dinâmica é feito através de inserção e remoção de pontos baseando-se em triangulações localmente Delaunay, para se manter a qualidade dos elementos. Adicionalmente, é proposto um esquema de distribuição de pontos através da estimativa do erro baseado na Hessiana das velocidades. São apresentadas validações para escoamentos monofásicos e multifásicos, com comparações teóricas e corroboração por outros métodos, ilustrando o bom desempenho do método proposto. Adicionalmente, é mostrada uma aplicação a problemas de escoamentos de bolhas, comparando-se os resultados obtidos com resultados de outras técnicas numéricas. / This thesis presents the results obtained from the implementation of a numerical method to simulate multiphase flows using dynamic unstructured meshes. The Navier-Stokes equations are obtained using the arbitrary Lagrangian-Eulerian (ALE) formulation, are discretized using the Galerkin finite element method. A projection method based on approximated block LU decomposition is employed to decouple acceleration and pressure. The interface between the imiscible fluids is represented by edges and vertices belonging to the triangulation, and the interface tension is computed using a distribution technique based on the gradient of a Heaviside function. The mesh is moved using a mesh velocity, computed from a combination between the fluid velocity and an elastic velocity. The elastic velocity is computed based on a Laplacian filter over the position of the mesh points. To control the quality of the elements in the triangulation, a dynamic mesh control procedure is employed, in which points are inserted and deleted based on Delaunay triangulations. Additionally, a smooth distribution of the edge sizes in the mesh is computed using the error estimated by the Hessian of the velocities. We present validations for one and two-fluid simulations, comparing the results to analytical expressions, experimental data and numerical results from other methods available in the literature with good agreement. Additionally, an application to the simulation of bubbly flows is carried out, and the comparisons to another numerical technique are presented.
| Identifer | oai:union.ndltd.org:usp.br/oai:teses.usp.br:tde-18122017-144748 |
| Date | 23 August 2005 |
| Creators | Sousa, Fabrício Simeoni de |
| Contributors | Mangiavacchi, Norberto |
| Publisher | Biblioteca Digitais de Teses e Dissertações da USP |
| Source Sets | Universidade de São Paulo |
| Language | Portuguese |
| Detected Language | English |
| Type | Tese de Doutorado |
| Format | application/pdf |
| Rights | Liberar o conteúdo para acesso público. |
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