Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / In this work, the combined multi-direct forcing and immersed boundary method
(IBM) were presented to simulate
uid-structure interaction problems. The multi-direct
forcing is used aim at satisfying the no-slip condition in the immersed boundary. For the
numerical simulations was used a multi-purpose computer code that is being developed
in the MFlab - Fluid Mechanics Laboratory of Federal University of Uberl^andia. Tests
are made to validate the numerical schemes and routines were implemented to simulate
uid-structures interaction problems. Furthermore, computational tools are developed to
construct and manage and optimize the use of a Beowulf cluster where all the parallel
simulations presented in this work were done. The Method of Manufactured Solutions
has been used for order-of-accuracy verication in the computational
uid dynamics code.
Two
uid-structure interaction problems were studied using this methodology. The rst is
a
ow over a sphere for some Reynolds numbers. The results were compared to empirical
results, obtaining satisfactory approximations. The second one is a immersed simple
pendulum. For this problem the results are in agreement with physics. Indeed, these
are preliminar results. New tests must be done to make progress in the methodology.
Improvements are proposed in the IBM, in the
uid-structure model, in the turbulence
model, in the method used to discretize the
uid domain. It is also proposed to apply the
methodology to real problems as risers and valves. / O presente trabalho tem como principal objetivo a aplicação do método multifoçagem (MMF) para solução numérica tridimensional de problemas de interação uidoestrutura,
buscando-se garantir a condição de não-escorregamento na região da fronteira
imersa. Para as simulações numéricas foi utilizado um código computacional multipropósito em desenvolvimento no MFlab - Laboratório de Mecânica dos Fluidos da Universidade
Federal de Uberlândia. Foram feitas modificações nesse código para que se pudesse
validá-lo para solução de problemas com fronteira imersa e foi implementada uma rotina
para solução de um problema de interação uido-estrutura total. Além disso, foi desenvolvido
um pacote de ferramentas computacionais que possibilitou instalar e melhorar o
desempenho de um cluster do tipo Beowulf utilizado para o desenvolvimento das simulações
num eriças em paralelo do presente trabalho. Utilizando o Método das Soluções Manufaturadas
foram obtidas soluções sintetizadas para as equações de Navier-Stokes, o que
possibilitou obter a ordem de convergência numérica do código computacional para problemas
contínuos e a validação deste código para problemas envolvendo corpos imersos ao
combinar a o método das soluções manufaturadas com a metodologia de fronteira imersa.
Na sequência foi solucionado o problema de escoamento ao redor de uma esfera parada, cujos
resultados foram comparados com referencias empíricas, obtendo-se boa aproximação.
Ainda para esse caso foi feita a avalição da norma L2 para as soluções num eriças obtidas
nos pontos lagrangianos verificando a garantia da condição de não-escorregamento e feita
uma análise da inuência dos número de ciclos utilizados no método multi-forçagem. Foi
vericado que a solução numérica obtida depende do número de ciclos o que faz com que
seja necessário se estabelecer um critério de convergência para este método. Um segundo
problema de interação uido-estrutura total foi estudado. Consiste em um pêndulo simples
imerso em um uido que parte de uma dada posição angular inicial e oscila em torno da
sua posição de equilíbrio, até parar. Para esse caso foram feitas análises quantitativas.
Os resultados são preliminares mas coerentes com a física do problema, indicando que a
metodologia é adequada para solução deste tipo de problema. / Mestre em Engenharia Mecânica
| Identifer | oai:union.ndltd.org:IBICT/urn:repox.ist.utl.pt:RI_UFU:oai:repositorio.ufu.br:123456789/14913 |
| Date | 28 September 2009 |
| Creators | Kitatani Júnior, Sigeo |
| Contributors | Silveira Neto, Aristeu da, Rade, Domingos Alves, Enriquez-remigio, Santos Alberto, Gasche, José Luiz |
| Publisher | Universidade Federal de Uberlândia, Programa de Pós-graduação em Engenharia Mecânica, UFU, BR, Engenharias |
| Source Sets | IBICT Brazilian ETDs |
| Language | Portuguese |
| Detected Language | Portuguese |
| Type | info:eu-repo/semantics/publishedVersion, info:eu-repo/semantics/masterThesis |
| Format | application/pdf |
| Source | reponame:Repositório Institucional da UFU, instname:Universidade Federal de Uberlândia, instacron:UFU |
| Rights | info:eu-repo/semantics/openAccess |
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