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Simulação computacional de escoamentos turbulentos de fluidos não newtonianos com superfícies livres

Processo: 09/16954-8
Linha de fomento:Bolsas no Brasil - Doutorado
Vigência (Início): 01 de abril de 2010
Vigência (Término): 31 de março de 2013
Área do conhecimento:Engenharias - Engenharia Mecânica - Fenômenos de Transportes
Pesquisador responsável:Valdemir Garcia Ferreira
Beneficiário:Giseli Aparecida Braz de Lima
Instituição-sede: Instituto de Ciências Matemáticas e de Computação (ICMC). Universidade de São Paulo (USP). São Carlos , SP, Brasil
Vinculado ao auxílio:04/16064-9 - Mecânica dos fluídos não estacionária: aplicações em aeronáutica e em reologia, AP.TEM
Assunto(s):Reologia computacional   Fluxo dos fluidos   Superfície livre   Turbulência   Fluidos não newtonianos

Resumo

O projeto faz parte das linhas de pesquisa em esquemas de alta resolução para leis de conservação e simulação numérica de escoamentos incompressíveis com superfícies livres de Valdemir Garcia Ferreira, professor associado (MS-5) do Instituto de Ciências Matemáticas e de Computação da Universidade de São Paulo(ICMC-USP); atividades essas desenvolvidas junto ao Departamento de Matemática Aplicada e Estatística e vinculadas ao Programa de Pós-Graduação em Ciências da Computação e Matemática Computacional (PPg-CCMC) do ICMC-USP. A proposta aqui apresentada pode ser considerada uma continuação natural do trabalho de mestrado intitulado "Desenvolvimento, Análise e Implementação de Esquemas Upwind Polinomiais de Alta Resolução com Aplicação emEscoamentos Incompressíveis Não-Estacionários com Superfícies Livres" (em fase final de desenvolvimento com o apoio da FAPESP - Proc. No. 2008/01258-3), da aluna Giseli Aparecida Braz de Lima. Contempla-se também no projeto objetivos do projeto temático "Mecânica dos Fluidos Não Estacionária: Aplicações em Aeronáutica e em Reologia" (com o apoio da FAPESP - Proc. No. 2004/16064-9) e do projeto Previsão Numérica do Processo de Extrusão de Materiais Viscoelásticos com Superfícies Livres" (com o apoio da USP e COFECUB - França).Em particular, propõe-se o desenvolvimento de uma metodologia numérica que combine os recentes avanços alcançados por pesquisadores do grupo do Laboratório de Computação de Alto Desempenho (LCAD) do ICMC-USP com novas ferramentas de Dinâmica dos Fluidos Computacional (DFC), permitindo uma melhor utilização de programascomputacionais. Para tanto, a candidata utilizará: i) os novos esquemas upwind de alta resolução FDPUS-C1 (Five Degree Polynomial Upwind Scheme of C1 Class), SDPUS-C1 (Six Degree Polynomial Upwind Scheme of C1 Class) e TOPUS (Third-Order Polynomial Upwind Scheme), desenvolvidos no LCAD, para melhor aproximar termos convectivos nao lineares e, consequentemente, conseguir métodos mais estáveis; ii) uma modelagem da turbulência tipo URANS (Unsteady Reynolds Averaged Navier-Stokes) de duas equações nos fluidos não newtonianos; iii) sistemasde simulação de leis de conservação e de escoamentos incompressíveis com superfícies livres; e iv) uma metodologia de segunda ordem baseada na formulaçãoMAC (Marker-And-Cell). E combinando novas técnicas em DFC incompressível desenvolvidas/implementadas pela candidata, o resultado esperado do projeto é um método numérico capaz de simular problemas muito mais complexos que aqueles atualmente investigados pelo grupo de pesquisa do LCAD.A pesquisa está dividida principalmente em duas frentes de trabalho: (i) análise e implementação dos esquemas upwind de alta resolução FDPUS-C1, SDPUS-C1 e TOPUS, mais o WENO de terceira ordem para comparações, com o proposito de simular leis de conservação hiperbólicas gerais em duas e três dimensões espaciais;e (ii) investigação e implementação de uma modelagem da turbulência URANS de duas equações para a simulação de escoamentos turbulentos de fluidos nao newtonianos em duas e três dimensões com superfícies livres móveis. A primeira frente de trabalho é crucial na definição/seleção do esquema de interpolação para os termos convectivos não lineares das equações de fechamento da turbulência e dos modelos constitutívos reológicos para fluidos com comportamento nao newtonianos viscoelásticos. Na segunda frente reside a principal contribuição do presente projeto de doutorado, uma vez que o estado da arte atual na área não contempla ainda a simulação computacional desses escoamentos complexos na presença de superfícies livres móveis. (AU)

Publicações científicas (5)
(Referências obtidas automaticamente do Web of Science e do SciELO, por meio da informação sobre o financiamento pela FAPESP e o número do processo correspondente, incluída na publicação pelos autores)
CORREA, L.; LIMA, G. A. B.; CANDEZANO, M. A. C.; BRAUN, M. P. S.; OISHI, C. M.; NAVARRO, H. A.; FERREIRA, V. G. A C-2-continuous high-resolution upwind convection scheme. International Journal for Numerical Methods in Fluids, v. 72, n. 12, p. 1263-1285, AUG 30 2013. Citações Web of Science: 0.
FERREIRA, V. G.; KAIBARA, M. K.; LIMA, G. A. B.; SILVA, J. M.; SABATINI, M. H.; MANCERA, P. F. A.; MCKEE, S. Application of a bounded upwinding scheme to complex fluid dynamics problems. Mathematical and Computer Modelling, v. 57, n. 3-4, p. 435-459, FEB 2013. Citações Web of Science: 1.
LIMA, G. A. B.; FERREIRA, V. G.; CIRILO, E. R.; CASTELO, A.; CANDEZANO, M. A. C.; TASSO, I. V. M.; SANO, D. M. C.; SCALVI, L. V. A. A continuously differentiable upwinding scheme for the simulation of fluid flow problems. Applied Mathematics and Computation, v. 218, n. 17, p. 8614-8633, MAY 1 2012. Citações Web of Science: 2.
FERREIRA, V. G.; DE QUEIROZ, R. A. B.; LIMA, G. A. B.; CUENCA, R. G.; OISHI, C. M.; AZEVEDO, J. L. F.; MCKEE, S. A bounded upwinding scheme for computing convection-dominated transport problems. COMPUTERS & FLUIDS, v. 57, p. 208-224, MAR 30 2012. Citações Web of Science: 15.
FERREIRA, VALDEMIR G.; DE QUEIROZ, RAFAEL A. B.; CANDEZANO, MIGUEL A. CARO; LIMA, GISELI A. B.; CORREA, LAIS; OISHI, CASSIO M.; SANTOS, FERNANDO L. P. Simulation results and applications of an advection bounded scheme to practical flows. COMPUTATIONAL & APPLIED MATHEMATICS, v. 31, n. 3, p. 591-616, 2012. Citações Web of Science: 1.

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