Numerical simulation of an incompressible laminar flow in a square lid-driven cavity
Autor(a) principal: | |
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Data de Publicação: | 2024 |
Tipo de documento: | Artigo |
Idioma: | por |
Título da fonte: | Remat (Bento Gonçalves) |
Texto Completo: | https://periodicos.ifrs.edu.br/index.php/REMAT/article/view/6757 |
Resumo: | A numerical simulation of an incompressible laminar flow inside a lid-driven square cavity is carried out in this work. For this purpose, a two-dimensional mathematical model based on the vorticity-stream function formulation of the Navier-Stokes equations is deduced and then discretized on a computational mesh using the Finite Differences method. For the resolution of the discretized equations from the initial and boundary conditions of the problem, a computational code based on a semi-implicit iterative process is implemented in the Matlab software and is available in the text. From this code, simulations are made for incompressible flows with Reynolds numbers 100, 400 and 1000. The code validation is done through comparisons of numerical results obtained with reference results available in the literature. Analyzes resulting from the simulation show that the flows cause the creation of a large recirculation zone near the center of the cavity and two smaller ones in the lower corners, whose intensity and size depend directly on the corresponding Reynolds number. |
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Numerical simulation of an incompressible laminar flow in a square lid-driven cavitySimulación numérica de un flujo laminar incompresible en una cavidad cuadrada con tapa deslizanteSimulação numérica de um escoamento laminar incompressível em uma cavidade quadrada com tampa deslizantesimulação numéricaescoamento laminar incompressívelcavidade quadrada com tampa deslizantediferenças finitassemi-implícitonumerical simulationincompressible laminar flowlid-driven square cavityfinite differencessemi-implicitsimulación numéricaflujo laminar incompresiblecavidad cuadrada con tapa deslizantediferencias finitassemi-implícitoA numerical simulation of an incompressible laminar flow inside a lid-driven square cavity is carried out in this work. For this purpose, a two-dimensional mathematical model based on the vorticity-stream function formulation of the Navier-Stokes equations is deduced and then discretized on a computational mesh using the Finite Differences method. For the resolution of the discretized equations from the initial and boundary conditions of the problem, a computational code based on a semi-implicit iterative process is implemented in the Matlab software and is available in the text. From this code, simulations are made for incompressible flows with Reynolds numbers 100, 400 and 1000. The code validation is done through comparisons of numerical results obtained with reference results available in the literature. Analyzes resulting from the simulation show that the flows cause the creation of a large recirculation zone near the center of the cavity and two smaller ones in the lower corners, whose intensity and size depend directly on the corresponding Reynolds number.En este trabajo se realiza una simulación numérica de un flujo laminar incompresible en el interior de una cavidad cuadrada con tapa deslizante. Por lo tanto, se deduce un modelo matemático bidimensional basado en la formulación de función de corriente y vorticidad de las ecuaciones de Navier-Stokes y, en seguida, se discretiza este modelo en una malla computacional utilizando el método de Diferencias Finitas. Para la resolución de las ecuaciones discretizadas a partir de las condiciones iniciales y de contorno del problema, se implementa en el programa Matlab un código computacional basado en un proceso iterativo semi-implícito que está disponible en el texto. Mediante este código se realizan simulaciones para flujos incompresibles con números de Reynolds 100, 400 y 1000. La validación del código se realiza mediante comparaciones de los resultados numéricos obtenidos con resultados de referencia disponibles en la literatura. Los análisis resultantes de la simulación muestran que los flujos provocan la creación de una gran zona de recirculación cerca del centro de la cavidad y dos más pequeñas en las esquinas inferiores, cuya intensidad y tamaño dependen directamente del número de Reynolds correspondiente.Neste trabalho é realizada a simulação numérica de um escoamento laminar incompressível no interior de uma cavidade quadrada com tampa deslizante. Para tanto, um modelo matemático bidimensional baseado na formulação de função corrente e vorticidade das equações de Navier-Stokes é deduzido e, em seguida, discretizado sobre uma malha computacional por meio do método das Diferenças Finitas. Para a resolução das equações discretizadas a partir das condições iniciais e de contorno do problema, um código computacional baseado em um processo iterativo semi-implícito é implementado no programa Matlab e disponibilizado no texto. Por meio desse código são feitas simulações para escoamentos incompressíveis, com número de Reynolds 100, 400 e 1000. A validação do código é feita por meio de comparações dos resultados numéricos obtidos com resultados de referência disponíveis na literatura. Análises decorrentes da simulação evidenciam que os escoamentos provocam a criação de uma grande zona de recirculação próxima ao centro da cavidade e duas menores nos cantos inferiores, cuja intensidade e tamanho dependem diretamente do número de Reynolds correspondente.Instituto Federal de Educação, Ciência e Tecnologia do Rio Grande do Sul2024-03-22info:eu-repo/semantics/articleinfo:eu-repo/semantics/publishedVersionArtigo avaliado pelos paresapplication/pdfhttps://periodicos.ifrs.edu.br/index.php/REMAT/article/view/675710.35819/remat2024v10i1id6757REMAT: Revista Eletrônica da Matemática; Vol. 10 No. 1 (2024); e3006REMAT: Revista Eletrônica da Matemática; Vol. 10 Núm. 1 (2024); e3006REMAT: Revista Eletrônica da Matemática; v. 10 n. 1 (2024); e30062447-2689reponame:Remat (Bento Gonçalves)instname:Instituto Federal de Educação, Ciência e Tecnologia do Rio Grande do Sul (IFRS)instacron:IFRSporhttps://periodicos.ifrs.edu.br/index.php/REMAT/article/view/6757/3511Copyright (c) 2024 REMAT: Revista Eletrônica da Matemáticahttps://creativecommons.org/licenses/by/4.0info:eu-repo/semantics/openAccessEisermann, Jonatan Ismael2024-03-24T22:05:34Zoai:ojs2.periodicos.ifrs.edu.br:article/6757Revistahttp://periodicos.ifrs.edu.br/index.php/REMATPUBhttps://periodicos.ifrs.edu.br/index.php/REMAT/oai||greice.andreis@caxias.ifrs.edu.br2447-26892447-2689opendoar:2024-03-24T22:05:34Remat (Bento Gonçalves) - Instituto Federal de Educação, Ciência e Tecnologia do Rio Grande do Sul (IFRS)false |
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