On lattice Boltzmann method for solving fluid-structure interaction problems

• Autor(a) principal: Valdez, Andrés Ricardo
• Data de Publicação: 2017
• Tipo de documento: Dissertação
• Idioma: eng
• Título da fonte: Repositório Institucional da UFJF
• Texto Completo: https://repositorio.ufjf.br/jspui/handle/ufjf/6104
• topic: CNPQ::CIENCIAS EXATAS E DA TERRA; Métodos variacionais; Escoamento complexo; Interação fluido- estrutura; Método de Lattice Boltzmann; Método de fronteira imersa; Variational methods; Complex fluid flow; Fluid-structure interaction; Lattice Boltzmann Method; Immersed boundary method

Neste trabalho são apresentados aspectos de modelagem computacional para o estudo de Interação Fluido-Estrutura (FSI). Numericamente, o Método de Lattice Boltzmann (LBM) é usado para resolver a mecânica dos fluidos, em particular as equações de Navier-Stokes incompressíveis. Neste contexto, são abordados problemas de escoamentos complexos, caracterizado pela presença de obstáculos. A imposição das restrições na interface fluido-sólido é feita utilizando princípios variacionais, empregando o Princípio de Balanço de Potências Virtuais (PVPB) para obter as equações de Euler-Lagrange. Esta metodologia permite determinar as dependências entre carregamentos cinematicamente compatíveis e o estado mecânico adotado. Neste sentido, as condições de interface fluido-sólido são abordadas pelo Método de Fronteira Imersa (IBM) visando técnicas computacionais de baixo custo. A metodologia IBM trata o equilíbrio das equações na interface fluido-sólido através da interpolação entre os nós Lagrangianos (sólidos) e os nós Eulerianos (fluidos). Neste contexto, uma modificação desta estratégia que fornece soluções mais precisas é estudada. Para mostrar as capacidades do acoplamento LBM-IBM são apresentados vários experimentos computacionais que demonstram grande fidelidade entre as soluções obtidas e as soluções disponíveis na literatura.