Métodos baseados em volumes finitos aplicados a problemas de dinâmica dos fluidos e de mudança de fase

• Autor(a) principal: Odone, Maicon William Niebus
• Data de Publicação: 2020
• Tipo de documento: Tese
• Idioma: por
• Título da fonte: Repositório Institucional da UFJF
• Texto Completo: https://repositorio.ufjf.br/jspui/handle/ufjf/12681
• topic: CNPQ::CIENCIAS EXATAS E DA TERRA; Método dos volumes finitos; Método dos elementos finitos; Método de volumes de controle baseados em elementos finitos; Métodos numéricos; OpenFOAM; Finite volume methods; Finite element methods; Control volume finite element methods; Numerical methods

Diversas aplicações relacionadas com a mecânica do contínuo tratam de processos como solidificação e derretimento de materiais, convecção natural, tensões e deformações em sólidos, dentre outras. Na indústria bélica, por exemplo, a manufatura de materiais explosivos como granadas de grosso calibre, requer cuidadoso processo de manuseio, preenchimento e resfriamento adequado dos materiais energéticos fundidos em moldes. O monitoramento inadequado destas etapas podem resultar em contrações, trincas, bolhas de ar, e descolamento do material do seu molde, o que pode acarretar desde custos excessivos em sua produção à falhas catastróficas relacionadas ao produto final. Desta maneira, o desenvolvimento de modelos matemáticos, a implementação de técnicas e emprego de ferramentas computacionais existentes permitem o estudo, a previsão e a simulação destes fenômenos com baixo custo financeiro e com resultados tão confiáveis quanto a experimentação. No que tange a metodologias computacionais, técnicas como o Método dos Volumes Finitos e o Método dos Elementos Finitos são amplamente empregados nos processos de discretização e solução dos conjuntos de equações diferenciais parciais que governam os fenômenos encontrados nestes processos. Uma alternativa que reúne características do Método dos Elementos Finitos e do Método dos Volumes Finitos, conhecida por Método de Volumes de Controle Baseado em Elementos Finitos é um dos focos apresentados neste trabalho. Além disso, a ferramenta computacional OpenFOAM, um conjunto de aplicações de código aberto voltados a problemas gerais de mecânica do contínuo também será abordado. Diversos problemas das áreas de dinâmica dos fluidos e de mudança de fase serão apresentados para destacar tais aplicações.