Interações fluido-sólido via Método Lattice Boltzmann e elementos discretos

Detalhes bibliográficos
Autor(a) principal: Costa Neto, Joaquim Araújo
Data de Publicação: 2020
Tipo de documento: Dissertação
Idioma: por
Título da fonte: Repositório Institucional da UnB
Texto Completo: https://repositorio.unb.br/handle/10482/38657
Resumo: Dissertação (mestrado)—Universidade de Brasília, Faculdade de Tecnologia, Departamento de Engenharia Civil e Ambiental, 2020.
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spelling Interações fluido-sólido via Método Lattice Boltzmann e elementos discretosInteração fluido-sólidoMétodo dos Elementos DiscretosMétodo Lattice BoltzmannDissertação (mestrado)—Universidade de Brasília, Faculdade de Tecnologia, Departamento de Engenharia Civil e Ambiental, 2020.A pesquisa tem como objetivo o estudo bidimensional da interação entre fluido e partículas sólidas por meio de um código computacional dos métodos lattice Boltzmann e elementos discretos. O código foi desenvolvido utilizando a linguagem C++ devido a sua maior rapidez e por ser uma linguagem orientada a objetos. O método lattice Boltzmann implementado faz uso do operador de colisão BGK com um único tempo de relaxação e discretização do domínio feita por meio de células lattice tipo D2Q9. O método dos elementos discretos (MED) utilizado é o mesmo proposto por Cundall & Strack com a adoção de partículas circulares ou discos para simular o meio discreto. Ambos os métodos foram validados por meio de problemas de referência amplamente estudados e de solução acurada. No método lattice Boltzmann foram feitas simulações de fluxo Poiseuille e fluxo ao redor de um cilindro onde foi verificada a capacidade geral do método de simular fluxos incompressíveis e capturar os diferentes tipos de regimes desenvolvidos em um canal em função do número de Reynolds. Já o método dos elementos discretos foi validado e teve parâmetros calibrados por meio da análise da energia de uma partícula em queda livre e da conservação de momento linear na colisão entre partículas, se mostrando bastante eficaz em ambos os casos. O acoplamento dos métodos foi feito por meio do método das fronteiras móveis devido a sua facilidade de implementação e conservação da localidade das operações e teve sua validação por meio da análise do coeficiente de arrasto desenvolvido na partícula. Os valores do coeficiente de arrasto em função do número de Reynolds se mostraram totalmente em conformidade com a solução analítica para números de Reynolds maiores que 60 e apresentaram valores subestimados para números de Reynolds menores, porém o método ainda se mostrou eficaz. Por fim, o código desenvolvido é uma ferramenta com um grande potencial para simulação de meios particulados em contato com um fluido e avaliar as nuances de suas interações.Capes e CnpqThe research aims at the two-dimensional study of the fluid-solid interaction by means of a computational code of the lattice Boltzmann and the discrete element methods. The code was developed using the C++ language due to its greater speed and for being an object-oriented language. The lattice Boltzmann method implemented makes use of the BGK collision operator with a single relaxation time and the domain discretization was done with D2Q9 lattice cells. The discrete element method (DEM) implemented was the same proposed by Cundall & Strack with the adoption of circular particles or discs to simulate the discrete medium. Both methods were validated by means of widely studied reference cases with accurate analytical solution. For the lattice Boltzmann method, simulations of Poiseuille flow and flow around a cylinder were performed, in which the general capacity of the method to simulate incompressible flows and capture the different types of regimes developed in a channel as a function of the Reynolds number were evaluated. The discrete element method was validated and had parameters calibrated by analyzing the energy of a particle in free fall and the conservation of linear momentum in the collision between particles, proving to be quite effective in both cases. The coupling of these methods was done using the immersed moving boundary method due to its ease of implementation and conservation of the locality of the operations and had its validation done with an analysis of the drag coefficient developed by the particle. The values of drag coefficient as a function of Reynolds number proved to be totally in accordance with the analytical solution for Reynolds number greater than 60 and showed underestimated values for smaller Reynolds numbers, however the method still proved to be effective. Finally, the developed code is a tool with great potential for simulating particulate media in contact with a fluid and assessing the nuances of their interactions.Faculdade de Tecnologia (FT)Departamento de Engenharia Civil e Ambiental (FT ENC)Programa de Pós-Graduação em GeotecniaFarias, Márcio Muniz deCosta Neto, Joaquim Araújo2020-07-01T18:37:21Z2020-07-01T18:37:21Z2020-07-012020-02-18info:eu-repo/semantics/publishedVersioninfo:eu-repo/semantics/masterThesisapplication/pdfCOSTA NETO, Joaquim Araújo. Interações fluido-sólido via Método Lattice Boltzmann e elementos discretos. 2020. xviii., 83 f., il. Dissertação (Mestrado em Geotecnia)—Universidade de Brasília, Brasília, 2020.https://repositorio.unb.br/handle/10482/38657A concessão da licença deste item refere-se ao termo de autorização impresso assinado pelo autor com as seguintes condições:Na qualidade de titular dos direitos de autor da publicação, autorizo a Universidade de Brasília e o IBICT a disponibilizar por meio dos sites www.bce.unb.br, www.ibict.br, http://hercules.vtls.com/cgi-bin/ndltd/chameleon?lng=pt&skin=ndltd sem ressarcimento dos direitos autorais, de acordo com a Lei nº 9610/98, o texto integral da obra disponibilizada, conforme permissões assinaladas, para fins de leitura, impressão e/ou download, a título de divulgação da produção científica brasileira, a partir desta data.info:eu-repo/semantics/openAccessporreponame:Repositório Institucional da UnBinstname:Universidade de Brasília (UnB)instacron:UNB2024-02-20T16:53:31Zoai:repositorio.unb.br:10482/38657Repositório InstitucionalPUBhttps://repositorio.unb.br/oai/requestrepositorio@unb.bropendoar:2024-02-20T16:53:31Repositório Institucional da UnB - Universidade de Brasília (UnB)false
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