Implementação de um código computacional para simulação do escoamento de fluidos incompressíveis

• Autor(a) principal: Weimer, Rafael Diogo
• Data de Publicação: 2020
• Tipo de documento: Trabalho de conclusão de curso
• Idioma: por
• Título da fonte: Repositório Institucional da UNIVATES (Biblioteca Digital da Univates - BD)
• Texto Completo: http://hdl.handle.net/10737/3060
• topic: ENG; Dinâmica dos Fluidos Computacional; Método dos Volumes Finitos; Equações de Navier-Stokes; Python

As equações de Navier-Stokes são Equações Diferenciais Parciais que descrevem o comportamento de diversos fluidos, sendo aplicadas em vários campos de estudo. Devido a sua complexidade, poucas situações possuem solução analítica, o que faz necessário a aplicação de outros métodos para obter soluções aproximadas e coerentes com a realidade. Uma dessas soluções é a dinâmica dos fluidos computacional, na qual são aplicados métodos numéricos para a simulação computacional de escoamentos. No presente estudo, buscou-se desenvolver um código numérico utilizando o método dos volumes finitos para simular o escoamento de fluidos incompressíveis em escoamento bidimensional para baixos números de Reynolds. O código foi desenvolvido utilizando uma malha desencontrada, e empregou-se o método PRIME para o problema do acoplamento pressão-velocidade e, para validação dos resultados, foi analisado o problema do escoamento em uma cavidade com tampa móvel utilizando diferentes números de Reynolds. As simulações foram feitas, inicialmente, em uma malha de 129 x 129 volumes de controle, e os resultados dos perfis de velocidade para números de Reynolds de 100 e 400 se mostraram próximos aos da literatura. Para os números de Reynolds de 1000 e 3200, a simulação com malha de 129 x 129 apresentaram diferenças elevadas para as velocidades máximas e mínimas em relação aos dados obtidos na literatura. Por isso, foram realizadas novas simulações em uma malha da 200 x 200, com as quais foi possível verificar uma melhora significativa nos resultados, sendo que a máxima variação entre os dados obtidos nas simulações e os dados obtidos na literatura passou de 26% para 16/8%. Além disso, foi realizada a comparação das linhas de corrente geradas pelo código numérico com as disponíveis na literatura, que se mostraram coerentes. Dessa forma, verificou-se que o código implementado possui boa precisão numérica e gráfica, fatores importantes para a análise de dados.