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Simulação computacional de escoamentos compressíveis utilizando adaptação de malhas anisotrópica

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Simulação computacional de escoamentos compressíveis utilizando adaptação de malhas anisotrópica

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Título Simulação computacional de escoamentos compressíveis utilizando adaptação de malhas anisotrópica
Outro título Computational simulation of copressible flow using anisotropic mesh adaptation
Autor Linn, Renato Vaz
Orientador Awruch, Armando Miguel
Co-orientador Masuero, Joao Ricardo
Data 2013
Nível Mestrado
Instituição Universidade Federal do Rio Grande do Sul. Escola de Engenharia. Programa de Pós-Graduação em Engenharia Civil.
Assunto Dinâmica dos fluidos computacional
Elementos finitos : Malhas
Escoamento compressível
Estruturas (Engenharia)
[en] Anisotropic mesh adaptation
[en] Computational fluid dynamics
[en] Finite element method
Resumo Esta dissertação tem por objetivo a implementação de um método adaptativo anisotrópico de malhas e seu acoplamento a um programa de simulação de escoamentos de fluidos compressíveis numa faixa ampla de número de Mach utilizando o Método dos Elementos Finitos (Bubnov-Galerkin). Mais especificamente, implementa-se um código para simulação de escoamentos compressíveis utilizando o método das linhas ou direções características (CBS), o qual possui boa performance para uma amplo espectro de números de Mach. A discretização espacial é feita utilizando-se elementos finitos triangulares lineares e tetraédricos lineares para problemas bidimensionais e tridimensionais, respectivamente. A discretização temporal é feita por uma expansão em séries de Taylor. Implementa-se uma adaptação anisotrópica com capacidade de refinamento e desrefinamento do domínio computacional para se obter soluções precisas a baixos custos computacionais, onde a estimativa de erro é conduzida por uma métrica Riemanniana, a qual permite o tratamento contínuo do erro através de um tensor de erro anisotrópico. O código é modificado para possibilitar o uso de arquiteturas de memória compartilhada a fim de aumentar a velocidade de processamento da simulação. Por fim, diversos estudos, tanto para problemas bidimensionais quanto tridimensionais, são realizados, validando a metodologia e realizando estudos adicionais em problemas mais complexos.
Abstract The objectives of this dissertation are the implementation of an anisotropic mesh adaptation procedure and its coupling with a compressible flow simulation code with large Mach range using the Finite Element Method (Bubnov-Galerkin). Specifically, a computer code using the Characteristic Based Split method called CBS, which has a good performance for a wide range of Mach numbers, is implemented. The spatial discretization is performed using linear triangular and linear tetrahedral finite elements for two and three dimensional cases, respectively. The temporal discretization is done with Taylor series. An anisotropic mesh adaption technique, based on a Riemann metric to evaluate the errors (which allows continuous error analysis through an anisotropic error tensor evaluation), including mesh refinement and mesh coarsening procedures is also implemented looking for accurate and computationally cheaper solutions. The code is able to use shared memory architecture in order to reduce computer process time. Finally, two-dimensional and three-dimensional studies are performed in order to validate the proposed methodology and additional complex tests are also analysed.
Tipo Dissertação
URI http://hdl.handle.net/10183/72943
Arquivos Descrição Formato
000884132.pdf (22.97Mb) Texto completo Adobe PDF Visualizar/abrir

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