“Bicentenário da Independência: 200 anos de ciência, tecnologia e inovação no Brasil e 96 anos de contribuição da UFV”.
8 a 10 de novembro de 2022
Trabalho 16621
| ISSN | 2237-9045 |
|---|---|
| Instituição | Universidade Federal de Viçosa |
| Nível | Graduação |
| Modalidade | Pesquisa |
| Área de conhecimento | Ciências Exatas e Tecnológicas |
| Área temática | Física dos Fluídos, Física de Plasmas e Descargas Elétricas |
| Setor | Departamento de Física |
| Bolsa | Não se Aplica |
| Conclusão de bolsa | Não |
| Primeiro autor | Alan Augusto da Silva Reis |
| Orientador | ALVARO VIANNA NOVAES DE CARVALHO TEIXEIRA |
| Título | Simulação de Fluidos pelo Método de Rede de Boltzmann |
| Resumo | A mecânica dos fluidos ou hidrodinâmica é o ramo da física que estuda a dinâmica de fluidos, sendo esses compostos por líquidos ou gases. Incontáveis aplicações tecnológicas e industriais são baseadas nesse ramo da ciência. Áreas como aviação, geofísica, biomedicina, meteorologia, entre outras, são estritamente dependentes da mesma. A fim de se obter o entendimento dos fenômenos físicos da hidrodinâmica, métodos computacionais são empregados para solucionar as equações de Navier-Stokes, que são as equações que descrevem o comportamento dos fluidos. Um dos métodos que vem ganhando cada vez mais espaço na área é o método de Rede de Boltzmann. O mesmo consiste na solução numérica das equações de Navier-Stokes que, em determinados casos, se tornam demasiadamente complexas de solucionar analiticamente. O ganho de desempenho e a fácil implementação, comparado aos demais métodos, o tornam um dos métodos mais poderosos para o ramo. Nesse trabalho foi feita a implementação do método de Rede de Boltzmann para dois casos com solução analítica conhecida do escoamento de um fluido Newtoniano, incompressível e isotérmico: 1) entre duas placas paralelas infinitas e 2) em torno de um cilindro infinito de raio fixo. Em ambos os casos implementou-se as condições de não deslizamento e foram testados diversos números de Reynolds (Re), sempre no regime laminar. Para a realização desse trabalho foi utilizada a linguagem de programação C++. Em ambos os casos o regime estacionário foi alcançado depois de certo número de iterações quando os dados obtidos foram comparados com as soluções analíticas previamente conhecidas. Para o caso das placas paralelas os perfis de velocidade concordaram precisamente com as curvas teóricas parabólicas para todos os valores de Re. Picos foram observados no valor da componente horizontal da velocidade ao longo do tempo antes do regime estacionário ser atingido. Os valores dos tempos dos picos condizem com o fato da frente de onda do fluido se propagar na velocidade do som no meio, gerando assim um aumento de velocidade nos instantes em que a frente de onda passa pelo ponto onde a velocidade foi monitorada. Os picos posteriores foram associados ao fato da onda ser refletida duas vezes pelo final e pelo começo do tubo. O perfil linear da pressão ao longo da direção de propagação do fluido, no regime estacionário, foi confirmado pelos dados de simulação. Finalmente os perfis de velocidade em torno do cilindro também concordaram com o resultado analítico, mostrando a eficiência do método e da aplicação da condição de contorno periódica usada nessa etapa. Portanto, o método foi testado e confrontado com os resultados conhecidos de modo a gerar os resultados esperados teoricamente para as duas geometrias, mostrando assim a confiabilidade do método para a simulação de fluidos incompressíveis e isotérmicos e o grande potencial de aplicação futuro do mesmo. |
| Palavras-chave | Simulação, Fluidos, Método de Rede de Boltzmann |
| Forma de apresentação..... | Vídeo |
| Link para apresentação | Vídeo |
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