Tese: Simulação Numérica de Escoamentos através do Método de Elementos Finitos Baseado em Volumes de Controle
Aluno(a) : Roberto Santos MartinsOrientador(a): Angela Nieckele
Área de Concentração: Termociências
Data: 30/08/1996
Link para tese/dissertação: https://www.maxwell.vrac.puc-rio.br/colecao.php?strSecao=resultado&nrSeq=18995@1
Resumo: Neste trabalho estudou-se um método numérico para simulação de processos envolvendo transporte convectivo de calor e massa. A metodologia é baseada no método de elementos finitos, utilizando-se o conceito de volumes de controle, e tem como objetivo lidar com geometrias irregulares e malhas nío uniformes. A formulação é baseada em variáveis primitivas, e atribui-se grande importância à interpretação da formulação em termos de grandezas com significado físico tais como fluxos, forças e fontes. Em problemas que nío envolvem o cálculo do escoamento, o domínio de cálculo é discretizado utilizando-se elementos triangulares de três nós. Nos demais problemas, o domínio é primeiramente discretizado utilizando-se macroelementos triangulares de seis nós; entío cada macroelemento é dividido em quatro subelementos triangulares de três nós. Nío há restrições quanto à forma ou tamanho destes elementos. Após esta triangularização do domínio de cálculo, associa-se a cada nó um volume de controle poligonal. A natureza do problema a ser resolvido determina as formas das funções de interpolação para as variáveis dependentes. Em problemas de condução, todas as variáveis dependentes sío interpoladas linearmente em cada elemento triangular de três nós. Entretanto, em problemas envolvendo escoamento, utiliza-se funções especiais de interpolação para todas as variáveis dependentes, exceto a pressío. Estas funções de interpolação sío exponenciais na direção de um vetor velocidade média no elemento e lineares na direção perpendicular ao mesmo; elas dependem do número de Peclet para o elemento, reduzindo-se a completamente linear quando este se aproxima de zero. Na fomulação do método, os princípios de conservação de interesse sío impostos aos volumes de controle associados aos nós. Os sistemas resultantes de equações integrais de conservação sío entío aproximados por equações algébricas, utilizando-se as funções de interpolação discutidas anteriormente. Estas equações algébricas, que sío em geral nío lineares e acopladas, sío resolvidas através de um processo iterativo similar ao método das aproximações sucessivas. Em cada ciclo deste procedimento, a pressío, os componentes da velocidade, a correção da pressío e todas as demais variáveis dependentes sío resolvidas de uma forma seqüencial. Problemas testes foram realizados, apresentando bons resultados.