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Currículos Ativos

Plano de Ensino

Disciplina: 2047008 - DINÂMICA DOS FLUIDOS

Horas Aula: 3

Departamento: DEPTO DE MECANICA APLICADA E COMPUTACIONAL

Ementa
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1) Introdução
2) Equações governantes e condições de contorno
3) Modelos de turbulência
4) Métodos de discretização
5) Problemas difusivos
6) Problemas advectivos e difusivos
7) Algoritmos para o acoplamento pressão-velocidade
8) Escoamentos transientes
A mecânica dos fluidos dedica-se ao estudo do movimento dos fluidos e é uma ciência de interesse em várias áreas da engenharia. Destacam-se, por exemplo, para as engenharias mecânicas e aeronáuticas os efeitos do vento em aerofólios e em veículos automotivos. Na engenharia civil, os efeitos do vento se fazem sentir em estruturas esbeltas de pontes e torres altas.
As respostas para os estudos dessa natureza podem ser obtidas por meio de soluções analíticas, incipientes para a maiorias dos casos de interesse na engenharia. Têm-se ainda os ensaios experimentais, como os realizados em túnel de vento, que demandam instalações de grande porte e são, portanto, onerosos. Alternativamente, esses desenvolvimentos tem nos recursos e técnicas computacionais, em crescente avanço, importantes aliados. Nesses casos, quando recursos computacionais são utilizados na solução de problemas de mecânica dos fluidos, tem-se a chamada dinâmica dos fluidos computacional (CFD – Computational Fluid Dynamic), que é o foco principal desta disciplina.
Para o entendimento da dinâmica dos fluidos computacional, o conhecimento das equações que regem o comportamento dos fluidos, sintetizadas nas equações de Navier Stokes de conservação de massa e de quantidade de movimento, são imprescindíveis. Essas são equações diferenciais parciais que relacionam, em linhas gerais, as taxas de variação no tempo e no espaço das grandezas envolvidas no problema, que são o campo de velocidades e a pressão do fluido.
A disciplina tem no seu escopo o desenvolvimento de técnicas computacionais para a solução de problemas em dinâmica dos fluidos, visando implementações computacionais. Para tal, o estudo de alternativas para o tratamento numérico de equações diferenciais parciais é mandatório. Dentre os métodos atualmente existentes, citam-se o método das diferenças finitas, dos elementos finitos e dos volumes finitos, dentre outros.
Vale ressaltar que as equações de interesse na disciplina apresentam aspectos físicos e matemáticos relevantes que devem ser levados em consideração durante o tratamento numérico. O primeiro diz respeito ao tratamento do termo transiente que demanda uma técnica específica para o avanço no tempo de simulação. Outro aspecto que deve ser levado em conta è a existência de um termo advectivo, que torna o sistema de equações resultante não linear. Há ainda o problema do acoplamento entre os campos de velocidade e pressão, que tornam as técnicas tradicionais de discretização infactíveis. Soma-se a estes problemas o tratamento que deve ser dado ao termo dissipativo que, em alguns casos, exigem metodologias específicas para a modelagem da turbulência.
Para atender as demandas supracitadas, será feita uma contextualização das técnicas tradicionais além de um levantamento de técnicas atuais, por meio de um levantamento bibliográfico de pesquisas na área.
- Versteeg, H.K e Malalasekera, W., An introduction to computational fluid dynamics – The finite volume method
- Zikanov, O., Essential computational fluid dynamics, 2010,John sWiley & sons, inc.
- Lai, W.Michael, Rublin, D., Krempl, E., Introduction to continuum mechanics, 3a. edição1996, Butterworth-Heinemann Ltd
Anderson J.D.- Computational fluid dynamics. The basics with applications