Simulação de escoamentos incompressíveis empregando o método Smoothed Particle Hydrodynamics utilizando algoritmos iterativos na determinação do campo de pressões

Nesse trabalho, foi desenvolvido um simulador numérico (C/C++) para a resolução de escoamentos de fluidos newtonianos incompressíveis, baseado no método de partículas Lagrangiano, livre de malhas, Smoothed Particle Hydrodynamics (SPH). Tradicionalmente, duas estratégias são utilizadas na determinação do campo de pressões de forma a garantir-se a condição de incompressibilidade do fluido. A primeira delas é a formulação chamada Weak Compressible Smoothed Particle Hydrodynamics (WCSPH), onde uma equação de estado para um fluido quase-incompressível é utilizada na determinação do campo de pressões. A segunda, emprega o Método da Projeção e o campo de pressões é obtido mediante a resolução de uma equação de Poisson. No estudo aqui desenvolvido, propõe-se três métodos iterativos, baseados noMétodo da Projeção, para o cálculo do campo de pressões, Incompressible Smoothed Particle Hydrodynamics (ISPH). A fim de validar os métodos iterativos e o código computacional, foram simulados dois problemas unidimensionais: os escoamentos de Couette entre duas placas planas paralelas infinitas e de Poiseuille em um duto infinito e foram usadas condições de contorno do tipo periódicas e partículas fantasmas. Um problema bidimensional, o escoamento no interior de uma cavidade com a parede superior posta em movimento, também foi considerado. Na resolução deste problema foi utilizado o reposicionamento periódico de partículas e partículas fantasmas.

Uma formulação implícita para o método Smoothed Particle Hydrodynamics

Em uma grande gama de problemas físicos, governados por equações diferenciais, muitas vezes é de interesse obter-se soluções para o regime transiente e, portanto, deve-se empregar técnicas de integração temporal. Uma primeira possibilidade seria a de aplicar-se métodos explícitos, devido à sua simplicidade e eficiência computacional. Entretanto, esses métodos frequentemente são somente condicionalmente estáveis e estão sujeitos a severas restrições na escolha do passo no tempo. Para problemas advectivos, governados por equações hiperbólicas, esta restrição é conhecida como a condição de Courant-Friedrichs-Lewy (CFL). Quando temse a necessidade de obter soluções numéricas para grandes períodos de tempo, ou quando o custo computacional a cada passo é elevado, esta condição torna-se um empecilho. A fim de contornar esta restrição, métodos implícitos, que são geralmente incondicionalmente estáveis, são utilizados. Neste trabalho, foram aplicadas algumas formulações implícitas para a integração temporal no método Smoothed Particle Hydrodynamics (SPH) de modo a possibilitar o uso de maiores incrementos de tempo e uma forte estabilidade no processo de marcha temporal. Devido ao alto custo computacional exigido pela busca das partículas a cada passo no tempo, esta implementação só será viável se forem aplicados algoritmos eficientes para o tipo de estrutura matricial considerada, tais como os métodos do subespaço de Krylov. Portanto, fez-se um estudo para a escolha apropriada dos métodos que mais se adequavam a este problema, sendo os escolhidos os métodos Bi-Conjugate Gradient (BiCG), o Bi-Conjugate Gradient Stabilized (BiCGSTAB) e o Quasi-Minimal Residual (QMR). Alguns problemas testes foram utilizados a fim de validar as soluções numéricas obtidas com a versão implícita do método SPH.

Simulação numérica da cavitação em turbomáquinas usando uma formulação Euler-Lagrange.

Turbomáquinas são máquinas operacionais que transferem energia mecânica entre um rotor e um fluido. Estas máquinas têm muitas aplicações industriais. Um dos componentes de uma turbomáquina responsável pela transferência da energia, ou receber a rotação do eixo e transformar em energia de fluido em caso de bomba ou transferir a energia do fluido para o eixo em caso de uma turbina, é o impelidor ou rotor. O fenómeno da cavitação envolve escoamento bifásico: o líquido a ser bombeado e as bolhas de vapor que são formadas durante o processo de bombeamento. O processo de formação dessas bolhas é complexo, mas ocorre principalmente devido a presença de regiões de pressões muito baixas. O colapso dessas bolhas pode muitas vezes levar a deterioração do material, dependendo da intensidade ou da velocidade de colapso das bolhas. O principal objetivo deste trabalho foi estudar o comportamento hidrodinâmico do escoamento nos canais do impelidor de uma turbomáquina do tipo radial usando recursos de fluidodinâmica computacional (CFD). Uma abordagem Euler-Lagrange acoplada com o modelo da equação de Langevin foi empregada para estimar a trajetória das bolhas. Resultados das simulações mostram as particularidades de um escoamento líquido-bolha de vapor passando em um canal de geometria curva, fornecendo assim informações que podem nos ajudar na prevenção da cavitação nessas máquinas.

Coletores de distribuição e sua otimização hidráulica, aplicados a uma instalação de produção de água arrefecida em sistemas de AVAC ( Fórum Picoas)

Trabalho Final de Mestrado para obtenção do grau de Mestre em Engenharia Mecânica

Simulação e análise do escoamento no habitáculo de um automóvel

Trabalho Final de Mestrado para obtenção do grau de Mestre em Engenharia Mecânica

Fragile-glass behavior of a short-range p-spin model

We propose a short-range generalization of the p-spin interaction spin-glass model. The model is well suited to test the idea that an entropy collapse is at the bottom line of the dynamical singularity encountered in structural glasses. The model is studied in three dimensions through Monte Carlo simulations, which put in evidence fragile glass behavior with stretched exponential relaxation and super-Arrhenius behavior of the relaxation time. Our data are in favor of a Vogel-Fulcher behavior of the relaxation time, related to an entropy collapse at the Kauzmann temperature. We, however, encounter difficulties analogous to those found in experimental systems when extrapolating thermodynamical data at low temperatures. We study the spin-glass susceptibility, investigating the behavior of the correlation length in the system. We find that the increase of the relaxation time is accompanied by a very slow growth of the correlation length. We discuss the scaling properties of off-equilibrium dynamics in the glassy regime, finding qualitative agreement with the mean-field theory.

Chaotic dynamics of electric-field domains in periodically driven superlattices

Self-sustained time-dependent current oscillations under dc voltage bias have been observed in recent experiments on n-doped semiconductor superlattices with sequential resonant tunneling. The current oscillations are caused by the motion and recycling of the domain wall separating low- and high-electric-field regions of the superlattice, as the analysis of a discrete drift model shows and experimental evidence supports. Numerical simulation shows that different nonlinear dynamical regimes of the domain wall appear when an external microwave signal is superimposed on the dc bias and its driving frequency and driving amplitude vary. On the frequency-amplitude parameter plane, there are regions of entrainment and quasiperiodicity forming Arnold tongues. Chaos is demonstrated to appear at the boundaries of the tongues and in the regions where they overlap. Coexistence of up to four electric-field domains randomly nucleated in space is detected under ac+dc driving.

Chaos in resonant-tunneling superlattices

Spatiotemporal chaos is predicted to occur in n-doped semiconductor superlattices with sequential resonant tunneling as their main charge transport mechanism. Under dc voltage bias, undamped time-dependent oscillations of the current (due to the motion and recycling of electric field domain walls) have been observed in recent experiments. Chaos is the result of forcing this natural oscillation by means of an appropriate external microwave signal.

Estudi de l’eficiència aerodinàmica de vehicles pesants de transport de passatgers

Estudi de l’eficiència aerodinàmica de les carrosseries de vehicles pesants de cara a reduir el consum de combustible en autocars de llarg trajecte. L’estudi es basa en tres aspectes: validació del programa de simulació, estudi aerodinàmic de diferents carrosseries d’autocar de mercat i estudi aerodinàmic de diferents complements

Estudi de la influència del vent en l’estabilitat de vehicles pesants de transport de viatgers.

Investigacions recents revelen com l’acció del vent lateral és un efecte molt important en bona part dels accidents ocorreguts en vehicles pesants de transport per carretera. És per això que el perfil aerodinàmic del vehicle esdevé determinant en l’avaluació de les forces laterals que hi actuen. El present projecte té per objecte determinar les forces laterals que s’exerceixen en vehicles pesants de transport de passatgers degut a l’acció del vent i investigar-ne la seva perillositat. Per fer-ho s’utilitzen models numèrics de dinàmica de fluids i, per diferents velocitats del vehicle, es simulen vents amb diferent intensitat i direcció. D’aquí es determinen unes condicions de perillositat en funció, entre d’altres variables, de l’angle d’incidència del vent i de la seva velocitat

Apunts de Física I

Aquest text pretén ser una guia útil per als estudiants del Grau en Enginyeria Agroalimentària. El document s’estructura en set temes organitzats en dos blocs. El primer bloc és una introducció als conceptes bàsics de l’estàtica i el segon bloc el dediquem a la descripció dels fluids. Per a cada tema s’estableixen les competències específiques que s’han d’assolir, es desenvolupen de manera esquemàtica els continguts i s’adjunten exemples resolts de problemes. Al final de cada tema s’inclou també una col·lecció de qüestions i problemes. Aquest llibre pretén ser una breu recopilació dels continguts bàsics de l’assignatura. Al final del llibre, trobareu una bibliografia recomanada per poder desenvolupar exhaustivament la matèria

Simulació mitjançant tècniques CFD d'una culata per al motor del vehicle de baix consum "Àliga-EPS-UdG"

El projecte pretén estudiar i quantificar les restriccions creades al fluid en circular pels conductes d’admissió i escapament de la culata del motor del vehicle Àliga. L’estudi consta de quatre etapes: estudi de les restriccions actuals dels sistemes d’admissió i escapament; anàlisi dels resultats de la culata de sèrie i proposta de millores aplicables al model real; càlcul de les restriccions creades pels models millorats, i finalment, estudi comparatiu dels resultats obtinguts, interpretant els resultats dels principals paràmetres a analitzar

Dynamics and mixing in the Upper Ocean Layer

S'estudia la resposta de la capa de barreja oceànica al forçament atmosfèric considerant dades obtingudes durant 12 dies d'abril del 2001 a 42 estacions a través de l'Atlàntic nord seguint aproximadament la latitud de 53ºN. Aquestes dades inclouen, a més de variables atmosfèriques, mesures de CTD, velocitats amb ADCP i dades de microestructura obtingudes amb un perfilador de caiguda lliure. En aquest últim cas, s'han desenvolupat tècniques de processament de les dades que també es presenten aquí. El transsecte estudiat segueix la posició climatològica del rotacional mitjà anual del vent igual a zero i travessa el corrent del Labrador i algunes branques i meandres del Corrent Atlàntic Nord. El forçament atmosfèric es va caracteritzar per vents intensos i fluxos superficials de calor negatius, tot i que, tal com es dedueix de la comparació del gruix de la capa de barreja amb la longitud de Monin-Obukov, la barreja induïda pel vent va dominar sobre la convectiva durant tot el transsecte.