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Tese de Doutorado
DOI
10.11606/T.55.2009.tde-20052009-140841
Documento
Autor
Nome completo
Fernando Akira Kurokawa
E-mail
Unidade da USP
Área do Conhecimento
Data de Defesa
Imprenta
São Carlos, 2009
Orientador
Banca examinadora
Ferreira, Valdemir Garcia (Presidente)
Cruz, Gilmar Mompean Munhoz da
Milioli, Fernando Eduardo
Silva, João Batista Campos
Tomé, Murilo Francisco
Título em português
Um esquema "upwind" para leis de conservação e sua aplicação na simulação de escoamentos incompressíveis 2D e 3D laminares e turbulentos com superfícies livres
Palavras-chave em português
Equações de Navier-Stokes
Equações médias de Reynolds
Escoamentos com superfícies livres
Esquema "upwind" de alta resolução
Método de diferenças finitas
Modelagem 'capa'- ' epsilon' da turbulência
Solução numérica de leis de conservação
Resumo em português
Apesar de as EDPS que modelam leis de conservação e problemas em dinâmica dos fluídos serem bem estabelecidas, suas soluções numéricas continuam ainda desafiadoras. Em particular, há dois desafios associados à computação e ao entendimento desses problemas: um deles é a formação de descontinuidades (choques) e o outro é o fenômeno turbulência. Ambos os desafios podem ser atribuídos ao tratamento dos termos advectivos não lineares nessas equações de transporte. Dentro deste canário, esta tese apresenta o estudo do desenvolvimento de um novo esquema "upwind" de alta resolução e sua associação com modelagem da turbulência. O desempenho do esquema é investigado nas soluções da equação de advecção 1D com dados iniciais descontínuos e de problemas de Riemann 1D para as equações de Burgers, Euler e águas rasas. Além disso, são apresentados resultados numéricos de escoamentos incompressíveis 2D e 3D no regime laminar a altos números de Reynolds. O novo esquema é então associado à modelagem 'capa' - 'epsilon' da turbulência para a simulação numérica de escoamentos incompressíveis turbulentos 2D e 3D com superfícies livres móveis. Aplicação, verificação e validação dos métodos numéricos são também fornecidas
Título em inglês
The "upwind" scheme to the conservation laws and their application in simulation of 2D and 3D incompressible laminar and turbulent flows with free surfaces
Palavras-chave em inglês
Averaged Navier-Stokes equations
Conservation laws
Finite difference method
Free surface flows
High-resolution upwind scheme
Navier-Stokes equations
Numerical simulation
Turbullence modeling
Resumo em inglês
Althought the PDEs that model conservation laws and fluid dynamics problems are well established, their numerical solutions have presented a continuing challenge. In particular, there are two challenges associated with the computation and the understanding of these problems, namely, formation of shocks and turbulence. Both challenges can be attributed to the nonlinear advection terms of these transport equations. In this scenario, this thesis presents the study of the development of a new high-resolution upwind scheme and its association with turbulence modelling. The performance of the scheme is investigated by solving the 1D advection equation with discontinuous initial data 1D Riemann problems for Burgers, Euler and shallow water equations. Besides, numerical results for 2D and 3D incompressible laminar flows at high Reynolds number are presented. The new scheme is then associated with the 'capa - ' epsilon' turbulence model for the simulation of 2D and 3D incompressible turbulent flows with moving free surfaces. Application, verification and validation of the numerical methods are also provided
 
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Data de Publicação
2009-05-20
 
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