Sample records for computational fluid dynamics
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Propriedades dinâmicas de fluidos por simulação computacional: métodos híbridos atomístico-contínuo/ Computer simulations of dynamical properties of fluids: atomistic-continuum hybrid methods

Costa, Luciano T.; Ribeiro, Mauro C. C.
2010-01-01

Resumo em inglês Computational methods for the calculation of dynamical properties of fluids might consider the system as a continuum or as an assembly of molecules. Molecular dynamics (MD) simulation includes molecular resolution, whereas computational fluid dynamics (CFD) considers the fluid as a continuum. This work provides a review of hybrid methods MD/CFD recently proposed in the literature. Theoretical foundations, basic approaches of computational methods, and dynamical properties (mais) typically calculated by MD and CFD are first presented in order to appreciate the similarities and differences between these two methods. Then, methods for coupling MD and CFD, and applications of hybrid simulations MD/CFD, are presented.

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Cálculo da força propulsiva gerada pela mão e antebraço do nadador através da dinâmica computacional de fluidos/ Measurement of swimmer's hand/forearm propulsive forces generation using Computational Fluid Dynamics

Silva, A.J.; Rouboa, A.F.; Leal, L.; Rocha, J.; Alves, F.B.; Moreira, A.M.; Reis, V.M.; Vilas Boas, J.P.
2005-09-01

Resumo em português A investigação da força propulsiva produzida pela mão e antebraço dos nadadores tem-se baseado em testes experimentais. No entanto, existem algumas dúvidas sobre a precisão e fiabilidade destes cálculos. Este estudo teve dois objectivos: i) dar continuidade ao uso da Dinâmica Computacional de Fluidos (DCF) como uma nova metodologia de investigação na Natação; ii) aplicar a DCF no cálculo dos coeficientes de resistência (Cr) e sustentação (Cs) resultantes (mais) da simulação numérica do fluxo externo da mão e antebraço. Para este efeito, utilizaram-se três modelos bidimensionais de um escoamento em regime permanente. Um modelo frontal (q=90º, F=0º) e dois modelos laterais, um tendo o dedo polegar como bordo de ataque (q=180º, F=0º), e o outro tendo o dedo mindinho como bordo de ataque (q=0º, F=0º). O sistema de resolução de equações utilizado foi o das equações de Navier-Stokes, para fluidos não compressíveis. Os principais resultados, demonstraram que o Cr foi o coeficiente que contribuiu mais para a propulsão, sendo constante para toda a amplitude de velocidades com um valor máximo de 1,16. Com base nestes resultados, podemos concluir que: i) a DCF pode ser considerada uma nova metodologia susceptível de desenvolvimento para o cálculo de forças hidrodinâmicas em Natação (de facto neste estudo não se procedeu à respectiva validação, pelo que não se pode concluir pela sua validade); ii) nos três modelos estudados o Cs parece ter uma importância secundária na geração de força propulsiva. Resumo em inglês Propulsive force generated by swimmers hand/forearm has been studied through experimental tests. However, there are serious doubts as to whether forces quantified with these procedures are accurate enough to be meaningful. The main purpose of the present work was twofold: i) continuing the use of computational fluid dynamics (CFD) as a new tool in swimming research; ii) apply the CFD method in the calculation of drag and lift coefficients resulting from the numerical reso (mais) lution equations of the flow around the swimmers hand/forearm. For these purposes three, two-dimensional, models of a right male hand/forearm were studied. A frontal model (q =90º, F=0º) and two lateral models, one with the thumb as leading edge (q=180º, F=0º), and the other with the litle finger as the leading edge (q=0º,F=0º). The governing system of equations considered was the incompressible Reynolds averaged Navier-Stokes equations. The main results reported that the drag coefficient was the coefficient that accounts more for propulsion, and was almost constant for the whole range of velocities, with a maximum value of 1,16 (Cd=1,16). Through the results, we can conclude that: i) CFD can be considered an interesting new approach for hydrodynamic forces calculation in swimming research; ii) in the three models studied the lift coefficient may be of secondary importance in force generation.

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Formação e dinâmica da interface líquido-vapor simulada pelo método Lattice-Boltzmann/ Formation and dynamics of the liquid-vapor interface simulated by the Lattice-Boltzmann method

Wolf, Fabiano G.; Santos, Luis O.E. dos; Philippi, Paulo C.
2006-06-01

Resumo em português O método Lattice-Boltzmann (LB) tem sido utilizado como um modelo alternativo para a simulação computacional da dinâmica de fluidos regida pelas equações de Navier-Stokes. É fundamentado na equação de transporte de Boltzmann, que serve como base da teoria cinética. Devido ao seu grande potencial para a análise de problemas com geometrias complexas, tem sido amplamente aplicado para a descrição de escoamentos de fluidos com um ou mais componentes em meios poro (mais) sos, principalmente para o estudo de fenômenos interfaciais. Neste trabalho, um modelo LB com potencial de interação entre partículas foi utilizado para a modelagem da interface líquido-vapor. Este método possibilita a simulação de equilíbrio de fases através de uma equação de estado que possui o comportamento semelhante à equação de van der Waals. O método também permite a inclusão de termos de interação entre partículas distintas, de modo que as interfaces líquido-sólido e vapor-sólido podem ser facilmente simuladas. Alguns resultados de simulação são apresentados para problemas que envolvem a transição de fase líquido-vapor, a coexistência de uma gota líquida com seu vapor e a molhabilidade de superfícies sólidas. Adicionalmente, o método é aplicado para o problema dinâmico de uma torneira gotejante. Os resultados obtidos mostram que o método pode ser utilizado para simulação de uma ampla variedade de sistemas complexos com relação às interfaces fluido-fluido e fluido-sólido. Resumo em inglês The Lattice-Boltzmann (LB) method has been used as an alternative model for the computational simulation of fluid dynamics governed by Navier-Stokes equations. It is based on the Boltzmann transport equation, which works as the foundation of kinetic theory. Considering its suitability for complex geometry problems, it has been widely applied for the description of fluid flow with one or more components inside porous media, especially for interfacial phenomena studies. In (mais) this work, a LB model with an interaction potential among particles was used for modelling of the liquid-vapor interface. This method makes possible the simulation of phase equilibrium based on an equation of state similar to the van der Waals equation. The method allows the inclusion of interaction terms among different particles, so that liquid-solid and vapor-solid interfaces can be simulated. Some simulation results are presented to the problems involving the liquid-vapor phase transition, coexistence of a liquid droplet with its vapor and wettability on solid surfaces. Additionally, the method is applied to the dynamical problem of a dripping faucet. The obtained results show that the method can be used to simulate a large diversity of physical phenomena with respect to fluid-fluid and fluid-solid interfaces.

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Software para modelagem de dispersão de efluentes em rios/ Software for modeling effluent emissions in rivers

Machado, Márcio Bezerra; Furlan, Luis Tadeu; Furlan, Mateus Lazarini; Tomaz, Edson; Nunhez, José Roberto
2008-09-01

Resumo em português Este trabalho apresenta um modelo Fluidodinâmico Computacional tridimensional para simular a dispersão de substâncias solúveis em rios. O modelo pode predizer o impacto causado pela ocorrência de múltiplos pontos de emissão no trecho estudado. O código numérico para o modelo matemático foi desenvolvido em linguagem Fortran. Os resultados mostram que a metodologia proposta é uma boa ferramenta para a avaliação do impacto ambiental causado pela emissão de eflu (mais) entes em rios. O software é bastante rápido, especialmente quando comparado com outros pacotes de CFD disponíveis comercialmente. Foram feitas comparações entre os resultados numéricos e dados experimentais coletados no rio Atibaia. Os resultados numéricos apresentaram uma boa concordância com os dados coletados experimentalmente. Resumo em inglês This work presents a three-dimensional model for the dispersion of effluents in rivers using Computational Fluid Dynamics (CFD) techniques. There are several models in the literature, some of which even analyze complex flows. They are however restricted to small river sections. The main contribution of this work is that it proposes a new software capable of predicting the dispersion of effluents in very large open channels. The model is very fast, an unusual feature of CF (mais) D models. Due to this, it is possible to predict the dispersion of substances in long sections of rivers with some kilometers in extension. Moreover, multiple emissions can be analyzed by the model, allowing its use as a predictive tool to analyze and guide management decisions on future industrial installations near rivers. Results for the dispersion of an inert emission in a river near Campinas (Brazil) were used to validate the model.

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Incêndio real em um apartamento de interesse social: um estudo de caso/ A real fire in a social interest apartment: a case study

Silva, Valdir Pignatta e; Rodrigues, Francisco Carlos; Fakury, Ricardo Hallal; Pannoni, Fabio Domingos
2007-06-01

Resumo em português É descrito o comportamento da estrutura de perfis formados a frio (PFF) submetida ao incêndio ocorrido em um apartamento de um conjunto habitacional de baixo custo, com quatro blocos idênticos de quatro pavimentos e oito apartamentos por andar. Cada apartamento tem 44 m² de área total. Segundo a Norma Brasileira, esse tipo de edifício é isento de verificação estrutural em situação de incêndio. Foram realizados ensaios para a caracterização do aço empregado (mais) nos pilares e vigas e ensaios metalográficos para estimar a temperatura atingida pelo aço durante o incêndio. O modelamento CFD (Computational Fluid Dynamics) do cenário do incêndio foi feito utilizando-se o programa de computador SMARTFIRE. A análise térmica da estrutura de aço em situação de incêndio foi realizada por meio do programa SUPERTEMPCALC. A verificação estrutural foi feita empregando-se as expressões da Norma Brasileira para o projeto dos PFF em temperatura ambiente, com base no AISI/USA, mas usando os fatores de redução de resistência recomendados pelo Eurocode 3 part1.2. Resumo em inglês This paper describes the behavior of a cold-formed steel (CFS) framed structure in response to a real fire that occurred in a residential apartment. A set of residential buildings is composed by four identical four-story blocks of eight apartments per floor, housed by poor people; each apartment has 44 m² of total area. The Brazilian Code does not require that this type of building be checked for fire safety. A real fire in a residential apartment was modeled, as well th (mais) e structural fire resistance; the maximum fire temperature reached during the burning on the structural material was assessed by scanning electron microscopy tests for the further comparative analysis between the theoretical and actual results. A CFD scenario representative of the actual building geometry, materials and fire behavior was modeled by means of the software SMARTFIRE. A steel thermal analysis in fire situation was conducted by means the software SUPERTEMPCALC, and the structural analysis of the steel frame was performed according to the expressions recommended by the Brazilian Standard for design of CFS for room temperature, based on the AISI/USA, but using the strength reduction factors recommended by Eurocode 3 part1.2.

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Explorando recursos simples de informática e audiovisuais: uma experiência no ensino de Fluidos/ Exploring simple computational and audiovisual resources in teaching Fluids

Clebsch, Angelisa Benetti; Mors, Paulo Machado
2004-12-01

Resumo em português Relata-se a utilização de trechos de filmes produzidos pela indústria cinematográfica como elemento motivador de alunos do Ensino Médio, no estudo de um tema específico de Física. O tema Fluidos foi abordado com a utilização de trechos de quatro filmes. Os clipes foram exibidos em cinco momentos diferentes e, a partir de cada um desses momentos, foi trabalhado um bloco de conteúdos. A proposta foi aplicada em turmas da Escola de Ensino Médio Almirante Lamego em (mais) Laguna, SC, uma cidade litorânea. Foi explorado o estudo das embarcações e, também, incluído o estudo da fluidodinâmica, em geral não tratada no nível médio de ensino. Apesar de se tratar tão-somente de uma experiência de ensino, e não de uma pesquisa, o trabalho foi inspirado na teoria de desenvolvimento humano histórico-cultural de Vygotsky, e nas teorias de aprendizagem significativa de Ausubel e de Novak. Observou-se que os alunos ficaram mais motivados e envolvidos nas aulas, passando a perceber a Física como ligada a situações da sua realidade, além de passarem a adotar, como espectadores, uma atitude mais crítica em relação aos filmes. Resumo em inglês It is described the use of parts of movies produced by the motion pictures industry, as a motivation element for high school students, in studying a specific matter in Physics. The subject Fluids was treated with the use of pieces of four titles. The clips were exhibited in five distinct moments, from which each of five blocks of a topic was studied. The proposal was experimented with classes of the school ''Escola de Ensino Médio Almirante Lamego'', in Laguna, State of (mais) Santa Catarina, a seashore town. The study of ships and their construction was explored including, also, fluid dynamics, which normally is not a matter of high school curriculum in Brazil. In spite of being a simple teaching experiment, not a research project, the work was inspired on the Vygotsky theory of human historical-cultural development, and the theories of meaningful learning of Ausubel and Novak. It was observed that the students showed an increase in motivation and involvement with the class, with a higher perception of the link of Physics with their reality; also, as spectators, they have become more critic about films.

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Abordando a dinâmica de fluidos por uma via intuitiva, embora de validade restrita: princípio da superposição/ Facing fluid dynamics through a friendly shortcut though of limited validity: the superposition principle

Ramalho, Marcus V.C.; Santos, Marcus B.L.
2008-12-01

Resumo em português O princípio da superposição é invocado de maneira ampla na física, mas o estudante deve ter em mente que sua validade limita-se às situações regidas por equações lineares. Tal é o caso do eletromagnetismo, em contraste com a dinâmica de fluidos. Nesta ultima, as equações são em geral não-lineares, podendo contudo se reduzir a equações lineares num caso particular de grande interesse, capaz inclusive de abranger situações dependentes do tempo. O objetiv (mais) o desse artigo de cunho pedagógico é explorar as analogias deste caso com o eletromagnetismo, de forma a possibilitar uma introdução rápida à dinâmica de fluidos por parte do estudante não familiarizado com este ramo fascinante porém geralmente ausente da formação do físico. Nesse processo daremos ênfase ao traçado de linhas de corrente mediante o uso de ferramentas gráficas computacionais que, acreditamos, facilitarão ao estudante a percepção da analogia mencionada. Resumo em inglês The superposition principle is widely invoked in physics. However, the student should bear in mind that its validity implies that the system under focus is governed by linear equations. Such a condition is usually fulfilled in electromagnetism, but not in fluid dynamics, where the governing equations are generally non-linear ones. Nevertheless, such equations become linear in an important particular case, which applies even to time dependent situations. Our aim in this pe (mais) dagogical article is to explore the analogies of such a case with electromagnetism. We believe that this approach can make easier to introduce fluid dynamics to a typical student, generally not acquainted at all with the principles of this branch of increasing importance in physics. We emphasize the plot of streamlines by making use of computational graphical tools which hopefully helps to clarify the proposed pedagogical strategy.

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