1 Grupo de pesquisa: CFD, propulsão e aerodinâmica de foguetes (CFD/UFPR) – junho/2002 7 Jun 2013.
2PFG/DE/FEM/UNICAMP – FUNDAMENTOS EM CFD jan-14 Prof. Dr. Ricardo Augusto Mazza1 INTRODUÇÃO AO...
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06/26/22 Prof. Dr. Ricardo Augusto Mazza 1 2PFG/DE/FEM/UNICAMP – FUNDAMENTOS EM CFD INTRODUÇÃO AO CFD INTRODUÇÃO AO CFD Prof. Dr. Ricardo A. Mazza 2PFG/DE/FEM/UNICAMP
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INTRODUÇÃO AO CFDINTRODUÇÃO AO CFD
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Por quê estudar CFD?Por quê estudar CFD?
• Prever quantitativamente as características de um escoamentos, incluindo: – Transferência de calor e massa (difusão, dissolução); – Mudança de fase (fusão, solidificação, ebulição,
condensação); – Reações químicas (combustão, oxidação); – Aspectos mecânicos (movimento de pistões, hélices,
palhetas); – Tensões e deslocamento de sólidos imersos ou
circundantes.
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Como é feito CFD?Como é feito CFD?
• Definindo-se:– Geometria (forma e tamanho do domínio, entradas e
saídas, blocos);– Propriedades dos fluidos (viscosidade, densidade,
cond.térmica, …);– Condições iniciais (quando o escoamento é
dependente do tempo);– Condições de contorno (especificações de entrada e
saída de massa, momento e energia no domínio da simulação).
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A quem interessa?A quem interessa?
• Engenheiros:– mecânicos, aeronáuticos e químicos de uma forma geral;
• Cirurgiões cardiovasculares!– Melhorar o fluxo sangüíneo;
• Fumantes ou similares!– Eficiência de filtros;
• Órgãos de segurança pública– Planos de contenção de desastres
• Enchentes, gases tóxico, planejamento urbano, redes de assistência social, etc
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Aspectos positivosAspectos positivos• São mais “barata e rápidas” que método de “tentativa
& erro”;• Permitem variar os parâmetros facilmente variados,
simplificando a otimização e o projeto;• Evitam a necessidade de emprego de técnicas de scale-
up;• Podem fornecer informações mais detalhadas;• Permitem a investigação de situações de risco que não
podem ser reproduzidas ou geradas (aplicação na Análise de Riscos), como por exemplo: explosões, falhas em processos nucleares, desastres ecológicos, etc.
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Aspectos negativosAspectos negativos
• Os resultados de CFD não são 100% realistas;– Normalmente são simulados apenas parte do problema;
– Os dados de entrada (geometria, propriedades do fluido) normalmente são aproximados;
– As condições iniciais e de contorno não representam a real fielmente;
– O escoamento pode envolver fenômenos (turbulência, radiação ou escoamento multifásico) que ainda não são perfeitamente representados pelas atuais teorias científicas;
– Limitações dos métodos numéricos.
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ExemplosExemplos
• Túnel de vento virtual
• Escoamentos ambientais;
• Rotores de Bombas;
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Cuidado!!Cuidado!!
• CFD não pode ser usado como uma “caixa-preta”!
• Previsões computacionais são baseadas em considerações, a Natureza não.
• Há necessidade de espírito crítico acentuado;
• conhecimento do fenômeno físico;
• conhecimento matemático;
• Verificação / VALIDAÇÃO de modelo.
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Objetivos do cursoObjetivos do curso
• Introduzir o CFD utilizando PHOENICS:– Familiarizar o aluno no PHOENICS formulando problemas
simples;
– Introduzir conceitos básicos de métodos numéricos;
– Rever alguns conceitos básicos de mecânica dos fluidos e transferência de calor;
– Apresentar a linguagem FORTRAN, PIL e INFORM;
• Observação: este curso não é o fim mas o começo para quem pretende ser introduzido numa área nova e com grande demanda de pessoas.
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Como aprender CFD?Como aprender CFD?
• O aprendizado se dá em níveis que são desenvolvido ao longo de anos de experiência.
• Cada nível requer conhecimento BÁSICO de três áreas:
MÉTODOSNUMÉRICOS
PACOTE& FORTRAN
FUNDAMENTOS EM:
MEC FLU &TRANS CAL
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Softwares Comerciais de CFDSoftwares Comerciais de CFD
www.fluent.com
www.cfdrc.comwww.flow3d.com
www.ansys.com/Products/cfx.asp/
www.cfd-online.com
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Parabolic Parabolic Hyperbolic Hyperbolic
Or Or Elliptic Elliptic
Numerical Numerical Integration Integration
Code Code Series Series
PPHH
OOEE
NNII
CCSS
PHOENICSPHOENICS
PHOENICSPHOENICS
The Computational Fluid Dynamics ExperienceThe Computational Fluid Dynamics Experiencewww.cham.co.ukwww.cham.co.uk
www.fem.unicamp.br/~phoenicswww.fem.unicamp.br/~phoenics
A ferramentaA ferramenta
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PhoenicsPhoenics• O PHOENICS (Parabolic, Hyperbolic Or Elliptic
Numerical Integration Code Series) é um código computacional de propósitos gerais para a simulação de fenômenos envolvendo escoamentos uni- e multifásicos, transferência de massa e calor e reações químicas. – Resolve equações de conservação de massa, momento e
energia em domínios finitos para, estados estacionários e transientes em geometrias uni, bi e tridimensionais.
• Desenvolvido pela firma inglesa CHAM (Concentration, Heat & Momentum Limited);– A Chemtech é a parceira da CHAM na América do Sul para
desenvolvimento e suporte.
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CaracterísticasCaracterísticas• O PHOENICS foi programado em linguagem
FORTRAN, sem nenhuma dependência de máquina (hardware), o que lhe possibilita uma máxima portabilidade.
• É um código fechado com cerca de 2.000 sub-rotinas, mas há a possibilidade de implementação de novas funções.
• Há versões para a uma grande variedade de sistemas operacionais, desde PC até supercomputadores;
• O uso em PC (micro-computadores) vem crescendo bastante nos últimos anos, pela maior capacidade de processamento que estas máquinas vêm adquirindo.
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Cronologia do PHOENICSCronologia do PHOENICS• What's new in PHOENICS 2007 (2007) • What's new in PHOENICS-3.6 (2004) • What's new in PHOENICS-3.5 (2002) • What's new in PHOENICS-3.4 (2001) • What's new in PHOENICS-3.3 (2000) • Front-end Developments for PHOENICS-3.2 • The introduction of "Virtual-Reality" - versions 2.2, 3.0 and 3.1 • Developments 1995-1996 • Developments 1993-1994 • Developments 1992-1993 • Early versions of PHOENICS ,
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Estrutura do PHOENICSEstrutura do PHOENICS
PHOTON
AUTOPLOT
RESULTPHIXYZ
PÓS PROCESSAMENTO:
Apresentação Resultados
Satellite EARDAT
q1
Earth
GREX(ground examples)
GRND(user code)
ArquivosFORTRAN
PRÉ PROCESSAMENTO
:Definição Problema MAIN: simulação
VR VIEWERNotePadPIL / FORTRAN
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Estrutura de arquivosEstrutura de arquivos
• Q1 – arquivo de configuração, na maior parte criado automaticamente pela interface do PHOENICS;– VR ou notepad;
• Result – este arquivo mostra como o PHOENICS interpretou o Q1 além de reunir as informações numéricas (resíduos, convergência, resultados de contas personalizadas e outros...);– Gerado automaticamente;
• PHI – arquivo que reúne os valores de cada variável em cada posição da malha em que o problema foi resolvido;
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FIM !FIM !
