Simulação numérica de escoamentos incompressíveis pelo método de elementos finitos com esquema de Separação Baseado na Característica (CBS)

Abstract

A simulação computacional de escoamentos de fluidos ou dinâmica de fluidos computacional (CFD) tem se constituído cada vez mais em uma ferramenta muito útil no projeto de equipamentos nos quais este tipo de processo está presente. Diversas técnicas computacionais têm sido desenvolvidas para este fim. Entre estas técnicas, o método de elementos finitos (FEM) tem ganhado espaço na solução de problemas, principalmente em domínios complexos. O método clássico de elementos finitos também denominado de método de elementos finitos de Galerkin (GFEM) é ótimo para solução de problemas difusivos, entretanto, para o caso de problemas com convecção dominante como ocorre em muitos problemas de escoamentos de fluidos, o GFEM produz soluções oscilantes para altos números de Reynolds. Diversas técnicas têm sido associadas à discretização dos termos convectivos nas equações de Navier-Stokes para remediar a deficiência do GFEM. Uma destas técnicas é denominada na literatura de Chracteristic Based Split (CBS) e tem sido aplicada com sucesso para estabilização das soluções de problemas convectivos usando o GFEM. Neste trabalho, o GFEM associado ao esquema CBS será aplicado para simulação de casos de escoamentos bidimensionais

The computer simulation of fluid flow or computational fluid dynamics (CFD) has been constituted in an increasingly useful tool in the design of equipment where this type of process is present. Several computational techniques have been developed for this purpose. Among those techniques, the finite element method (FEM) has gained importance in solving problems, especially in complex domains. The classic method of finite elements also called Galerkin finite element method (GFEM) is optimal for solving diffusion problems, however, in case of problems with dominant convection as in many problems of fluid flow, the GFEM produces oscillating solutions for high Reynolds numbers. Several techniques have been associated with the discretization of the convective terms in the Navier-Stokes equations to remedy the deficiency of GFEM. One of those techniques is known in the literature as Chracteristic Based Split (CBS) and has been applied successfully to stabilize the GFEM when it is used to solve convective problems. In this work, the GFEM associated with CBS scheme is applied to simulation of two-dimensional flows