Desenvolvimento e implementação da metodologia combinada fronteira imersa térmica e pseudoespectral de Fourier

Detalhes bibliográficos
Ano de defesa: 2015
Autor(a) principal: Kinoshita, Denise
Orientador(a): Não Informado pela instituição
Banca de defesa: Não Informado pela instituição
Tipo de documento: Tese
Tipo de acesso: Acesso aberto
Idioma: por
Instituição de defesa: Universidade Federal de Uberlândia
BR
Programa de Pós-graduação em Engenharia Mecânica
Engenharias
UFU
Programa de Pós-Graduação: Não Informado pela instituição
Departamento: Não Informado pela instituição
País: Não Informado pela instituição
Palavras-chave em Português:
Link de acesso: https://repositorio.ufu.br/handle/123456789/14761
https://doi.org/10.14393/ufu.te.2015.58
Resumo: A novel methodology combining Fourier pseudospectral and immersed boundary methods - IMERSPEC - has been developed for heat transfer problems, using Navier-Stokes, mass conservation and energy equations for incompressible flows. The numerical algorithm consists of a Fourier pseudospectral collocation method, used for flow solution and thermal heat transfer, while the immersed boundary method (multi-direct forcing method) is used only to apply the thermal boundary conditions. The IMERSPEC methodology has been developed in the fluid mechanic laboratory (MFLab) to solve isothermal fluid flows problems. In the present work, a new formulation for first (Dirichlet), second (Neumann) and third (Robin) boundary conditions types is proposed. The verification and validation of the methodology are presented for every boundary conditions and the results show a good agreement with the literature. Furthemore, the methodology convergence when applied to mathematical problems with synthesized analytical solutions shows accuracy machine and four order to rate of convergence for non coincidents nodes. Whilst for physical problems, the presented methodology provides second order rate of convergence for the energy equation and the Navier-Stokes equations. The computational cost has been analyzed and it is shown that runtime presents Nlog2N order, expected result to Fourier method
id UFU_3aa06a0e0937b2bf23d9021c54748f0e
oai_identifier_str oai:repositorio.ufu.br:123456789/14761
network_acronym_str UFU
network_name_str Repositório Institucional da UFU
repository_id_str
spelling Desenvolvimento e implementação da metodologia combinada fronteira imersa térmica e pseudoespectral de FourierDevelopment and implementation of the merging of thermal immersed boundary and Fourier pseudospectral methodologiesEquação da energiaCondições de contornoMétodo da Fronteira ImersaMétodo Pseudoespectral de FourierEnergy equationBoundary conditionsImmersed boundary MethodFourier pseudospectral methodCNPQ::ENGENHARIAS::ENGENHARIA MECANICAA novel methodology combining Fourier pseudospectral and immersed boundary methods - IMERSPEC - has been developed for heat transfer problems, using Navier-Stokes, mass conservation and energy equations for incompressible flows. The numerical algorithm consists of a Fourier pseudospectral collocation method, used for flow solution and thermal heat transfer, while the immersed boundary method (multi-direct forcing method) is used only to apply the thermal boundary conditions. The IMERSPEC methodology has been developed in the fluid mechanic laboratory (MFLab) to solve isothermal fluid flows problems. In the present work, a new formulation for first (Dirichlet), second (Neumann) and third (Robin) boundary conditions types is proposed. The verification and validation of the methodology are presented for every boundary conditions and the results show a good agreement with the literature. Furthemore, the methodology convergence when applied to mathematical problems with synthesized analytical solutions shows accuracy machine and four order to rate of convergence for non coincidents nodes. Whilst for physical problems, the presented methodology provides second order rate of convergence for the energy equation and the Navier-Stokes equations. The computational cost has been analyzed and it is shown that runtime presents Nlog2N order, expected result to Fourier methodDoutor em Engenharia MecânicaUma nova metodologia de modelagem matemática combinando os métodos de fronteira imersa e pseudoespectral de Fourier - IMERSPEC - foi desenvolvida para problemas de transferência de energia térmica, usando as equações de Navier-Stokes, a equação de balanço de massa e a equação de balanço de energia para escoamentos incompressíveis. O algoritmo numérico consiste do método de colocação pseudoespectral de Fourier, usado para a solução do escoamento e transferência de energia térmica, enquanto que o método da fronteira imersa (método de múltiplas forçagens) é usado apenas para aplicar as condições de contorno térmicas. A metodologia IMERSPEC foi desenvolvida no laboratório de mecânica dos fluidos (MFLab) para resolver problemas em escoamentos isotérmicos de fluidos. No presente trabalho, é proposta uma nova formulação para as condições de contorno de primeira espécie (Dirichlet), segunda espécie (Neumann) e terceira espécie (Robin). A verificação e validação da metodologia são apresentadas para todas as condições de contorno e mostraram boa concordância com a literatura. Além disso, a convergência da metodologia quando aplicada a problemas matemáticos com soluções analíticas sintetizadas forneceu acurácia em nível de erro de máquina, e taxa de convergência de ordem quatro para pontos não coincidentes. Para problemas físicos, a metodologia apresentada propicia obtenção de taxa de convergência de segunda ordem para a equação da energia e para as equações de Navier-Stokes. O custo computacional foi analisado e mostrou que a metodologia apresenta ordem Nlog2N, resultado esperado para o método de FourierUniversidade Federal de UberlândiaBRPrograma de Pós-graduação em Engenharia MecânicaEngenhariasUFUMariano, Felipe Pamplonahttp://buscatextual.cnpq.br/buscatextual/visualizacv.do?id=K4211708U9Silveira Neto, Aristeu dahttp://buscatextual.cnpq.br/buscatextual/visualizacv.do?id=K4781876D5&dataRevisao=nullPadilla, Elie Luis Martínezhttp://buscatextual.cnpq.br/buscatextual/visualizacv.do?id=K4703731A7Guimarães, Gilmarhttp://buscatextual.cnpq.br/buscatextual/visualizacv.do?id=K4783806Y6Gasche, José Luizhttp://buscatextual.cnpq.br/buscatextual/visualizacv.do?id=K4798091D8Souza, Leandro Franco dehttp://buscatextual.cnpq.br/buscatextual/visualizacv.do?id=K4705250U6Serfaty, Ricardohttp://buscatextual.cnpq.br/buscatextual/visualizacv.do?id=K4632938H2Kinoshita, Denise2016-06-22T18:39:45Z2015-04-302016-06-22T18:39:45Z2015-04-09info:eu-repo/semantics/publishedVersioninfo:eu-repo/semantics/doctoralThesisapplication/pdfapplication/pdfapplication/pdfapplication/pdfKINOSHITA, Denise. Development and implementation of the merging of thermal immersed boundary and Fourier pseudospectral methodologies. 2015. 164 f. Tese (Doutorado em Engenharias) - Universidade Federal de Uberlândia, Uberlândia, 2015. DOI https://doi.org/10.14393/ufu.te.2015.58https://repositorio.ufu.br/handle/123456789/14761https://doi.org/10.14393/ufu.te.2015.58porinfo:eu-repo/semantics/openAccessreponame:Repositório Institucional da UFUinstname:Universidade Federal de Uberlândia (UFU)instacron:UFU2021-03-03T15:17:50Zoai:repositorio.ufu.br:123456789/14761Repositório InstitucionalONGhttp://repositorio.ufu.br/oai/requestdiinf@dirbi.ufu.bropendoar:2021-03-03T15:17:50Repositório Institucional da UFU - Universidade Federal de Uberlândia (UFU)false
dc.title.none.fl_str_mv Desenvolvimento e implementação da metodologia combinada fronteira imersa térmica e pseudoespectral de Fourier
Development and implementation of the merging of thermal immersed boundary and Fourier pseudospectral methodologies
title Desenvolvimento e implementação da metodologia combinada fronteira imersa térmica e pseudoespectral de Fourier
spellingShingle Desenvolvimento e implementação da metodologia combinada fronteira imersa térmica e pseudoespectral de Fourier
Kinoshita, Denise
Equação da energia
Condições de contorno
Método da Fronteira Imersa
Método Pseudoespectral de Fourier
Energy equation
Boundary conditions
Immersed boundary Method
Fourier pseudospectral method
CNPQ::ENGENHARIAS::ENGENHARIA MECANICA
title_short Desenvolvimento e implementação da metodologia combinada fronteira imersa térmica e pseudoespectral de Fourier
title_full Desenvolvimento e implementação da metodologia combinada fronteira imersa térmica e pseudoespectral de Fourier
title_fullStr Desenvolvimento e implementação da metodologia combinada fronteira imersa térmica e pseudoespectral de Fourier
title_full_unstemmed Desenvolvimento e implementação da metodologia combinada fronteira imersa térmica e pseudoespectral de Fourier
title_sort Desenvolvimento e implementação da metodologia combinada fronteira imersa térmica e pseudoespectral de Fourier
author Kinoshita, Denise
author_facet Kinoshita, Denise
author_role author
dc.contributor.none.fl_str_mv Mariano, Felipe Pamplona
http://buscatextual.cnpq.br/buscatextual/visualizacv.do?id=K4211708U9
Silveira Neto, Aristeu da
http://buscatextual.cnpq.br/buscatextual/visualizacv.do?id=K4781876D5&dataRevisao=null
Padilla, Elie Luis Martínez
http://buscatextual.cnpq.br/buscatextual/visualizacv.do?id=K4703731A7
Guimarães, Gilmar
http://buscatextual.cnpq.br/buscatextual/visualizacv.do?id=K4783806Y6
Gasche, José Luiz
http://buscatextual.cnpq.br/buscatextual/visualizacv.do?id=K4798091D8
Souza, Leandro Franco de
http://buscatextual.cnpq.br/buscatextual/visualizacv.do?id=K4705250U6
Serfaty, Ricardo
http://buscatextual.cnpq.br/buscatextual/visualizacv.do?id=K4632938H2
dc.contributor.author.fl_str_mv Kinoshita, Denise
dc.subject.por.fl_str_mv Equação da energia
Condições de contorno
Método da Fronteira Imersa
Método Pseudoespectral de Fourier
Energy equation
Boundary conditions
Immersed boundary Method
Fourier pseudospectral method
CNPQ::ENGENHARIAS::ENGENHARIA MECANICA
topic Equação da energia
Condições de contorno
Método da Fronteira Imersa
Método Pseudoespectral de Fourier
Energy equation
Boundary conditions
Immersed boundary Method
Fourier pseudospectral method
CNPQ::ENGENHARIAS::ENGENHARIA MECANICA
description A novel methodology combining Fourier pseudospectral and immersed boundary methods - IMERSPEC - has been developed for heat transfer problems, using Navier-Stokes, mass conservation and energy equations for incompressible flows. The numerical algorithm consists of a Fourier pseudospectral collocation method, used for flow solution and thermal heat transfer, while the immersed boundary method (multi-direct forcing method) is used only to apply the thermal boundary conditions. The IMERSPEC methodology has been developed in the fluid mechanic laboratory (MFLab) to solve isothermal fluid flows problems. In the present work, a new formulation for first (Dirichlet), second (Neumann) and third (Robin) boundary conditions types is proposed. The verification and validation of the methodology are presented for every boundary conditions and the results show a good agreement with the literature. Furthemore, the methodology convergence when applied to mathematical problems with synthesized analytical solutions shows accuracy machine and four order to rate of convergence for non coincidents nodes. Whilst for physical problems, the presented methodology provides second order rate of convergence for the energy equation and the Navier-Stokes equations. The computational cost has been analyzed and it is shown that runtime presents Nlog2N order, expected result to Fourier method
publishDate 2015
dc.date.none.fl_str_mv 2015-04-30
2015-04-09
2016-06-22T18:39:45Z
2016-06-22T18:39:45Z
dc.type.status.fl_str_mv info:eu-repo/semantics/publishedVersion
dc.type.driver.fl_str_mv info:eu-repo/semantics/doctoralThesis
format doctoralThesis
status_str publishedVersion
dc.identifier.uri.fl_str_mv KINOSHITA, Denise. Development and implementation of the merging of thermal immersed boundary and Fourier pseudospectral methodologies. 2015. 164 f. Tese (Doutorado em Engenharias) - Universidade Federal de Uberlândia, Uberlândia, 2015. DOI https://doi.org/10.14393/ufu.te.2015.58
https://repositorio.ufu.br/handle/123456789/14761
https://doi.org/10.14393/ufu.te.2015.58
identifier_str_mv KINOSHITA, Denise. Development and implementation of the merging of thermal immersed boundary and Fourier pseudospectral methodologies. 2015. 164 f. Tese (Doutorado em Engenharias) - Universidade Federal de Uberlândia, Uberlândia, 2015. DOI https://doi.org/10.14393/ufu.te.2015.58
url https://repositorio.ufu.br/handle/123456789/14761
https://doi.org/10.14393/ufu.te.2015.58
dc.language.iso.fl_str_mv por
language por
dc.rights.driver.fl_str_mv info:eu-repo/semantics/openAccess
eu_rights_str_mv openAccess
dc.format.none.fl_str_mv application/pdf
application/pdf
application/pdf
application/pdf
dc.publisher.none.fl_str_mv Universidade Federal de Uberlândia
BR
Programa de Pós-graduação em Engenharia Mecânica
Engenharias
UFU
publisher.none.fl_str_mv Universidade Federal de Uberlândia
BR
Programa de Pós-graduação em Engenharia Mecânica
Engenharias
UFU
dc.source.none.fl_str_mv reponame:Repositório Institucional da UFU
instname:Universidade Federal de Uberlândia (UFU)
instacron:UFU
instname_str Universidade Federal de Uberlândia (UFU)
instacron_str UFU
institution UFU
reponame_str Repositório Institucional da UFU
collection Repositório Institucional da UFU
repository.name.fl_str_mv Repositório Institucional da UFU - Universidade Federal de Uberlândia (UFU)
repository.mail.fl_str_mv diinf@dirbi.ufu.br
_version_ 1813711775156142080