2PFG/DE/FEM/UNICAMP – FUNDAMENTOS EM CFD jan-14 Prof. Dr. Ricardo Augusto Mazza1 INTRODUÇÃO AO CFD Prof. Dr. Ricardo A. Mazza 2PFG/DE/FEM/UNICAMP.

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2 2PFG/DE/FEM/UNICAMP – FUNDAMENTOS EM CFD jan-14 Prof. Dr. Ricardo Augusto Mazza2 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.

3 2PFG/DE/FEM/UNICAMP – FUNDAMENTOS EM CFD jan-14 Prof. Dr. Ricardo Augusto Mazza3 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).

4 2PFG/DE/FEM/UNICAMP – FUNDAMENTOS EM CFD jan-14 Prof. Dr. Ricardo Augusto Mazza4 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

5 2PFG/DE/FEM/UNICAMP – FUNDAMENTOS EM CFD jan-14 Prof. Dr. Ricardo Augusto Mazza5 Aspectos 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.

6 2PFG/DE/FEM/UNICAMP – FUNDAMENTOS EM CFD jan-14 Prof. Dr. Ricardo Augusto Mazza6 Aspectos 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.

7 2PFG/DE/FEM/UNICAMP – FUNDAMENTOS EM CFD jan-14 Prof. Dr. Ricardo Augusto Mazza7 Exemplos Túnel de vento virtual Escoamentos ambientais; Rotores de Bombas;

8 2PFG/DE/FEM/UNICAMP – FUNDAMENTOS EM CFD jan-14 Prof. Dr. Ricardo Augusto Mazza8 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.

9 2PFG/DE/FEM/UNICAMP – FUNDAMENTOS EM CFD jan-14 Prof. Dr. Ricardo Augusto Mazza9 Objetivos 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.

10 2PFG/DE/FEM/UNICAMP – FUNDAMENTOS EM CFD jan-14 Prof. Dr. Ricardo Augusto Mazza10 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: MÉTODOS NUMÉRICOS PACOTE & FORTRAN FUNDAMENTOS EM: MEC FLU & TRANS CAL

11 2PFG/DE/FEM/UNICAMP – FUNDAMENTOS EM CFD jan-14 Prof. Dr. Ricardo Augusto Mazza11 Softwares Comerciais de CFD www.fluent.com www.cfdrc.com www.flow3d.com www.ansys.com/Products/cfx.asp/ www.cfd-online.com

12 2PFG/DE/FEM/UNICAMP – FUNDAMENTOS EM CFD jan-14 Prof. Dr. Ricardo Augusto Mazza12 Parabolic Hyperbolic Or Elliptic Numerical Integration Code Series P H O E N I C S PHOENICS PHOENICS The Computational Fluid Dynamics Experience www.cham.co.uk www.fem.unicamp.br/~phoenics A ferramenta

13 2PFG/DE/FEM/UNICAMP – FUNDAMENTOS EM CFD jan-14 Prof. Dr. Ricardo Augusto Mazza13 Phoenics 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.

14 2PFG/DE/FEM/UNICAMP – FUNDAMENTOS EM CFD jan-14 Prof. Dr. Ricardo Augusto Mazza14 Características 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.

15 2PFG/DE/FEM/UNICAMP – FUNDAMENTOS EM CFD jan-14 Prof. Dr. Ricardo Augusto Mazza15 Cronologia 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 3.1The introduction of "Virtual-Reality" Developments 1995-1996 Developments 1993-1994 Developments 1992-1993 Early versions of PHOENICS,Early versions of PHOENICS

16 2PFG/DE/FEM/UNICAMP – FUNDAMENTOS EM CFD jan-14 Prof. Dr. Ricardo Augusto Mazza16 Estrutura do PHOENICS PHOTON AUTOPLOT RESULT PHI XYZ PÓS PROCESSAMENTO: Apresentação Resultados Satellite EARDAT q1 Earth GREX (ground examples) GRND (user code) Arquivos FORTRAN PRÉ PROCESSAMENTO :Definição Problema MAIN: simulação VR VIEWER NotePad PIL / FORTRAN

17 2PFG/DE/FEM/UNICAMP – FUNDAMENTOS EM CFD jan-14 Prof. Dr. Ricardo Augusto Mazza17 Estrutura 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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21 2PFG/DE/FEM/UNICAMP – FUNDAMENTOS EM CFD jan-14 Prof. Dr. Ricardo Augusto Mazza21 FIM !