Simulação de escoamentos incompressíveis nâo-isotérmicos pelo método de elementos finitos com função de penalidade

Abstract

Foi elaborado um programa para a simulação de escoamentos incompressíveis transientes laminares com ou sem transferência de calor. O programa foi baseado na formulação variacional das equações de Navier-Stokes com o emprego da função de penalidade. Para a discretização espacial das equações variacionais foi empregado o método de elementos finitos com integração reduzida seletiva do termo de penalidade. 0 programa é capaz de simular escoamentos em domínios bidimensionais multiplamente conexos e de geometria complexa. Para a discretização no tempo foi implementado um esquema genérico que possibilita a opção do método a ser utilizado, do implícito ao totalmente explicito. O programa, destinado a simulação de escoamentos transientes, pode também ser empregado para a obtenção de soluções de regime permanente, segundo a técnica de avanço no tempo- feita uma análise das características e limitações do programa baseada na simulação, de dois problemas-tipo: escoamento não-isotérmico em cavidade e o escoamento aberto em torno de um cilindro.

A simulation program has been elaborated for laminar incompressible transient flows including or not heat transfer. The program was based in the variational formulation of the Navier-Stokes equations employing the penalty function. As for the special discretization of the variational equations it was employed the finite element with selective reduced integration of the penalty term. The program is capable of simulating flows is multiply connected bidimensional domains with complex geometry. For time discretization it was outlined a general scheme that makes possible to choose the method from implicit to totally explicit. Although the program was designed for transient flows simulation, it may also be used to attain the steady state solution using the time marching technic. Analysis of the characteristics of two standard problems: the non-isothermal cavity flow and the open flow past a cilinder.