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Type: Dissertação
Title: Algoritmos de integração temporal para solução adaptativa e paralela das equações de Navier-Stokes
Author(s)/Inventor(s): Canesin, Fábio César
Advisor: Coutinho, Alvaro L. G. A.
Abstract: Escoamentos turbulentos são dominantes em aplicações industriais e no cotidiano, devido às vantagens inerentes as características do escoamento e a dificuldade de manutenção de escoamentos no regime laminar. A simulação numérica de escoamentos turbulentos apresenta desafios intrínsecos em função do elevado custo computacional para representação das estruturas do escoamento e não linearidades presentes. Na literatura existem metodologias diversas para um tratamento analítico das contribuições de pequenas escalas com o objetivo de atingir um custo computacional aceitável aos recursos disponíveis. Uma das metodologias mais recentes é o modelo variacional multi-escala (VMS) que traz a vantagem de não necessitar de um processo de filtragem de escalas, bem como ser uma generalização de estabilizações do tipo Petrov-Galerkin em formulações de elementos finitos. O presente trabalho busca avaliar formulações VMS atuais para a equação incompressível de NavierStokes junto de métodos de marcha no tempo de integração retrograda (BDF) em primeira e segunda ordem quanto a qualidade dos resultados e desempenho computacional, tanto escalabilidade como consumo energético. Foi ainda utilizada a solução do sistema linear de forma livre da formação da matriz Jacobiana (JFNK). A implementação foi realizada utilizando a biblioteca de código livre libMesh, escrita em C++ a biblioteca oferece diversas facilidades para o desenvolvimento eficiente para computação de alto desempenho, as execuções foram realizadas no supercomputador Lobo Carneiro e no protótipo Mont-Blanc, que faz uso de tecnologias emergentes.
Abstract: Turbulent flows are dominant in industrial and everyday applications, due to the inherent advantages of flow characteristics and the difficulty of maintaining flow in the laminar regime. The numerical simulation of turbulent flows presents intrinsic challenges due to the high computational cost for representing the flow structures. In the literature there are several methodologies for an analytical characterization of the contribution of small scales with the objective of achieving a computational cost acceptable to the available resources. One of the most recent methodologies is the variational multi-scale modeling (VMS), which has the advantage of not requiring a filtering of small-scale effects as well as being a generalization of the Petrov-Galerkin stabilization in finite element formulations. The present work seeks to characterize the computational performance of the turbulent flows formulation with VMS modeling for the incompressible Navier-Stokes equations, the first and second order backward difference formulas (BDF) methods are compared, as well as the solution of the linear system using the Jacobian free Newton-Krylov (JFNK) technique and a semi-implicit strategy making use of the BDF discretization. The implementation of the studied reference case was performed using the opensource library libMesh, written in C ++ the library offers several facilities for efficient development of highperformance computing solvers.
Keywords: Engenharia civil
Método dos elementos finitos
Método variacional multi escala
Subject CNPq: CNPQ::ENGENHARIAS::ENGENHARIA CIVIL
Program: Programa de Pós-Graduação em Engenharia Civil
Production unit: Instituto Alberto Luiz Coimbra de Pós-Graduação e Pesquisa de Engenharia
Publisher: Universidade Federal do Rio de Janeiro
Issue Date: Jun-2017
Publisher country: Brasil
Language: por
Right access: Acesso Aberto
Appears in Collections:Engenharia Civil

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