Fluidodinmica Computacional CFD CFD Computational Fluid Dynamics como

Fluidodinâmica Computacional (CFD) CFD (Computational Fluid Dynamics), como é comumente conhecida a fluidodinâmica computacional, fornece previsões quantitativas do fenômeno de escoamento de fluidos, que ocorrem sob condições definidas em termos de: • 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).

Aspectos Positivos • Simulações são freqüentemente mais baratas e mais rapidamente produzidas que método de “tentativa & erro”; • permitem que os parâmetros fornecidos sejam facilmente variados em uma larga faixa, simplificando a otimização e o projeto de equipamentos e evitando transtornos operacionais; • evitam a necessidade de emprego de técnicas de scale-up; • podem fornecer informações mais detalhadas do que as possíveis de serem obtidas através de medidas; • 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.

Aspectos não-Positivos Os resultados de CFD não são 100% realistas. Isto porque: • por razões econômicas, são normalmente utilizados poucos instantes de tempo e porções do espaço na simulação; • os dados de entrada (geometria, propriedades do fluido) normalmente são aproximados; • as condições iniciais e de contorno representam a situação real muito cruamente; • o escoamento pode envolver fenômenos (turbulência, radiação ou escoamento multifásico) que ainda não são perfeitamente representados pelas atuais teorias científicas; • limitações dos métodos numéricos.

Aplicações de CFD consiste em utilizar métodos computacionais para a predição quantitativa das características de escoamentos, incluindo: · transferência de calor; · transferência de 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.

Campo de velocidade num jato Grade e contorno de pressão numa cascada 2 -D Campo de pressão num automóvel Perfil de concentração de gases

Cuidado com a mágica da CFD ! CFD não pode ser usado como uma “caixa-preta”! Corolário: CFD não é Color Fluid Dynamics! 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.

COMMENTS • VR is almost self-explained, the icon language helps a lot the students to get used with the PHOENICS environment. • Some times there are ‘over-shuts’. The beginners over optimism turn in a excess of self confidence: they already can do any thing with the package:

OBJETIVOS DO CURSO Dar uma introdução à Mecânica dos Fluidos Computacional por meio da utilização do pacote comercial PHOENICS, através disto o curso pretende: • Familiarizar o aluno no PHOENICS dando capacidade de formular problemas simples; • Introduzir conceitos básicos de métodos numéricos; • Rever alguns conceitos básicos de mecânica dos fluidos e transferência de calor; • Apresentar a linguagem FORTRAN; CONCLUINDO: este curso não é o fim mas o começo para quem pretende ser introduzido numa área nova e com grande demanda de pessoas.

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: PACOTE & FORTRAN MÉTODOS NUMÉRICOS FUNDAMENTOS EM: MEC FLU & TRANS CAL • Requer também muita prática, isto é, só se aprende fazendo.

HOW LONG DOES IT TAKE TO GET GOOD AT PHOENICS? • The five day training was quite challenging to a person who never heard about PHOENICS! • Some advice when there are so much information: “let PHOENICS shovel into you” knowledge Stayed here for nearly 12 months! time THE ONE WEEK COURSE AND THE ‘S’ CURVE

MAKING UP TO THE ONE-WEEK COURSE • After a period of one year I realized that was said about PHOENICS was enough for a start. • I also concluded: to learn PHOENICS is necessary to put the hands on. • With a minimum knowledge to walk around within PHOENICS you start make your own ‘numerical experiences’: I think it should work this way. Does it work the way I though? • Every affirmative answer is another brick on the wall.

NUMERICAL EXPERIENCES. . .

WHAT IS THE MINIMUM KNOWLEDGE? Natural phenomenon Physical modeling Numerical schemes Software: PHOENICS Crunching number machine Analyzing if the output makes sense output • It is quite difficult to draw a dividing line between the software and the human interface. • They are strongly coupled and interplay at all stages of the process • Therefore to get acquaintance with PHOENICS is necessary to have fundamental knowledge on the 3 topics within the triangle.

Softwares Comerciais de CFD • CFD codes list - commercial product: icemcfd. com/cfd/CFD_codes_c. html • Pacotes comerciais que utilizam Volumes Finitos & FORTRAN www. cd-adapco. com www. fluent. com http: //www. flow 3 d. com/# http: //www. ansys. com/Products/cfx. asp • Sites de Referência http: //www. cfd-online. com Referências em CFD http: //ad-www. larc. nasa. gov/tsab/cfdlarc/

O que é o PHOENICS: http: //www. cham. co. uk/ · PHOENICS é uma sigla que significa: Parabolic, Hiperbolic and Elliptic Numerical Integration Code Series ; · Ele surgiu das ‘cinzas’ de diversos códigos anteriores dedicados a problemas específicos; · Ele é um código geral para simular escoamentos monofásicos ou bifásicos, tranferência de calor e massa, fenômenos de reações químicas e interações fluido e sólido

Professor Bryan Spalding

Desenvolvimento do Pacote Versions of PHOENICS • PHOENICS-81 with subsequent minor updates, has been available since 1981, and is still in use. • PHOENICS-84 was issued at the end of 1984. It differed from PHOENICS- 81 both in its input procedures and its range of applications; and it set the style for subsequent developments. • Subsequent versions include: • PHOENICS 2. 1 of December 1994 • PHOENICS 1. 4 of May 1987, • PHOENICS 2. 2 of January 1996, • PHOENICS 1. 5 of October 1989 • PHOENICS 3. 0 of December 1998 • PHOENICS 3. 1 and 3. 2 during 1999 • PHOENICS 1. 6 of Spring 1991 • PHOENICS 3. 2 year 2000. • PHOENICS 1. 6. 6 of December 1992 • PHOENICS 3. 5 year 2002. • PHOENICS 3. 6 year 2004. PHOENICS 2. 0 of December 1993 • PHOENICS 2006. •

Informações Quantitativas do PHOENICS • PHOENICS is written in standard ANSI FORTRAN 77 for maximum portability. • PHOENICS contains approximately 110, 000 statements, arranged in about 2000 subroutines. • The EARTH program occupies about 1 megabyte of (32 -bit-word) memory depending on the user-selected problem size. • PHOENICS is operational on most main-frame, mini-computers and • work-stations including: Cray, DEC, Hewlett-Packard, IBM, Silicon Graphics, Sun and several parallel-processor computers. • Personal-computer versions are increasingly popular.

Estrutura Geral de Arquivos • PHOENICS has a ‘planetary’ arrangement, with a central core of subroutines called EARTH, and a • SATELLITE program, which accepts inputs through the Virtual Reality (VR) interface or otherwise, which correspond to a particular flow simulation. • EARTH and SATELLITE are distinct programs. • SATELLITE is a data-preparation program; it writes a data file which EARTH reads. • PHOENICS users work mainly with SATELLITE, but they can access EARTH also in controlled ways. • GROUND is the EARTH subroutine which users access when incorporating special features of their own.

Esquemático das Três Principais Funções do PHOENICS Note. Pad PIL / FORTRAN MENU v 2. 0 Virtual Reality v 3. 0 VR VIEWER q 1 Satellite EARDAT Earth RESULT PHI XYZ PHOTON AUTOPLOT GREX (ground examples) Arquivos FORTRAN PRÉ PROCESSAMENTO: Definição Problema GRND (user code) MAIN: simulação PÓS PROCESSAMENTO: Apresentação Resultados

Como se familiarizar com o PHOENICS? POLIS - PHOENICS On Line Information System • Lectures • Tutorials • Workshop • Case Examples (System Lybrary) • PHOENICS Encyclopedia

POLÍTICA DE USO • Quem comprou o PHOENICS? A CPG-FEM por meio de um processo licitatório. • Quem forneceu o software? A CHAM por intermédio de seu representante no Brasil, CHEMTECH- www. chemtech. com. br. • Qual é o tipo de licença? Acadêmica, isto é, não pode ser utilizada para fins comerciais. Existe um termo de compromisso assinado e pode ser utilizado judicialmente. • Em quantas máquinas pode ser instalado? Em quantas quiserem. A licença não tem limite para o número de usuários desde que sejam da FEM. • Por quanto tempo vale a versão 3. 3 adquirida? A licença é perpétua. • Como solicitar instalação? As solicitações devem ser em grupo, se possível. Cada grupo de máquinas terá um código de grupo fornecido pela CHAM. Ele será solicitado pela FEM diretamente à CHAM. As máquinas deverão pertencer à FEM e estarem fisicamente presentes na FEM. Uma vez com o ‘unlocking string’ o SIFEM procederá a instalação. • Qual é o perfil da máquina? Pentium III com no mínimo 128 MB de RAM. Windows 95/98 ou NT. Deverá também ser instalado o Compac FORTRAN.

PHOENICS SOURCES OF INFORMATION • PHOENICS Encyclopedia • Documentation – TRs – Download for class use: • Starting with PHOENICS-VR; TR 324 • The PHOENICS-VR reference guide; TR 326 • Material properties in PHOENICS; TR 004 • In-Form; TR 003 • Tutorials – self learning tips – It will be used in class #3 thru #8 • PHOENICS FORUM – CFD online – If everything goes wrong try the forum; maybe somebody with a similar problem will help you!

Outros Pacotes de CFD que utilizam Volumes Finitos www. fluent. com http: //www. flow 3 d. com/# www. cd-adapco. com http: //www. ansys. com/Products/cfx. asp OPEN FOAM http: //www. openfoam. com/