Mecânica dos Fluidos Computacional I

Ano
1
Ano lectivo
2022-2023
Código
03005162
Área Científica
Hidráulica, Recursos Hídricos e Ambiente
Língua de Ensino
Português
Modo de Ensino
Presencial
Duração
Semestral
Créditos ECTS
6.0
Tipo
Opcional
Nível
3º Ciclo - Doutoramento

Conhecimentos de Base Recomendados

Mecânica de Fluidos e Métodos Numéricos.

Métodos de Ensino

As aulas teóricas, nas quais é exposta a teoria fundamental, recorrendo a meios audiovisuais (“Slideshows”, gráficos e animações) acompanhada da resolução de alguns problemas ilustrativos, serão complementadas com secções no laboratório de informática, de forma que o estudante adquira alguma experiência com a aplicação das técnicas numéricas. O principal objectivo destas secções de laboratório é o de implementar os esquemas numéricos expostos nas aulas teóricas na resolução de alguns problemas do âmbito da engenharia hidráulica. As primeiras secções de laboratório serão destinadas a rever noções de Fortran 90. No final de cada laboratório será proposto um trabalho para o aluno realizar fora do tempo lectivo. Esse trabalho de programação incidirá na aplicação dos principais conceitos introduzidos em cada módulo.

Resultados de Aprendizagem

Esta unidade curricular constitui a 1ª parte de um curso de Mecânica de Fluidos Computacional a ser leccionado em dois semestres. Os módulos têm por objetivo o estudo de técnicas numéricas que permitam, após a formulação dos problemas com base nos princípios de conservação fundamentais, efectuar a sua resolução numérica. Este 1º módulo pretende fornecer uma sólida formação nas técnicas de discretização numérica tradicionais e aprofundar todos os passos na definição e desenvolvimento de um processo de simulação numérica.

No final desta unidade curricular os alunos deverão estar aptos a:

- Compreender que os princípios de conservação podem ser expressos a partir de equações diferenciais que descrevem os mecanismos de transporte relevantes (convecção, difusão, dispersão).

- Conhecer diferentes métodos alternativos de discretização espacial e temporal para a resolução das equações de Navier-Stokes/Euler.

- Implementar modelos matemáticos em programas em linguagem Fortran.

- Compreender os modelos e hipóteses em que assenta a modelação da turbulência para o fechamento das equações de Reynolds.

Estágio(s)

Não

Programa

- Equações fundamentais que governam os escoamentos dos fluidos
- Aproximações e equações simplificadas
- Introdução à formulação numérica dos problemas de escoamento de fluidos
- Métodos de discretização. Métodos de diferenças finitas e de volumes finitos. Introdução ao método dos elementos finitos.
- Aproximação com diferenças finitas. Consistência, Estabilidade e Convergência.
- Natureza matemática das equações que governam os escoamentos de fluidos.
- Equação geral de transporte escalar. Problemas de difusão pura, convecção pura, convecção / difusão e equações de ondas. Aplicações nos domínios de qualidade da água e modelação de escoamentos subterrâneos em meios permeáveis.
- Discretização das equações de Navier-Stokes para escoamentos incompressíveis.
- Introdução à simulação numérica de escoamentos turbulentos.

Docente(s) responsável(eis)

José Manuel de Eça Guimarães de Abreu

Métodos de Avaliação

Contínua
Exame: 50.0%
Trabalhos efectuados ao longo do semestre : 50.0%

Bibliografia

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Anderson, J., Computational Fluid Dynamics, McGraw-Hill, 1995.

Chapra, S. C. Surface water-quality modeling, WCB/McGraw-Hill, 1997.

Schlichting, H. and Gersten, K., Boundary layer theory, 8th Edition, Springer-Verlag,1999.
 
Pope, S.B., Turbulent flows, Cambridge University Press,  2000.

Wilcox, D.C., Turbulence modelling for CFD, 2nd Edition, DCW Industries, 1998.