Dissertação

{en_GB=Numerical Analysis of a Free Falling Wedge into Calm Water} {} EVALUATED

{pt=Neste trabalho é apresentado um exercício de validação de um modelo matemático para o impacto de uma cunha bidimensional com 25º de ângulo de elevação baseado nos resultados experimentais obtidos por Lewis et al. (2010). Antes do processo de validação foi realizada uma análise às propriedades de convergência da solução numérica e determinada a influência da aproximação da derivada temporal, das dimensões do domínio e do tipo de malha, com o objetivo de reduzir a incerteza numérica. O modelo matemático utilizado assume fluidos incompressíveis, escoamento bi-dimensional e não inclui efeitos de tensão superficial e atrito na superfície da cunha sendo o fluido uma mistura de água e ar determinada pelo método Volume of Fluid (VOF). Foi verificada a existência de um desfasamento temporal entre os resultados numéricos e experimentais nos resultados obtidos para a evolução da pressão e da aceleração. Apesar deste desfasamento, verificou-se que os resultados numéricos e experimentais para as pressões máximas estão bastante próximos. Verificou-se também que isto acontecia para o tempo entre os valores máximos de pressão. No entanto, verificaram-se grandes diferenças relativamente à aceleração. No primeiro capítulo deste trabalho é apresentada a motivação para o mesmo e uma revisão de trabalhos anteriormente realizados. No segundo é descrito o modelo matemático utilizado. No terceiro e quarto são apresentados os resultados para o estudo de convergência e sensibilidade da solução numérica. O exercício de validação é apresentado no quinto capítulo. Por último, são referidas as conclusões e possíveis desenvolvimentos no sexto., en=In the present work a validation of a mathematical model for the impact of a bi-dimensional wedge with 25º deadrise angle based on the experimental results of Lewis et al. (2010) is presented. Prior to the validation process, convergence studies and investigation on the influence of the temporal derivative approximations, domain dimensions and grid types were performed. The mathematical model assumes incompressible fluids, bi-dimensional flow and does not include surface tension effects and friction in the wedge surface, the fluid is a mixture of water and air with properties defined using the Volume of Fluid method (VOF). The existence of a time delay between the numerical and experimental results for both pressure and acceleration was detected. Besides this delay, the numerical peak pressure value for each sensor were very close to the experimental values. It was also possible to verify that the same happened for the decaying time of the maximum pressure in each sensor. However, great differences were encountered regarding the acceleration values. In the first chapter of this work is presented a motivation and a review of existing works in this field. The mathematical model is described in the second chapter. The results for the solution convergence and sensitivity studies are presented in the third and fourth chapters. In the fifth chapter the validation exercise results are shown. Conclusions and possible future work are drawn in the sixth and final chapter.}
{pt=CFD, Impactos em água, Cunha 2D simétrica, Volume of Fluid, Verificação e Validação, en=CFD, Water entry impact, Symmetric 2D wedge, Volume of Fluid, Verification & Validation}

novembro 24, 2017, 11:0

Publicação

Obra sujeita a Direitos de Autor

Orientação

ORIENTADOR

Luís Rego da Cunha de Eça

Departamento de Engenharia Mecânica (DEM)

Professor Auxiliar