Numerical simulation and validation of laminar flow through a 2D pipe using computational fluid dynamics
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Universidade Federal de Minas Gerais
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Simulação numérica e validação de escoamento laminar através de um tubo 2D utilizando dinâmica de fluidos computacional
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Resumo
In modern times, there has been a significant increase in the use of software to simulate fluid dynamics. There exist a variety of closed-source software packages that are utilized for both modeling and simulating fluid behavior. These proprietary programs have become increasingly common and are widely utilized in numerous industries that require advanced simulations. This work focuses on the use of a commercial software package designed for computational fluid dynamics (CFD) problems to model laminar flow through a pipe, with the objective of gaining a deeper understanding of the dynamic structures and interactions that occur within the laminar flow. In this paper, an accurate computation of two-dimensional flow is performed using the Time Volume Element Methodology. A grid sensitivity analysis with Richardson extrapolation is conducted to determine the grid-independent solutions, ensuring that the results obtained are reliable and accurate. The findings of this study suggest that the relationship between various parameters, such as velocity and pressure, is heavily influenced by the position and shape of the pipe through which the flow occurs. The investigation utilized a grid sensitivity analysis with Richardson extrapolation to determine the percentage error between the analytical and grid-independent solutions for different parameters, revealing that the errors are on the order of 10-1%.
Abstract
Nos tempos modernos, houve um aumento significativo no uso de software para simular a dinâmica de fluidos. Existe uma variedade de pacotes de software de código fechado que são utilizados para modelar e simular o comportamento de fluidos. Esses programas proprietários tornaram-se cada vez mais comuns e são amplamente utilizados em vários setores que exigem simulações avançadas. Este trabalho foca no uso de um pacote de software comercial projetado para problemas de dinâmica de fluidos computacional (CFD) para modelar o escoamento laminar através de uma tubulação, com o objetivo de obter uma compreensão mais profunda das estruturas dinâmicas e interações que ocorrem dentro do escoamento laminar. Neste artigo, um cálculo preciso do fluxo bidimensional é realizado usando a Metodologia de Elementos de Volume de Tempo. Uma análise de sensibilidade da rede com extrapolação de Richardson é conduzida para determinar as soluções independentes da rede, garantindo que os resultados obtidos sejam confiáveis e precisos. As descobertas deste estudo sugerem que a relação entre vários parâmetros, como velocidade e pressão, é fortemente influenciada pela posição e formato do tubo através do qual ocorre o fluxo. A investigação utilizou uma análise de sensibilidade da grade com extrapolação de Richardson para determinar o erro percentual entre as soluções analíticas e independentes da grade para diferentes parâmetros, revelando que os erros são da ordem de 10-1%
Assunto
Dinâmica dos fluidos, Fluidodinâmica computacional, Software, Química
Palavras-chave
ANSYS, Thermal Analysis, CFD
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https://ojs.brazilianjournals.com.br/ojs/index.php/BRJD/article/view/64089