Fluidodin

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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).

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COMO SÃO FEITAS AS PREVISÕES?
CFD

• Computam as diferenças nos balanços de massa,
  momento e energia em um grande número de
  elementos de volume, nos quais o domínio do
  escoamento é subdividido
• sistematicamente ajustam as respectivas variáveis
  do escoamento (temperatura, pressão, velocidades,
  etc) até os balanços serem atingidos em todos os
  volumes
• apresentam e/ou imprimem os valores dos
  resultados.

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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.

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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.

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Aplicações de CFD

• 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.

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Campo de pressão num automóvel
Campo de velocidade num jato
Grade e contorno de pressão numa cascada 2-D
Perfil de concentração de gases
7
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.

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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

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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.

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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

• Requer também muita prática, isto é, só se
  aprende fazendo.

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THE ONE WEEK COURSE AND THE S CURVE
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

Stayed here for nearly 12 months!
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MAKING UP TO THE ONE-WEEK COURSE

• After a period of one year I realized that what
  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.

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NUMERICAL EXPERIENCES...
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WHAT IS THE MINIMUM KNOWLEDGE?

• 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.

Analyzing if the output makes sense
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Softwares Comerciais de CFD

• CFD codes list - commercial product
  icemcfd.com/cfd/CFD_codes_c.html
• Pacotes comerciais que utilizam Volumes Finitos
  FORTRAN

• Sites de Referência

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O que é o PHOENICS

• 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

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Professor Bryan Spalding
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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 1.4 of May 1987,
• PHOENICS 1.5 of October 1989
• PHOENICS 1.6 of Spring 1991
• PHOENICS 1.6.6 of December 1992
• PHOENICS 2.0 of December 1993

• PHOENICS 2.1 of December 1994
• PHOENICS 2.2 of January 1996,
• PHOENICS 3.0 of December 1998
• PHOENICS 3.1 and 3.2 during 1999
• PHOENICS 3.2 year 2000.
• PHOENICS 3.5 year 2002.
• PHOENICS 3.6 year 2004.
• PHOENICS 2006.

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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.

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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.

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Esquemático das Três Principais Funções do
PHOENICS
NotePad PIL / FORTRAN
MENU v 2.0
Virtual Reality v 3.0
VR VIEWER
PÓS PROCESSAMENTO Apresentação Resultados
PRÉ PROCESSAMENTODefinição Problema
MAIN simulação
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Como se familiarizar com o PHOENICS?

• POLIS - PHOENICS On Line Information System
• Lectures
• Tutorials
• Workshop
• Case Examples (System Lybrary)
• PHOENICS Encyclopedia

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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.

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(No Transcript)
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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!

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Outros Pacotes de CFD que utilizam Volumes Finitos
OPEN FOAM http//www.openfoam.com/