Simulação numérica de escoamento viscoso em duto retangular com superfície livre utilizando SPH e Diferenças Finitas

Código

III-FLUHIDROS0128

Autores

Arquimedes Almeida Junior, JOEL ROBERTO GUIMARÃES VASCO, Artur Vieira de Carvalho Costa

Tema

02 - Modelagem física e numérica de escoamentos em estruturas hidráulicas

Resumo

O escoamento viscoso transiente em dutos retangulares com superfície livre é governado pela equação de difusão de quantidade de movimento. Este trabalho apresenta a simulação numérica desse escoamento por dois métodos: o Smoothed Particle Hydrodynamics (SPH), método lagrangiano sem malha, e o Método de Diferenças Finitas (MDF), método euleriano baseado em malha. As simulações foram realizadas em domínio bidimensional com Re = 100, adotando a solução analítica de Fourier duplo com decaimento exponencial como referência de verificação. As condições de contorno são não-deslizamento nas paredes sólidas e gradiente nulo de velocidade na superfície livre; a integração temporal foi realizada pelo método de Euler explícito com critério de estabilidade de Von Neumann. O SPH apresentou suavização nos perfis de velocidade junto às fronteiras e desvio percentual de 1,62%, enquanto as MDF reproduziram o comportamento analítico com desvio percentual de 0,003%, diferença de aproximadamente três ordens de grandeza atribuída ao tratamento das condições de contorno. Para domínios fixos, as MDF mostram-se significativamente mais acuradas; o SPH, por sua vez, justifica-se em problemas com deformação ativa da interface, onde a abordagem lagrangiana é estruturalmente mais adequada.