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PROJETO DE INICIAÇÃO CIENTÍFICA
1 – Identificação do Projeto:
Título: "Fluidodinâmica Computacional Aplicada à Engenharia de Poços"
Coordenador: Professor Domingos Sávio das Virgens Alves
2 – Introdução:
A computação científica é considerada como o terceiro modo de fazer ciência, complementando a experimentação e a teoria. Trata-se do campo de estudo interessado em modelagem matemática e técnicas de solução numérica para resolver problemas científicos e de engenharia, usando computadores.
Programas para aplicação em computação científica modelam o mundo real, observando suas variáveis de estado, simulando, por exemplo, o clima, o fluxo de ar em torno de um avião, as distorções de um veículo em um acidente, o movimento das estrelas em uma galáxia, um artefato explosivo, etc. Tais programas criam uma estrutura lógica na memória do computador, onde cada item corresponde a uma área no espaço e contém informações sobre as propriedades relevantes para o modelo. O programa calcula o próximo estado provável com base no estado atual, seguindo uma marcha temporal, resolvendo equações que descrevem como o sistema funciona.
A fluidodinâmica computacional pode ser descrita, de forma generalizada, como a simulação de todos os processos físicos ou físico-químicos que apresentam escoamento. A predição dos campos de densidade, pressão, temperatura e propriedades turbulentas é efetuada através de modelos microscópicos baseados nos princípios de conservação de massa, energia e momento no domínio do espaço e do tempo que formam um sistema de equações diferenciais parciais conhecido como as equações de Navier-Stokes.
3 – Justificativa:
A simulação é usada por físicos, químicos e engenheiros para predizer o comportamento de um produto, processo ou material em determinadas condições assumidas ou aferidas. A importância das técnicas de simulação tem aumentado muito e podem-se citar várias razões para tal fato. Os custos do desenvolvimento de novos produtos são altos. Um modo de minimizar o risco de se encontrar casos de desempenho insatisfatório é coletar um grande volume de informações do comportamento do produto sob as mais diversas condições operacionais.
A capacidade computacional vem aumentando rapidamente ao longo dos últimos anos, ao mesmo tempo, os algoritmos de solução continuam a ser desenvolvidos, com acurácia e desempenho cada vez melhores. Deste modo, as simulações tendem a ser cada vez mais realísticas, com a inclusão de modelos mais abrangentes e uma maior resolução espacial do domínio de cálculo.
4 – Objetivos:
Os objetivos deste trabalho consistem em desenvolver programas sequenciais em MATLAB, primeiramente em uma dimensão, para simular fluido incompressível. Programas sequenciais em duas dimensões para escoamento de fluido viscoso. Simulação de bombeamento de lama em poço.
5 – Metodologia:
O método dos volumes finitos será usado para a discretização e solução numérica das equações de Navier-Stokes para simular o bombeamento de fluido incompressível viscoso em duas dimensões.
Os programas sequenciais serão feitos com o MATLAB em três etapas de seis meses.
6 – Metas:
1 –Ofertar um curso básico de MATLAB para candidatos ao projeto de iniciação científica e demais interessados em conhecer programação vetorial;
2 – Abordar a teoria da mecânica de fluidos incompressíveis;
3 – Aplicar o método dos volumes finitos para discretização das EDP;
4 – Desenvolver o programa em uma dimensão;
5 – Desenvolver o programa em duas dimensões para a simulação de escoamento de fluido viscoso;
6 – Desenvolver o programa em duas dimensões para simulação de bombeamento de lama em poço;
7 – Apresentação do relatório final de cada uma das etapas 4, 5 e 6;
8 –Apresentar artigo com os resultados finais no congresso interinstitucional de iniciação científica ou no congresso brasileiro de ensino de engenharia.
7- Bibliografia:
[2]Suhas V Patankar. Numerical Heat Transfer and Fluido Flow. Taylor & Francis 1980.
[3]Landau and Lifshitz. Fluid Mechanics. Pergamon Press 1987
[4]Evan Scanapieco and Francis H Harlow. Introduction to Finite-Difference Methods for Numerical Fluid Dynamics.Los Alamos National Laboratory 1995.
8 – Cronograma de Atividades:
1 – Curso básico de MATLAB 06/2016
2 – Mecânica de fluidos incompressíveis 07/2016
3 – Método dos volumes finitos 08/2016
4 – Programa 1D 09-10/2016
5 – Relatório final da etapa 4 11-12/2016
6 – Programa 2D – Escoamento 01-04/2017
7 – Relatório final da etapa 6 05-06/2017
8 – Programa 2D – Bombeamento 07-10/2017
9 – Relatório final da etapa 8 11-12/2017
10 – Apresentar artigo no CIIC ou COBENGE 2017 e 2018