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Módulo 1. CFD em Ambientes de Pesquisa e Modelagem

1.1. Pesquisa em Dinâmica dos Fluidos Computacional (CFD)

1.1.1. Desafios na turbulência
1.1.2. Avanços em RANS
1.1.3. Inteligência Artificial

1.2. Diferenças finitas

1.2.1. Apresentação e aplicação em um problema 1D. Teorema de Taylor
1.2.2. Aplicação em 2D
1.2.3. Condições de contorno

1.3. Diferenças finitas compactas

1.3.1. Objetivo. Artigo de SK Lele
1.3.2. Obtenção dos coeficientes
1.3.3. Aplicação em um problema 1D

1.4. Transformada de Fourier

1.4.1. Transformada de Fourier. De Fourier aos dias atuais
1.4.2. Pacote FFTW
1.4.3. Transformada cosseno: Tchebycheff

1.5. Métodos espectrais

1.5.1. Aplicação em um problema de fluidos
1.5.2. Métodos pseudo-espectrais: Fourier + CFD
1.5.3. Métodos de colocação

1.6. Métodos avançados de discretização temporal

1.6.1. Método de Adams-Bamsford
1.6.2. Método de Crack-Nicholson
1.6.3. Runge-Kutta

1.7. Estruturas na turbulência

1.7.1. Vórtice
1.7.2. Ciclo de vida de uma estrutura turbulenta
1.7.3. Técnicas de visualização

1.8. O método das características

1.8.1. Fluidos compressíveis
1.8.2. Aplicação: uma onda quebrando
1.8.3. Aplicação: equação de Burguers

1.9. CFD e supercomputação

1.9.1. O problema da memória e a evolução dos computadores
1.9.2. Técnicas de paralelização
1.9.3. Descomposição de domínios

1.10. Problemas em aberto na turbulência

1.10.1. Modelagem e a constante de Von-Kármán
1.10.2. Aerodinâmica: camadas limite
1.10.3. Ruído em problemas de CFD

Módulo 2. CFD em Ambientes de Aplicação: Métodos de Volumes Finitos

2.1. Métodos de Volumes Finitos

2.1.1. Definições em FVM (Método de Volumes Finitos)
2.1.2. Antecedentes históricos
2.1.3. MVF em Estruturas

2.2. Termos fonte

2.2.1. Forças volumétricas externas
2.2.1.1. Gravidade, força centrífuga
2.2.2. Termo fonte volumétrico (massa) e de pressão (evaporação, cavitação, química)
2.2.3. Termo fonte de escalares

2.2.3.1. Temperatura, espécies

2.3. Aplicações das condições de contorno

2.3.1. Entradas e saídas
2.3.2. Condição de simetria
2.3.3. Condição de parede

2.3.3.1. Valores impostos
2.3.3.2. Valores a serem resolvidos por cálculo em paralelo
2.3.3.3. Modelos de parede

2.4. Condições de contorno

2.4.1. Condições de contorno conhecidas: Dirichlet

2.4.1.1. Escalares
2.4.1.2. Vetoriais

2.4.2. Condições de contorno com derivada conhecida:  Neumann

2.4.2.1. Gradiente zero
2.4.2.2. Gradiente finito

2.4.3. Condições de contorno cíclicas:  Born-von Karman
2.4.4. Outras condições de contorno:  Robin

2.5. Integração temporal

2.5.1. Euler explícito e implícito
2.5.2. Passo temporal de Lax-Wendroff e variantes (Richtmyer e MacCormack)
2.5.3. Passo temporal multietapas Runge-Kutta

2.6. Esquemas Upwind

2.6.1. Problema de Riemann
2.6.2. Principais esquemas upwind: MUSCL, Van Leer, Roe, AUSM
2.6.3. Design de um esquema espacial upwind

2.7. Esquemas de alta orde

2.7.1. Galerkin descontínuo de alta ordem
2.7.2. ENO e WENO
2.7.3. Esquemas de alta ordem. Vantagens e desvantagens

2.8. Laço de convergência pressão-velocidade

2.8.1. PISO
2.8.2. SIMPLE, SIMPLER e SIMPLEC
2.8.3. PIMPLE
2.8.4. Laços em regime transiente

2.9. Contornos móveis

2.9.1. Técnicas de remalhagem
2.9.2. Mapeamento: sistema de referência móvel
2.9.3. Método de fronteira imersa
2.9.4. Malhas sobrepostas

2.10. Erros e incertezas na modelagem de CFD

2.10.1. Precisão e exatidão
2.10.2. Erros numéricos
2.10.3. Incertezas de entrada e do modelo físico

Módulo 3. Modelagem de Turbulência em Fluidos

3.1. A turbulência. Características principais

3.1.1. Dissipação e difusividade
3.1.2. Escalas características. Ordens de magnitude
3.1.3. Números de Reynolds

3.2. Definições de turbulência. De Reynolds aos dias atuais

3.2.1. O problema de Reynolds. A camada limite
3.2.2. Meteorologia, Richardson e Smagorinsky
3.2.3. O problema do caos

3.3. A cascata de energia

3.3.1. As escalas menores da turbulência
3.3.2. As hipóteses de Kolmogorov
3.3.3. O expoente da cascata

3.4. O problema de fechamento revisado

3.4.1. 10 incógnitas e 4 equações
3.4.2. A equação da energia cinética turbulenta
3.4.3. O ciclo da turbulência

3.5. Viscosidade turbulenta

3.5.1. Antecedentes históricos e paralelismos
3.5.2 Problema inicial: jatos
3.5.3. Viscosidade turbulenta em problemas de CFD

3.6. Métodos RANS

3.6.1. A hipótese de viscosidade turbulenta
3.6.2. Equações RANS
3.6.3. Métodos RANS. Exemplos de uso

3.7. A evolução do LES

3.7.1. Antecedentes históricos
3.7.2. Filtros espectrais
3.7.3. Filtros espaciais. O problema na parede

3.8. Turbulência de parede I

3.8.1. Escalas características
3.8.2. As equações do momento
3.8.3. As regiões de um fluxo turbulento de parede

3.9. Turbulência de parede II

3.9.1. Camadas limite
3.9.2. Os números adimensionais de uma camada limite
3.9.3. A solução de Blasiu

3.10. A equação da energia

3.10.1. Escalares passivos
3.10.2. Escalares ativos. A aproximação de Boussinesq
3.10.3. Fluxos de Fanno e Rayleigh

Módulo 4. Pós-Processamento, Validação e Aplicação em CFD

4.1. Pós-processamento em CFD I

4.1.1. Pós-processamento em Planos e Superfícies

4.1.1.1. Pós-processamento em plano
4.1.1.2. Pós-processamento em superfícies

4.2. Pós-processamento em CFD II

4.2.1. Pós-processamento volumétrico

4.2.1.1. Pós-processamento volumétrico I
4.2.1.2. Pós-processamento volumétrico II

4.3. Software livre de pós-processamento em CFD

4.3.1. Software livre de pós-processamento
4.3.2. Paraview
4.3.3. Exemplo de uso do Paraview

4.4. Convergência de simulações

4.4.1. Convergência
4.4.2. Convergência de malha
4.4.3. Convergência numérica

4.5. Classificação de métodos

4.5.1. Aplicações
4.5.2. Tipos de fluidos
4.5.3. Escalas
4.5.4. Máquinas de cálculo

4.6. Validação de modelos

4.6.1. Necessidade de validação
4.6.2. Simulação vs. Experimento
4.6.3. Exemplos de validação

4.7. Métodos de simulação. Vantagens e desvantagens

4.7.1. RANS (Reynolds-Averaged Navier-Stokes)
4.7.2. LES (Large-Eddy Simulation), DES (Detached-Eddy Simulation) e DNS (Direct Numerical Simulation)
4.7.3. Outros métodos
4.7.4. vantagens e desvantagens

4.8. Exemplos de métodos e aplicações

4.8.1. Caso de corpo sujeito a forças aerodinâmicas
4.8.2. Caso térmico
4.8.3. Caso multifásico

4.9. Boas Práticas de Simulação

4.9.1. Importância das Boas Práticas
4.9.2. Boas Práticas
4.9.3. Erros na simulação

4.10. Software comerciais e livres

4.10.1. Software de FVM
4.10.2. Software de outros métodos
4.10.3. Vantagens e desvantagens
4.10.4. Futuros da Simulação CFD

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