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Computational Fluid Mechanics

Objectives

It is intended that the students acquire: the fundamentals of numerical methods for the solution of Navier-Stokes/Reynolds equations, the perception of how the commercial computer codes for computational fluid dynamics work, realize their potential and limitations; the computational practice that will allows to solve concrete problems of Fluid Mechanics in any field of engineering, particularly in mechanical engineering; and the ability to evaluate the solutions.

General characterization

Code

9936

Credits

6.0

Responsible teacher

José Fernando de Almeida Dias, José Manuel Paixão Conde

Hours

Weekly - 4

Total - 62

Teaching language

Português

Prerequisites

It is supposed a strong domain of subjects learned in the courses: Numerical Analysis, Introduction to Computers and Programming, Fluid Dynamics I and II and Heat Transfer.

Bibliography

  • J. M. Paixão Conde. Mecânica de Fluidos Computacional: Texto de apoio à disciplina. FCT-UNL.
  • H. Versteeg e W. Malalasekra. An Introduction to Computational Fluid Dynamics: The Finite Volume Method. Prentice Hall, 2nd Ed.,2007
  • J.H. Ferziger e M. Peric. Computational Methods for Fluid Dynamics. Springer Verlag, 2nd Ed., 2002.
  • J. D. Anderson. Computational Fluid Dynamics. McGraw-Hill, Inc., 1995.

Teaching method

Lectures and problem solving sessions.

Evaluation method

  1. The assessment is done by a project.
  2. To succeed students must attend at least 2/3 of the classes (theoretical and practical). And submit, present and discuss: the preliminary project, the progress report and final project in the defined deadlines.
  3. The final grade is 10% for the preliminary project, 10% for the progress report and 80% for the  final project. The grade of these components is obtained by the evaluation of the report, the oral presentation, the discussion and individual questions.
  4. Relevant dates:
    • Entrega do anteprojeto: por email em pdf até às 24h do dia 29 de Setembro (Domingo) e em papel na aula de 2 de outubro.
    • Apresentação e discussão do anteprojeto: aula de 2 de outubro; enviar por email a apresentação em pdf até às 24h do dia 1 de Outubro, entregar em papel o pdf da apresentação aquando da apresentação.
    • Entrega do relatório de progresso: por email em pdf até às 24h do dia 3 de Novembro (Domingo) e em papel na aula de 6 de Novembro.
    • Apresentação e discussão do anteprojeto: aula de 6 de Novembro; enviar por email a apresentação em pdf até às 24h do dia 5 de Novembro, entregar em papel o pdf da apresentação aquando da apresentação.
    • Entrega do projeto final: por email em pdf até às 24h do dia 1 de Dezembro e em papel na aula de 4 de Dezembro.
    • Apresentação e discussão do projeto: aulas de 11 de Dezembro; enviar por email a apresentação em pdf até às 24h do dia 10 de Dezembro, entregar em papel o pdf da apresentação aquando da apresentação.
    • Questões individuais na tarde do dia 11 de Dezembro no gabinete do docente.
    Penalização por atrasos no envio dos relatório e apresentação: 1 valor por atraso até 30 min; 2 valores por atraso de entre 30 min e uma hora; atrasos para além de uma hora não são tolerados.


Subject matter

  1. Introduction
  2. Fundamental fluid flow governing equations. Mathematical nature. Initial and boundary conditions.
  3. Turbulence. Reynolds equations and turbulence models.
  4. Finite differences and finite volume methods. Discretization techniques and interpolation. Implementation of boundary conditions.
  5. Application to problems of pure diffusion, pure convection and convection-diffusion.
  6. Application to the Navier-Stokes/Reynolds system of equations. Resolution algorithms.
  7. Mesh discretization of the domain.
  8. Uncertainty associated with CFD simulations.
  9. Post-processing of results. Graphic treatment of the results.
  10. Commercial and open source CFD codes.

Programs

Programs where the course is taught: