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Type: Tese
Title: Desenvolvimento e simulação computacional de esquemas upwind baseados em curvas de Bézier e interpolação de Hermite
Author: Oviedo, Pablo César Rojas
First Advisor: Queiroz, Rafael Alves Bonfim de
Co-Advisor: Rocha, Bernardo Martins
Referee Member: Igreja, Iury Higor Aguiar da
Referee Member: Santos, Rodrigo Weber dos
Referee Member: Santos, Fernando Luiz Pio dos
Referee Member: Corrêa, Laís
Resumo: Esta tese apresenta novas famílias de esquemas upwind para a aproximação dos termos convectivos de equações diferenciais parciais no contexto de diferenças finitas e volumes finitos. As famílias de esquemas denominadas SOBUS (Second Order Bézier Upwind Scheme), PUBICK (Piecewise Upwind Bézier Interpolation for Convective Kinematics) e CUBICK (Cubic Upwind Bézier Interpolation for Convective Kinematics) são propostas com base em curvas de Bézier quadráticas e cúbicas, respectivamente, enquanto a família de esquemas FDHPUS (Fifth-Degree Hermite Polynomial Upwind Scheme) é baseada na interpolação de Hermite. Os esquemas PUBICK, CUBICK e FDHPUS satisfazem critérios de estabilidade e restrições para garantir uma solução limitada, tais como TVD (Total Variation Diminishing), CBC (Convection Boundedness Criterion) e BAIR (Boundedness, Accuracy and Interpolative Reasonability). Foi analisada a convergência das soluções numéricas ao serem adotados os esquemas propostos para resolver uma série de problemas 1D e 2D. Os resultados numéricos desses esquemas foram comparados com os de outros esquemas estabelecidos na literatura, mostrando boa concordância com soluções exatas e dados numéricos. Os resultados desta tese sugerem que os esquemas upwind baseados em curvas de Bézier e interpolação de Hermite são alternativas promissoras para resolver problemas dominados pela convecção.
Abstract: This thesis presents new families of upwind schemes for approximating convective terms in partial differential equations within finite differences and finite volumes. The families of schemes termed SOBUS (Second Order Bézier Upwind Scheme), PUBICK (Piecewise Upwind Bézier Interpolation for Convective Kinematics) and CUBICK (Cubic Upwind Bézier Interpolation for Convective Kinematics) are proposed based on quadratic and cubic Bézier curves, respectively. In contrast, the FDHPUS family (Fifth-Degree Hermite Polynomial Upwind Scheme) is based on Hermite interpolation. The PUBICK, CUBICK, and FDHPUS schemes satisfy stability criteria and constraints to ensure a bounded solution, such as TVD (Total Variation Diminishing), CBC (Convection Boundedness Criterion), and BAIR (Boundedness, Accuracy, and Interpolative Reasonability). The convergence of the numerical solutions was analyzed when the PUBICK, CUBICK, and FDHPUS schemes were adopted to solve a series of 1D and 2D problems. The numerical results of these schemes were compared with those of other established schemes in the literature, showing good agreement with exact solutions and numerical data. The results of this thesis suggest that upwind schemes based on Bézier curves and Hermite interpolation are promising alternatives for solving convection-dominated problems.
Keywords: Upwind
Curvas de Bézier
Interpolação de Hermite
Limitador de fluxo
Variáveis normalizadas
Dinâmica de fluidos
OpenFOAM
Bézier
Hermite
Flux limiter
Normalized variables
Fluid dynamics
CNPq: CNPQ::CIENCIAS EXATAS E DA TERRA
Language: por
Country: Brasil
Publisher: Universidade Federal de Juiz de Fora (UFJF)
Institution Initials: UFJF
Department: ICE – Instituto de Ciências Exatas
Program: Programa de Pós-graduação em Modelagem Computacional
Access Type: Acesso Aberto
Attribution-NonCommercial-ShareAlike 3.0 Brazil
Creative Commons License: http://creativecommons.org/licenses/by-nc-sa/3.0/br/
URI: https://repositorio.ufjf.br/jspui/handle/ufjf/17795
Issue Date: 26-Sep-2024
Appears in Collections:Doutorado em Modelagem Computacional (Teses)



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