UMA IMPLEMENTAÇÃO DO MÉTODO DOS VOLUMES FINITOS PARA SOLUÇÃO DE PROBLEMAS DE MUDANÇA DE FASE

Maicon William Niebus Odone¹; Elson Magalhães Toledo²; Luis paulo da Silva Barra¹; Lorran Ferreira Maroco Sutter¹

¹ Universidade Federal de Juiz de Fora - UFJF; ² Laboratório Nacional de Computação Científica - LNCC / Universidade Federal de Juiz de Fora - UFJF

doi:10.20906/CPS/CILAMCE2015-0800

Resumo

A compreensão dos fenômenos envolvidos em processos de mudança de fase (fusão / solidificação) é de importância fundamental em diversas áreas do conhecimento tais como na engenharia e na metalurgia. No presente trabalho é apresentada uma formulação do método dos volumes finitos para problemas de transferência de calor com mudança de fase considerando-se a convecção natural na região líquida do domínio. São formuladas as equações do movimento de Navier-Stokes para escoamentos incompressíveis acrescidas da equação da energia. O tratamento do problema de mudança de fase é feito pelo método da entalpia-porosidade onde a condição de velocidade nula no sólido é tratada por termos fonte adicionais sendo o efeito da convecção natural tratado por meio da aproximação de Boussinesq. Apresentam-se diferentes algoritmos para tratamento do acoplamento pressão-velocidade e das não-linearidades presentes nas equações do movimento. Um código desenvolvido e implementado em linguagem Python é verificado através da comparação de resultados encontrados na literatura com o programa Phoenics.

Palavras-chave: Mudança de fase; Entalpia-porosidade; Volumes finitos; Transferência de calor; Mecânica dos fluidos