A importância da modelação numérica 

Até aos anos sessenta do século passado, o desenvolvimento científico e tecnológico assentava na interacção entre a teoria e a experimentação. Com o advento dos computadores e o aumento progressivo da capacidade de cálculo e de armazenamento de dados, modelos teóricos baseados em equações que não era possível resolver anteriormente passaram a ser passíveis de solução numérica. Isso motivou, por um lado, o desenvolvimento de métodos numéricos e, por outro lado, de modelos teóricos mais complexos que podiam agora ser testados em computador. Actualmente, a simulação computacional é uma parte integrante do desenvolvimento científico e tecnológico, a par da teoria e da experimentação.

Em Engenharia Mecânica, grande parte dos problemas podem ser formulados a um nível fundamental em termos de princípios de conservação de massa, quantidade de movimento e energia aplicados a sólidos ou fluidos. Salvo no caso de problemas extremamente simples, essas equações só podem ser resolvidas numericamente, o que, para além de métodos numéricos adequados à resolução das equações, requer frequentemente modelos teóricos que descrevem fenómenos físicos, tais como a turbulência e a combustão.

A área científica de TTCE tem desenvolvido trabalho de investigação em modelação numérica quer a nível fundamental quer aplicado. A nível fundamental, esse trabalho tem incidido particularmente no desenvolvimento de métodos numéricos para resolução das equações de conservação através do método dos volumes finitos, designadamente métodos de discretização das equações (em particular métodos de ordem de precisão elevada), métodos de solução dos sistemas de equações discretizadas, acoplamento entre a pressão e velocidade, algoritmos de solução, aplicação a geometrias complexas com malhas estruturadas e não estruturadas, métodos de refinamento local de malha e métodos de paralelização dos algoritmos. A nível aplicado, a investigação tem incidido sobre modelação de escoamentos turbulentos, isotérmicos ou com combustão, incluindo neste último caso a modelação de poluentes, adiabáticos ou com transmissão de calor por radiação, monofásicos ou bifásicos, incluindo neste caso modelos para a atomização e combustão de líquidos, bem como para a combustão de carvão pulverizado.

Este trabalho de simulação numérica tem sido aplicado a problemas de diversa natureza, incluindo:

• Simulação numérica directa de escoamentos turbulentos, DNS,  em geometrias simples.
• Desenvolvimento de modelos de simulação das grandes escalas, LES.
• Escoamentos compressíveis em torno de perfis alares · Escoamentos em turbomáquinas.
• Escoamentos em torno de navios.
• Simulação da combustão em queimadores com um meio poroso. 
• Simulação da combustão em chamas de difusão laboratoriais. 
• Simulação da combustão e transmissão de calor em fornos industriais (vidro, cimento). 
• Simulação da combustão em câmaras de combustão de turbinas a gás. 
• Simulação da combustão e transmissão de calor em caldeiras de centrais termo-eléctricas.