Microcanal com junção em T: estudo numérico bidimensional de padrões bifásicos de gotas usando o método campo de fase

• Ano de defesa: 2021
• Autor(a) principal: AZEVEDO, Mateus Rotiliano
• Orientador(a): SILVA, Ana Lúcia Fernandes de Lima e
• Tipo de documento: Dissertação
• Tipo de acesso: Acesso aberto
• Idioma: por
• Instituição de defesa: Universidade Federal de Itajubá
• Programa de Pós-Graduação: Programa de Pós-Graduação: Mestrado - Engenharia Mecânica
• Departamento: IEM - Instituto de Engenharia Mecânica
• País: Brasil
• Palavras-chave em Português: Escoamentos bifásicos; Dispositivos microfluídicos; Ruptura de gotas; Microcanal com junção em T; Método campo de fase
• Área do conhecimento CNPq: CNPQ::ENGENHARIAS::ENGENHARIA MECÂNICA
• Link de acesso: https://repositorio.unifei.edu.br/jspui/handle/123456789/2513

Os escoamentos bifásicos são amplamente encontrados nas mais diversas aplicações práticas, tais como sistemas de refrigeração, reatores nucleares, refinarias de petróleo, unidades de geração de energia e muitas outras. Entre os equipamentos que empregam os escoamentos bifásicos, vêm ganhando cada vez mais destaque os dispositivos microfluídicos. Esses dispositivos possuem dimensões da ordem de alguns mícrons e são empregados em diferentes ramos da indústria (farmacêutica, eletrônica, cosmética, médica, etc.). Nesse contexto, destacase a importância de se estudar as características dos escoamentos bifásicos e os processos neles envolvidos, como, por exemplo, a formação, a ruptura e a coalescência de gotas/bolhas. O presente trabalho tem como objetivo estudar o escoamento de uma gota em um microcanal bidimensional com junção em formato de T. Investiga-se o comportamento da gota na junção e os regimes de ruptura ou não-ruptura da gota, assim como a influência que parâmetros como o número de capilaridade e o comprimento da gota exercem sobre seu escoamento. O estudo é conduzido por meio de simulações numéricas realizadas no software comercial COMSOL Multiphysics®, o qual emprega o Método dos Elementos Finitos para discretizar as equações governantes de um fenômeno físico. O Método Campo de Fase, disponível no COMSOL, é utilizado para representar a interface entre a fase contínua e a fase dispersa do escoamento bifásico. Além disso, são aplicadas técnicas de refinamento local e de refinamento adaptativo da malha computacional em regiões de maior interesse do domínio, como as paredes e a interface entre os fluidos, a fim de melhorar a precisão da solução numérica. Foram estudados diferentes casos, cada qual com uma combinação de número de capilaridade e de comprimento da gota no momento que ela atinge a bifurcação em T. Obteve-se dados como o regime de ruptura da gota e a evolução temporal da espessura mínima do pescoço da gota na junção. Todos os resultados foram comparados com resultados presentes na literatura, a fim de se validar a metodologia empregada. Por fim, constatou-se que os resultados numéricos obtidos apresentaram uma boa concordância com a literatura de referência.