Design construtal de bifurcações em forma de Y para escoamentos de fluidos de Carreau

• Ano de defesa: 2020
• Autor(a) principal: Pellejero, David Cristopher
• Orientador(a): Zinani, Flávia Schwarz Franceschini
• Tipo de documento: Dissertação
• Tipo de acesso: Acesso aberto
• Idioma: por
• Instituição de defesa: Universidade do Vale do Rio dos Sinos
• Programa de Pós-Graduação: Programa de Pós-Graduação em Engenharia Mecânica
• Departamento: Escola Politécnica
• País: Brasil
• Palavras-chave em Português: Escoamentos em ramificações; Fluidos não newtonianos; Fluido de Carreau; Fluidodinâmica computacional; Design construtal
• Palavras-chave em Inglês: Flow in branches; Non-Newtonian fluids; Carreau fluid; Computational fluid dynamics; Constructal design
• Área do conhecimento CNPq: ACCNPQ::Engenharias::Engenharia Mecânica
• Link de acesso: http://www.repositorio.jesuita.org.br/handle/UNISINOS/9547

Este trabalho investiga as geometrias ótimas para bifurcações sujeitas a escoamentos de fluidos não newtonianos pseudoplásticos, e analisar como a reologia do fluido tem efeitos sobre as configurações e o desempenho de bifurcações em forma de Y. A análise se baseia na minimização da resistência ao escoamento, com a definição da razão de diâmetros, razão de comprimentos e ângulo da bifurcação como graus de liberdade e parâmetros de projeto e imposição de restrições segundo o método Design Construtal. O fluido foi modelado utilizando a equação de Carreau, e foram analisados os efeitos do número de Carreau, razão de viscosidades e índice de escoamento. Os escoamentos foram resolvidos numericamente utilizando o Método dos Volumes Finitos e o software ANSYS® Fluent. O modelo matemático foi verificado com resultados publicados na literatura, e a malha computacional foi analisada pelo método GCI. Foi utilizado o algoritmo de otimização de Superfície de Resposta (Response Surface) para a busca pela resistência ao escoamento mínima e os valores ótimos para as variáveis de projeto. Foi utilizado um planejamento fatorial de três níveis para verificar o efeito dos parâmetros reológicos nestes resultados. Dos resultados obtidos, verificou-se que o índice de escoamento é o parâmetro reológico que possui maior efeito sobre a configuração da geometria ótima, afetando tanto a razão de comprimentos quanto a razão de diâmetros para a resistência ao escoamento mínima, sendo que o efeito estatisticamente significativo foi somente sobre a razão de diâmetros. Esta por sua vez, demonstrou ser o parâmetro geométrico que teve uma maior influência no comportamento da resistência ao escoamento. Estes resultados corroboram a tese de que a análise para sistemas com fluidos não newtonianos deve considerar a reologia dos fluidos para a obtenção de seu melhor desempenho.