Simulações numéricas de escoamentos bifásicos eletroosmóticos viscoelásticos em malhas hierárquicas

• Ano de defesa: 2024
• Autor(a) principal: Raymundo, Daniel Garcia Leal
• Tipo de documento: Dissertação
• Tipo de acesso: Acesso aberto
• Idioma: por
• Instituição de defesa: Biblioteca Digitais de Teses e Dissertações da USP
• Palavras-chave em Português: Cisalhamento de gota; Drop shearing; Eletroosmose numérica; Escoamentos bifásicos; Fluidos viscoelásticos; Hierarchical meshes; Malhas hierárquicas; Numerical eletroosmosis; Two-phase flows; Viscoelastic fluids
• Link de acesso: https://www.teses.usp.br/teses/disponiveis/55/55134/tde-10012025-165209/

Este trabalho investiga a modelagem numérica e simulação bidimensional de escoamentos monofásicos e bifásicos eletroosmóticos envolvendo fluidos complexos em canais retangulares sem diferenças de pressão. Exploramos e implementamos sistemas de equações diferenciais parciais considerando uma variedade de regimes viscoelásticos e configurações de permissividade fluídica. Abrangemos ambos os modelos de Poisson-Nernst-Planck (PNP) e Poisson-Boltzmann (PB) para a distribuição de cargas, acoplados à Navier- Stokes, a modelos constitutivos para fluidos viscoelásticos, e ao transporte de interface por Volume-of-Fluid com Piecewise-Linear Interface Construction. O framework numérico é implementado no sistema HiG-Flow, que simula escoamentos incompressíveis em malhas cartesianas hierárquicas de refinamento arbitrário representadas por árvores generalizadas com interpolações por um método robusto de mínimos quadrados móveis meshless. Resultados demonstram padrões distintos de evolução temporal entre as abordagens PNP e PB, e revelam efeitos significantes da viscoelasticidade no desenvolvimento dos escoamentos, particularmente para altos parâmetros de Debye. Em sistemas bifásicos, analisamos deformação de gota sob cisalhamento neutro e cisalhamento eletroosmótico, explorando o impacto da variação de permissividade entre os fluidos de matriz e gota. Nossos resultados sugerem que a força de Korteweg-Helmholtz pode exercer papel crucial nos padrões de deformação da interface, enquanto a viscoelasticidade demonstra-se capaz de moderar efeitos de tensão superficial e estabilizar deformações em casos de permissividade uniforme e não-uniforme. Este trabalho pretende contribuir com o entendimento de fenômenos eletrocinéticos em sistemas multifásicos complexos e fornece um passo para futuras aplicações em aparelhos microfluídicos.