Análise numérica da dinâmica da expansão de líquidos superaquecidos em evaporação rápida.

• Ano de defesa: 2004
• Autor(a) principal: Angelo, Edvaldo
• Tipo de documento: Tese
• Tipo de acesso: Acesso aberto
• Idioma: por
• Instituição de defesa: Biblioteca Digitais de Teses e Dissertações da USP
• Palavras-chave em Português: Evaporação; Evaporation; Injeção (Engenharia); Injection (Engineering); Mudança de fase; Phase change
• Link de acesso: https://www.teses.usp.br/teses/disponiveis/3/3132/tde-22012024-115947/

Um jato de fluido em alta temperatura e pressão no estado líquido, quando injetado em uma câmara de pressão inferior a pressão de saturação correspondente à temperatura de injeção, pode atingir o estado superaquecido ou metaestável, o que significa dizer que permanece ainda no estado líquido quando já deveria ter dado curso ao processo de mudança de fase dentro do bocal ou orifício de injeção. Em seguida, este líquido superaquecido sofre uma mudança de fase súbita por meio de uma frente ou onda de evaporação. Esta mudança de fase conduz o líquido superaquecido a uma mistura bifásica de alta velocidade que, então, se expande em todas as direções. O presente trabalho analisa as equações de salto através da interface de mudança de fase, bem como a região de expansão da mistura bifásica que atinge velocidades supersônicas cada vez maiores e, geralmente, culmina na formação de uma estrutura de choque, como observado em experimentos realizados em laboratório. Assim, a resolução do escoamento é dividida em duas partes: (a) Na primeira parte, admite-se que o líquido superaquecido forma um núcleo à jusante da seção de saída do bocal e que a mudança de fase ocorre na superfície deste núcleo de líquido por uma onda de evaporação oblíqua. Essa teoria está de acordo com observações experimentais e é capaz de explicar fenômenos compressíveis, tais como a blocagem do jato evaporativo, bem como a presença de ondas de choque; (b) Na segunda parte, utiliza-se o método clássico das diferenças finitas de MacCormack aplicado a um modelo bidimensional axissimétrico (2-D) em conjunto com um esquema de captura de onda de choque e uma equação de estado realista para determinar o escoamento bifásico supersônico à jusante da onda de evaporação. Há uma excelente concordância entre resultados do modelo e experimentos realizados no laboratório SISEA, bem como por alguns outros pesquisador.