Simulações de grandes escalas e simulação numérica direta sub-resolvida de escoamento turbulento de fluidos Herschel-Bulkley

Detalhes bibliográficos
Ano de defesa: 2022
Autor(a) principal: Basso, Felipe Oliveira lattes
Orientador(a): Franco, Admilson Teixeira lattes
Banca de defesa: Franco, Admilson Teixeira lattes, Negrão, Cezar Otaviano Ribeiro lattes, Thompson, Roney Leon lattes, Cruz, Gilmar Mompean Munhoz da lattes, Junqueira, Silvio Luiz de Mello
Tipo de documento: Tese
Tipo de acesso: Acesso aberto
Idioma: eng
Instituição de defesa: Universidade Tecnológica Federal do Paraná
Curitiba
Programa de Pós-Graduação: Programa de Pós-Graduação em Engenharia Mecânica e de Materiais
Departamento: Não Informado pela instituição
País: Brasil
Palavras-chave em Português:
Área do conhecimento CNPq:
Link de acesso: http://repositorio.utfpr.edu.br/jspui/handle/1/30322
Resumo: Escoamentos turbulentos de fluidos não newtonianos com o modelo Herschel-Bulkley são encontrados em várias aplicações de engenharia, por exemplo, fluidos de perfuração, lamas de mineração e soluções de polímeros. No entanto, estudos sobre simulações de grandes escalas (LES) envolvendo esse tipo de fluido são escassos. O presente trabalho visa contribuir para este debate. A primeira parte da tese se concentra na avaliação da abordagem LES na previsão das características de escoamento de fluidos Herschel-Bulkley. A metodologia numérica é comparada com dados de referência da literatura. Dois modelos de sub-malha (SGS) são considerados: Dynamic Smagorinsky e Wall Adapting Local Eddy-viscosity (WALE). Além disso, simulações numéricas direta sub-resolvidas (UDNS) também são realizadas. Em seguida, o método de solução é utilizado para analisar o escoamento turbulento de fluidos Herschel-Bulkley através de uma seção anular concêntrica com rotação interna do cilindro em ReG ≈ 9, 000. A influência do índice de comportamento do escoamento (n = 0.65, 0.70 e 0.75), número de Bingham (Bn = 0.10, 0.25 e 0.40), e a taxa de rotação (N = 0.15 e 0.30) nas características de escoamento são exploradas. As quantidades de escoamento instantâneo, incluindo contornos da velocidade axial e viscosidade, estruturas de vórtices, estatísticas de turbulência de primeira e segunda ordem e características do escoamento médio, como perfis viscosidade, energia cinética turbulenta, gradiente de pressão e fator de atrito são investigados. Os resultados mostram que estruturas turbulentas mais fracas são geradas à medida que o valor de n é reduzido e o número de Bingham elevado. Aumentar a taxa de rotação aumenta as magnitudes das estatísticas turbulentas e torna os níveis de flutuações de velocidade mais assimétricos. Demonstra-se também que as previsões obtidas com os modelos SGS e UDNS não apresentam diferenças significativas.