Theoretical and numerical studies of slip flows

Bibliographic Details
Main Author: Ferrás, Luís Jorge Lima
Publication Date: 2012
Language: eng
Source: Repositórios Científicos de Acesso Aberto de Portugal (RCAAP)
Download full: http://hdl.handle.net/1822/22933
Summary: Tese de doutoramento em Ciência e Engenharia de Polímeros e Compósitos
id RCAP_c95950314f8a9f005f4d81c37e13f1de
oai_identifier_str oai:repositorium.sdum.uminho.pt:1822/22933
network_acronym_str RCAP
network_name_str Repositórios Científicos de Acesso Aberto de Portugal (RCAAP)
repository_id_str https://opendoar.ac.uk/repository/7160
spelling Theoretical and numerical studies of slip flowsSlip boundary conditionsFinite volume methodContraction flowExpansion flowDevelopment lengthElectro-osmotic flowCondições fronteira de escorregamentoMétodo dos volumes finitosEscoamento em contracçõesEscoamento em expansõesComprimento de desenvolvimento de um fluidoElectro-osmose532.53678.0Tese de doutoramento em Ciência e Engenharia de Polímeros e CompósitosThis thesis presents an intensive study on slip flows of Newtonian and Non-Newtonian fluids carried out both analytically and numerically. Industrial applications of these flows are found in classical industries such as in polymer processing (for instance in extrusion) and in more modern applications as in lab-on-chip devices. Analytical solutions for flows under slip, are presented for both Newtonian, inelastic Newtonian and Non-Newtonian flows. These analytical solutions were missing in the literature and are helpful for both theoretical analysis and computer code validation. Slip boundary conditions were implemented in a computational fluid dynamics code, based on the finite volume method framework. New techniques for their implementation were devised, allowing to obtain convergence for reasonable Weissenberg numbers, using an appropriate iterative procedure to couple velocity, pressure and stress. The numerical code was then used to simulate benchmark problems, such as the 4:1 contraction, 1:4 expansion and slip-stick flows under slip, usually found in polymer processing.. The theoretical study of development length for Newtonian and viscoelastic fluids was performed for a channel flow under slip. New correlations for predicting the development length in micro and macro channels were devised. Other part of these thesis was dedicated to the theoretical study of electro-osmotic flows of complex fluids, for which analytical solutions for simple flows under the influence of the linear and nonlinear Navier slip boundary conditions were devised.Nesta tese é apresentado um estudo intensivo de escoamentos com escorregamento, envolvendo fluidos newtonianos e não-newtonianos. Este tipo de escoamentos pode ser encontrado na indústria, por exemplo no processo de extrusão e ainda em aplicações mais modernas, tais como aparelhos baseados no conceito “lab-on-chip”. São apresentadas soluções analíticas com escorregamento para fluidos newtonianos, e diversos fluidos não-newtonianos, tanto inelásticos como viscoelásticos. Estas soluções analíticas não existiam na literatura e são úteis tanto em termos teóricos assim como para a validação de códigos numéricos. As condições de fronteira de escorregamento foram implementadas num código numérico de mecânica dos fluidos computacional baseado no métodos dos volumes finitos. Foram desenvolvidas novas técnicas para a implementação destas condições de fronteira, permitindo obter convergência para valores razoáveis do número de Weissenberg, usando um processo iterativo para acoplar os campos de velocidades, pressões e tensões. Este código numérico foi depois usado para simular problemas de referência, tais como os escoamentos numa contracção súbita 4:1, numa expansão 1:4 e o escoamento “slip-stick”, sob a influência do escorregamento na parede. Estas geometrias são frequentemente utilizadas em processamento de polímeros, o que substancia a utilidade prática destas simulações. Foi feito um estudo numérico e teórico para descobrir o comprimento de desenvolvimento do escoamento num canal simples com escorregamento na parede, de fluidos newtonianos e viscoelásticos. Foram ainda propostas novas correlações para prever esse comprimento. Outra parte do trabalho foi dedicada ao estudo de electro-osmose, onde novas soluções analíticas para escoamentos simples sob a influência do modelo de escorregamento linear de Navier, são apresentadas.Fundação para a Ciência e a Tecnologia (FCT) - SFRH/BD/37586/2007Fundo Social Europeu Europeu (FSE) - Human Potential Operational ProgrammeNóbrega, J. M.Pinho, F. T.Universidade do MinhoFerrás, Luís Jorge Lima2012-11-232012-11-23T00:00:00Zdoctoral thesisinfo:eu-repo/semantics/publishedVersionapplication/pdfhttp://hdl.handle.net/1822/22933eng101402813info:eu-repo/semantics/openAccessreponame:Repositórios Científicos de Acesso Aberto de Portugal (RCAAP)instname:FCCN, serviços digitais da FCT – Fundação para a Ciência e a Tecnologiainstacron:RCAAP2024-05-11T07:11:31Zoai:repositorium.sdum.uminho.pt:1822/22933Portal AgregadorONGhttps://www.rcaap.pt/oai/openaireinfo@rcaap.ptopendoar:https://opendoar.ac.uk/repository/71602025-05-28T16:18:31.420125Repositórios Científicos de Acesso Aberto de Portugal (RCAAP) - FCCN, serviços digitais da FCT – Fundação para a Ciência e a Tecnologiafalse
dc.title.none.fl_str_mv Theoretical and numerical studies of slip flows
title Theoretical and numerical studies of slip flows
spellingShingle Theoretical and numerical studies of slip flows
Ferrás, Luís Jorge Lima
Slip boundary conditions
Finite volume method
Contraction flow
Expansion flow
Development length
Electro-osmotic flow
Condições fronteira de escorregamento
Método dos volumes finitos
Escoamento em contracções
Escoamento em expansões
Comprimento de desenvolvimento de um fluido
Electro-osmose
532.53
678.0
title_short Theoretical and numerical studies of slip flows
title_full Theoretical and numerical studies of slip flows
title_fullStr Theoretical and numerical studies of slip flows
title_full_unstemmed Theoretical and numerical studies of slip flows
title_sort Theoretical and numerical studies of slip flows
author Ferrás, Luís Jorge Lima
author_facet Ferrás, Luís Jorge Lima
author_role author
dc.contributor.none.fl_str_mv Nóbrega, J. M.
Pinho, F. T.
Universidade do Minho
dc.contributor.author.fl_str_mv Ferrás, Luís Jorge Lima
dc.subject.por.fl_str_mv Slip boundary conditions
Finite volume method
Contraction flow
Expansion flow
Development length
Electro-osmotic flow
Condições fronteira de escorregamento
Método dos volumes finitos
Escoamento em contracções
Escoamento em expansões
Comprimento de desenvolvimento de um fluido
Electro-osmose
532.53
678.0
topic Slip boundary conditions
Finite volume method
Contraction flow
Expansion flow
Development length
Electro-osmotic flow
Condições fronteira de escorregamento
Método dos volumes finitos
Escoamento em contracções
Escoamento em expansões
Comprimento de desenvolvimento de um fluido
Electro-osmose
532.53
678.0
description Tese de doutoramento em Ciência e Engenharia de Polímeros e Compósitos
publishDate 2012
dc.date.none.fl_str_mv 2012-11-23
2012-11-23T00:00:00Z
dc.type.driver.fl_str_mv doctoral thesis
dc.type.status.fl_str_mv info:eu-repo/semantics/publishedVersion
status_str publishedVersion
dc.identifier.uri.fl_str_mv http://hdl.handle.net/1822/22933
url http://hdl.handle.net/1822/22933
dc.language.iso.fl_str_mv eng
language eng
dc.relation.none.fl_str_mv 101402813
dc.rights.driver.fl_str_mv info:eu-repo/semantics/openAccess
eu_rights_str_mv openAccess
dc.format.none.fl_str_mv application/pdf
dc.source.none.fl_str_mv reponame:Repositórios Científicos de Acesso Aberto de Portugal (RCAAP)
instname:FCCN, serviços digitais da FCT – Fundação para a Ciência e a Tecnologia
instacron:RCAAP
instname_str FCCN, serviços digitais da FCT – Fundação para a Ciência e a Tecnologia
instacron_str RCAAP
institution RCAAP
reponame_str Repositórios Científicos de Acesso Aberto de Portugal (RCAAP)
collection Repositórios Científicos de Acesso Aberto de Portugal (RCAAP)
repository.name.fl_str_mv Repositórios Científicos de Acesso Aberto de Portugal (RCAAP) - FCCN, serviços digitais da FCT – Fundação para a Ciência e a Tecnologia
repository.mail.fl_str_mv info@rcaap.pt
_version_ 1833595865779929088

Similar Items