Publicação: Modelagem matemática e computacional de escoamentos turbulentos bifásicos em regime denso
Carregando...
Tipo do documento
Data
Direito de acesso
Coleções
Área do conhecimento
CNPQ::ENGENHARIAS::ENGENHARIA MECANICA::FENOMENOS DE TRANSPORTE::MECANICA DOS FLUIDOS
Título da Revista
ISSN da Revista
Título de Volume
Orientador
Coorientador
Resumo
Escoamentos turbulentos em sistemas multifásicos representam um desafio significativo na física clássica, oferecendo um campo em aberto para pesquisa. Compreender
esse fenômeno pode levar a avanços importantes com aplicações em engenharia.
O objetivo desta tese é desenvolver um modelo para avaliar como a presença de
um regime denso de partículas em um fluido afeta a turbulência. É sabido que
partículas imersas em um fluido alteram sua viscosidade. Utilizando a formula-
ção Euler-Lagrange e a metodologia LES (Large Eddy Simulation), aplicamos
uma filtragem passa-baixa às equações de balanço de massa, de quantidade de
movimento linear e de energia. Propomos uma decomposição tripla do campo
de velocidade euleriana para considerar as flutuações causadas pelo movimento
relativo entre as fases contínua e dispersa. Realizamos simulações de dois problemas distintos. O primeiro problema é um caso icônico de injeção de bolhas na
parte inferior de uma coluna vertical preenchida com água. O segundo problema
envolve a simulação de um caso de spray de cone cheio. Também propomos uma
viscosidade modificada e uma força de arrasto em função da fração volumétrica
da fase contínua. Avaliamos diferentes modelos de fechamento para a turbulência
e comparamos os resultados da formulação de três vias com a de duas vias. Os
resultados das simulações computacionais foram comparados com os resultados de
um experimento material. A energia cinética turbulenta obtida no experimento
material se aproximou bastante do modelo de Smagorinsky com uma constante Cs
= 0,15. A análise dos dados coletados validou o modelo proposto e demonstrou
como a modelagem de escoamentos turbulentos densos incorpora mais física para a
descrição do problema.
Abstract
Turbulent flows in multiphase systems represent a significant challenge in classical
physics, offering an open field for research. Understanding this phenomenon can
lead to important advancements with engineering applications. The objective of
this thesis is to develop a model to assess how the presence of a dense particle
regime in a fluid affects turbulence. It is known that particles immersed in a fluid
alter its viscosity. Utilizing the Euler-Lagrange formulation and the Large Eddy
Simulation (LES) methodology, we apply a low-pass filtering to the equations of
mass balance, linear momentum, and energy. We propose a triple decomposition
of the Eulerian velocity field to account for fluctuations caused by the relative
motion between the continuous and dispersed phases. We conduct simulations of
two distinct problems. The first problem is an iconic case of bubble injection at the
bottom of a water-filled vertical column. The second problem involves simulating
a full cone spray case. We also propose a modified viscosity and drag force based
on the volumetric fraction of the continuous phase. We evaluate different closure
models for turbulence and compare the results of the three-way formulation with the
two-way formulation. The results of the computational experiments are compared
with those of a physical experiment. The turbulent kinetic energy obtained in
the physical experiment closely matched the Smagorinsky model with a constant
Cs = 0.15. The analysis of the collected data validates the proposed model and
demonstrates how the modeling of dense turbulent flows incorporates more physics
for describing the phenomenon.
Palavras-chave
Escoamentos Multifásicos, Multiphase Flows, Turbulência, Turbulence, Euler-Lagrange, Euler-Lagrange, Regime Denso, Dense Regime, Simulação das Grandes Estruturas, Large Eddy Simulation
Citação
CATTA PRETA, Ricardo Tadeu Oliveira. Modelagem matemática e computacional de escoamentos turbulentos bifásicos em regime denso. 2023. 173 f. Tese de Doutorado (Doutorado em Engenharia Mecânica) - Universidade Federal de Uberlândia, Uberlândia, 2023. DOI 10.14393/ufu.te.2023.418.
Coleções
Avaliação
Revisão
Suplementado Por
Referenciado Por
Licença Creative Commons
Exceto quando indicado de outra forma, a licença deste item é descrita como Acesso Aberto