Publicação: Estudo da ascensão de um fluido em um cilindro rotativo
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CNPQ::ENGENHARIAS::ENGENHARIA MECANICA::FENOMENOS DE TRANSPORTE::MECANICA DOS FLUIDOS
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Orientador
Coorientador
Figueiredo, Rafael Alves
Resumo
O presente trabalho foi desenvolvido com a finalidade de realizar um estudo sobre a ascensão
de um fluido em um cilindro rotativo, utilizando a dinâmica computacional dos fluidos para
comparação com o resultado analítico. Foram analisadas: a influência da velocidade de rotação
do cilindro, o coeficiente de tensão interfacial, viscosidade dinâmica da fase dispersa e ângulo de
contato no comportamento da interface neste tipo de escoamento. A metodologia foi dividida em
modelo físico, no qual se detalha as hipóteses simplificadoras consideradas, modelo matemático,
no qual obteve-se a solução analítica do problema e modelo computacional, o detalhamento dos
parâmetros e os métodos utilizados nas simulações numérico-computacionais. Utilizou-se o
software Ansys Fluent, com o método de volume de fluidos, e o software MFSim, com os
métodos de volume de fluidos e fronteira imersa. Os resultados obtidos através das simulações
numérico-computacionais foram comparados com a solução analítica. Explicou-se a influência
do coeficiente de tensão interfacial e ângulo de contato no escoamento pelos efeitos das forças
de coesão e de molhabilidade. Obteve-se menor erro relativo, em comparação com a solução
analítica, cerca de 4 % para um coeficiente de tensão interfacial de 0,001 N/m e ângulo de
contato de 90◦
, chegando a 30 % para um coeficiente de tensão interfacial de 0,1 N/m e ângulo
de contato de 150◦
.
Abstract
This work was developed with the aim of conducting a study on the rise of a fluid in a
rotating cylinder, using computational fluid dynamics for comparison with the analytical result.
The influence of the cylinder’s rotation speed, surface tension coefficient, dynamic viscosity of
the dispersed phase, and contact angle on the behavior of the interface in this type of flow
was analyzed. The methodology was divided into physical model, which details the simplifying
assumptions considered, mathematical model, in which the analytical solution to the problem
was developed, and computational model, which details the parameters and methods used
in the numerical-computational simulations. The Ansys Fluent software, with the volume of
fluids method, and the MFSim software, with the volume of fluids and immersed boundary
methods, were used. The results obtained through the numerical-computational simulations
were compared with the analytical solution. The influence of the interfacial tension coefficient
and contact angle on the flow was explained through the effects of cohesive and wettability
forces. The lowest relative error, compared to the analytical solution, was around 4 % for an
interfacial tension coefficient of 0.001 N/m and a contact angle of 90◦
, reaching 30 % for an
interfacial tension coefficient of 0.1 N/m and a contact angle of 150◦
.
Palavras-chave
dinâmica dos fluidos computacional, computational fluid dynamics, volume de fluidos, volume of fluids, fronteira imersa, immersed boundary, tensão interfacial, surface tension, ângulo de contato, contact angle
Citação
PINTO, Saulo Andrade. Estudo da ascensão de um fluido em um cilindro rotativo. 2025. 64 f. Trabalho de Conclusão de Curso (Graduação em Engenharia Mecânica) - Universidade Federal de Uberlândia, Uberlândia, 2025.
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