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ORCID:  http://orcid.org/0009-0002-9664-6588
Document type: Trabalho de Conclusão de Curso
Access type: Acesso Aberto
Title: CFD aplicado ao escoamento rotacional laminar e isotérmico para fluidos de Bingham em região anular
Alternate title (s): CFD applied to laminar and isothermal rotational flow for Bingham fluids in annular region
Author: Silvestre, Marcos Vinícios
First Advisor: Kyriakidis, Yanne Novais
First member of the Committee: Silva, Danylo de Oliveira
Second member of the Committee: Vieira, Luiz Gustavo Martins
Summary: A mecânica dos fluidos é uma ciência fundamental na engenharia, pois fornece os princípios e as técnicas necessários para projetar sistemas e dispositivos fluidodinâmicos que funcionem de maneira eficaz, segura e eficiente em uma ampla gama de aplicações. Ela desempenha um papel crítico na engenharia moderna, contribuindo para o progresso tecnológico e o desenvolvimento de soluções inovadoras. Dessa maneira, o presente trabalho teve o objetivo de estudar o escoamento laminar de fluidos de Bingham em região anular, em que temos a parede interna rotacionando e a externa estacionária e assim, observar o comportamento desses fluidos com diferentes tensões críticas de cisalhamento e diferentes viscosidades aparentes. Assim, foi analisado o comportamento dos fluidos por meio de simulações fluidodinâmicas computacionais (CFD) utilizando os softwares GAMBIT e Ansys Fluent Student para criar a geometria, malha e realizar as simulações, o que permitiu uma comparação entre os perfis de velocidade tangencial ao longo da região anular com a solução algébrica obtida através das Equações de Transporte. Os resultados obtidos tanto via CFD quanto solução analítica mostraram-se próximos, com desvio médio de no máximo 2,63% para a velocidade tangencial, considerando essas duas abordagens. Em suma, notou-se que os fluidos que possuem o mesmo número de Bingham se comportam de maneira semelhante em relação ao escoamento viscoso quando submetidos a forças cisalhantes, apresentando assim o mesmo perfil de velocidade. Desse modo, quanto maior a tensão crítica de cisalhamento, maior será a resistência do fluido ao escoamento, em que o aumento na tensão crítica de cisalhamento do fluido de Bingham se torna mais pronunciado à medida que se afasta da parede interna, devido à dissipação de força que ocorre até atingir a parede externa, onde a velocidade tangencial tende a zero. Por fim, o estudo revelou resultados favoráveis na simulação do caso, demonstrando uma concordância notável quando comparado com as soluções algébricas.
Abstract: Fluid mechanics is a fundamental science in engineering, as it provides the principles and techniques needed to design fluid dynamic systems and devices that work effectively, safely and efficiently in a wide range of applications. It plays a critical role in modern engineering, contributing to technological progress and the development of innovative solutions. The aim of this work was to study the laminar flow of Bingham fluids in an annular region, where the inner wall is rotating and the outer wall is stationary, and to observe the behavior of these fluids with different critical shear stresses and different apparent viscosities. Thus, the behavior of the fluids was analyzed by means of computational fluid dynamics (CFD) simulations using the GAMBIT and Ansys Fluent Student software to create the geometry, mesh and perform the simulations, which allowed a comparison between the tangential velocity profiles along the annular region with the algebraic solution obtained through the Transport Equations. The results obtained both via CFD and analytical solution were close, with an average deviation of no more than 2.63% for the tangential velocity, considering these two approaches. In short, it was noted that fluids with the same Bingham number behave in a similar way in relation to viscous flow when subjected to shear forces, thus presenting the same velocity profile. Thus, the higher the critical shear stress, the greater the fluid's resistance to flow, where the increase in the critical shear stress of the Bingham fluid becomes more pronounced as it moves away from the inner wall, due to the dissipation of force that occurs until it reaches the outer wall, where the tangential velocity tends to zero. Finally, the study revealed favorable results in the simulation of the case, showing remarkable agreement when compared to the algebraic solutions.
Keywords: Fluido de Bingham
Bingham fluid
escoamento anular,
annular flow
tensão crítica de cisalhamento
critical shear stress
viscosidade aparente
apparent viscosity
simulação CFD
CFD simulation
Area (s) of CNPq: CNPQ::ENGENHARIAS::ENGENHARIA MECANICA::FENOMENOS DE TRANSPORTE::MECANICA DOS FLUIDOS
Language: por
Country: Brasil
Publisher: Universidade Federal de Uberlândia
Quote: Silvestre, Marcos Vinícios. CFD aplicado ao escoamento rotacional laminar e isotérmico para fluidos de Bingham em região anular. 2013. 41 f. Trabalho de Conclusão de Curso (Graduação em Engenharia Química) – Universidade Federal de Uberlândia, Uberlândia, 2014.
URI: https://repositorio.ufu.br/handle/123456789/43094
Date of defense: 30-Nov-2013
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