Fluidodinâmica computacional da ascensão de bolhas em líquidos de elevada viscosidade
O método Volume de Fluido (VOF) é amplamente utilizado na simulação de escoamentos multifásicos, como a movimentação de bolhas através de líquidos. No entanto, há poucos estudos voltados à ascensão de bolhas em meios altamente viscosos, como polímeros fundidos. Esse tipo de escoamento está presente...
| Autor: | |
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| Tipo de recurso: | tesis de maestría |
| Estado: | Versión publicada |
| Fecha de publicación: | 2025 |
| País: | Brasil |
| Institución: | Universidade Federal do Rio Grande do Sul (UFRGS) |
| Repositorio: | Biblioteca Digital de Teses e Dissertações da UFRGS |
| Idioma: | portugués |
| OAI Identifier: | oai:www.lume.ufrgs.br:10183/296362 |
| Acceso en línea: | http://hdl.handle.net/10183/296362 |
| Access Level: | acceso abierto |
| Palabra clave: | Dinâmica dos fluidos computacional Fluidos viscosos Bolhas de ar Bubble column Computational fluid dynamics (CFD) Multiphase simulation Volume of Fluid (VOF) InterFoam (OpenFOAM®) Viscosity ratio Bubble terminal velocity Interfacial instability |
| Sumario: | O método Volume de Fluido (VOF) é amplamente utilizado na simulação de escoamentos multifásicos, como a movimentação de bolhas através de líquidos. No entanto, há poucos estudos voltados à ascensão de bolhas em meios altamente viscosos, como polímeros fundidos. Esse tipo de escoamento está presente em diversas aplicações industriais, que vão desde o processamento de espumas até a calandragem de borracha. Enquanto, na literatura, encontram-se razões de viscosidade líquido-gás (rμ) de no máximo 10⁵, processos reais podem envolver razões da ordem de 10⁸. Nesta dissertação, investiga-se a dinâmica de uma bolha em líquidos de elevada viscosidade, utilizando-se o solver interFoam (VOF, OpenFOAM®) e uma configuração de coluna preenchida com líquido inicialmente em repouso. Consideram-se dois cenários: ascensão natural, promovida apenas pela gravidade, e ascensão forçada, com fluxo entrante imposto na base da coluna. A viscosidade do meio líquido é aumentada até valores representativos de polímeros fundidos (104 Pa·s), observando-se o efeito sobre a dinâmica da bolha. Os resultados indicam que as velocidades terminais simuladas pelo interFoam tendem à lei de Stokes para baixas viscosidades (erro médio de 10,8%), mas se desviam em direção à lei de Hadamard-Rybczynski em condições mais viscosas (erro médio de 9,1%). Em regimes de alta viscosidade com fluxo forçado (|| uin || = 9 mm/s), nota-se uma elongação vertical progressiva da bolha a partir de rμ = 5 × 105. Além disso, para rμ > 3 × 106, observam-se oscilações no contorno da bolha, indicando o surgimento de uma instabilidade associada ao elevado contraste de viscosidade entre as fases. |
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