Dinâmica de escoamentos de fluidos viscoeláticos

Resumo

Muitos dos fluidos complexos de interesse industrial (incluindo soluções poliméricas) apresentam comportamento viscoelástico, ou seja, mostram respostas viscosas e elásticas às forças e, portanto, sua caracterização é particularmente importante para a indústria estimar as condições ideais para bombear, misturar e armazená-los em operações industriais. Uma das principais características dos fluidos viscoelásticos é a presença de memória; tensões nesses fluidos dependem do histórico do escoamento. Além disso, esse tipo de fluido gera tensões ausentes em sua contraparte newtoniana, que resultam em fenômenos de fluxo interessantes, porém complexos. A modelagem e simulação numérica de escoamentos viscoelásticos em geometrias complexas tornam-se desafiadoras, principalmente devido ao seu comportamento dependente do tempo. Por esse motivo, são necessários métodos numéricos eficientes para obter resultados precisos de simulação. Neste projeto, estamos interessados em simular problemas de fluxo viscoelástico usando um novo método de diferença finita [8] que foi desenvolvido recentemente para resolver equações diferenciais parciais derivadas de fluxos incompressíveis newtonianos. Este método foi comparado com outras técnicas numéricas disponíveis na literatura e provou ser um método eficiente. Além disso, o novo método das diferenças finitas foi estendido para as equações de Navier-Stokes, mostrando bons resultados de convergência. Para o projeto, selecionaremos um grupo de diferentes equações constitutivas capazes de descrever o comportamento reológico dos fluidos viscoelásticos, que serão acoplados às equações de momento e de conservação de massa, descritas na seção a seguir. Essas equações serão usadas para simular fluidos viscoelásticos em diferentes geometrias de fluxo que são comumente encontradas em processos industriais (como fluxo de cisalhamento simples, fluxo de canal acionado por pressão e canal de expansão repentina). As equações governantes (equação constitutiva, de continuidade e de conservação do momento) serão resolvidas usando o novo método das diferenças finitas. Depois que a precisão do método for testada, nosso objetivo será desenvolver uma metodologia computacional de fluxos viscoelásticos, que será implementada no software HIGFLOW. Este software usa diferenças finitas em uma grade escalonada e é genérico em dimensional e tipo de fluxo. (AU)