Modelagem de escoamentos granulares densos: experimentos, simulações numéricas e análises de estabilidade

• Processo: 18/14981-7
• Modalidade de apoio: Auxílio à Pesquisa - Jovens Pesquisadores - Fase 2
• Data de Início da vigência: 01 de maio de 2019
• Data de Término da vigência: 30 de abril de 2026
• Área do conhecimento: Engenharias - Engenharia Mecânica - Fenômenos de Transportes
• Pesquisador responsável: Erick de Moraes Franklin
• Beneficiário: Erick de Moraes Franklin
• Instituição Sede: Faculdade de Engenharia Mecânica (FEM). Universidade Estadual de Campinas (UNICAMP). Campinas , SP, Brasil
• Vinculado ao auxílio: 12/19562-6 - Transporte de grãos por leito móvel e instabilidades associadas, AP.JP
• Auxílio(s) vinculado(s): 23/00665-4 - Formação de padrões em leitos granulares estreitos, AP.R SPRINT; 22/01743-6 - Migração de dunas sobre terrenos irregulares, AP.R
• Bolsa(s) vinculada(s): 24/13981-4 - Interação fluido-partícula na presença de um intruso, BP.PD; 24/13295-3 - Medidas de escoamentos granulares utilizando correlações de imagens digitais, BE.PQ; 22/09083-5 - Campos e velocidades de grãos individuais sobre um leito móvel, BP.IC; + mais bolsas vinculadas 22/08321-0 - Investigação numérica da segregação de partículas em leitos fluidizados polidispersos, BP.MS; 22/09081-2 - Dinâmica de um leito fluidizado por um gás, BP.IC; 22/01758-3 - Escoamento turbulento em meio granular denso: alterações na estrutura do escoamento, BP.PD; 21/11470-4 - Formação de dunas tridimensionais em escoamentos turbulentos, BP.MS; 20/15624-3 - Escoamento turbulento sobre um leito granular deformado: determinação experimental, BP.MS; 20/04151-7 - Deslocamento de um intruso em um meio granular, BP.DR; 20/00221-0 - Leitos fluidizados sólido-líquido: escoamento do fluido, dinâmica dos grãos e formação de padrões, BP.DD; 19/21530-4 - Dinâmica de um leito fluidizado por um líquido, BP.IC; 19/22691-1 - Escoamento turbulento em meio granular denso: alterações na estrutura do escoamento, BP.PD; 19/20888-2 - Simulações CFD-DEM em leitos fluidizados, BP.PD; 19/17047-6 - Determinação experimental da formação de rugas sobre um leito granular, BP.IC; 19/10239-7 - Instabilidades em leitos móveis: dinâmica granular e interação com o escoamento, BP.DD; 19/10989-6 - Escoamento gravitacional de grãos em tubos estreitos: determinação numérica de plugues granulares, BP.IC - menos bolsas vinculadas
• Assunto(s): Mecânica dos fluidos Simulação numérica
• Palavra(s)-Chave do Pesquisador: Cfd-Dem | Experimentos | Instabilidades hidrodinamicas | Meios granulares | Simulações Númericas | Mecânica dos Fluidos

Resumo

O escoamento de materiais granulares em regime denso é bastante comum tanto na natureza como na indústria. Na natureza, alguns exemplos são a erosão de margens de rios, a formação de dunas nos desertos, e deslizamentos de terra em encostas. Na indústria, ele ocorre em processos farmacêuticos, agroalimentares, e na dispersão de poluentes sólidos. Embora de grande interesse prático, estes escoamentos continuam mal compreendidos. Este plano propõe um estudo experimental, numérico e teórico de escoamentos densos de grãos e de sua interação com fluidos. Os experimentos serão realizados em diversas configurações (leitos granulares cisalhados por fluidos, leitos fluidizados e escoamentos gravitacionais). Para os experimentos, os escoamentos granulares serão filmados com câmera de alta velocidade e os deslocamentos de grãos individuais e clusters serão identificados com o uso de códigos numéricos. Quando na presença de líquidos, as velocidades do fluido serão medidas com o uso de PIV (Particle Image Velocimetry) e visualização com câmera rápida. Para a parte numérica, simulações utilizando um código CFD-DEM (computational fluid dynamics - discrete element method) serão realizadas. Para a parte analítica, utilizaremos análises de estabilidade e métodos de perturbação. O objetivo é medir os mecanismos envolvidos, como, por exemplo, choques e atrito grão-grão, arrastos de pressão e viscoso, força de massa virtual, e choques e atrito grão-parede, e então propor novos modelos físicos aplicados ao conjunto de grãos para as diferentes configurações de escoamento. Este projeto é uma continuação do Auxílio Regular atual do proponente (Processo Fapesp 2016/13474-9), e algumas das informações neste projeto se encontram também no referido processo. (AU)

Publicações científicas

(34)

(Referências obtidas automaticamente do Web of Science e do SciELO, por meio da informação sobre o financiamento pela FAPESP e o número do processo correspondente, incluída na publicação pelos autores)

ALVAREZ, CARLOS A.; FRANKLIN, ERICK M.. Horns of subaqueous barchan dunes: A study at the grain scale. Physical Review E, v. 100, n. 4, OCT 9 2019. (16/13474-9, 18/14981-7)

ALVAREZ, CARLOS A.; FRANKLIN, ERICK M.. Shape evolution of numerically obtained subaqueous barchan dunes. Physical Review E, v. 101, n. 1, JAN 21 2020. (18/14981-7)

CARVALHO, DOUGLAS D.; LIMA, NICOLAO C.; FRANKLIN, ERICK M.. Contacts, motion, and chain breaking in a two-dimensional granular system displaced by an intruder. PHYSICAL REVIEW E, v. 105, n. 3, p. 13-pg., 2022-03-18. (19/20888-2, 20/04151-7, 18/14981-7)

CUNEZ, FERNANDO DAVID; FRANKLIN, ERICK M.. Mimicking layer inversion in solid-liquid fluidized beds in narrow tubes. Powder Technology, v. 364, p. 994-1008, MAR 15 2020. (16/18189-0, 16/13474-9, 18/14981-7)

ALVAREZ, CARLOS A.; CUNEZ, FERNANDO DAVID; FRANKLIN, ERICK M.. Growth of barchan dunes of bidispersed granular mixtures. Physics of Fluids, v. 33, n. 5, MAY 2021. (18/14981-7, 16/18189-0)

OLIVEIRA, HENRIQUE B.; FRANKLIN, ERICK M.. Bidisperse micro fluidized beds: Effect of bed inclination on mixing. Physics of Fluids, v. 36, n. 1, p. 9-pg., 2024-01-01. (18/14981-7, 22/08321-0)

GONZALEZ, JAIME O.; FRANKLIN, ERICK M.. Forces and grain-grain contacts in bidisperse beds sheared by viscous fluids. Physics of Fluids, v. 36, n. 11, p. 13-pg., 2024-11-01. (18/14981-7)

LIMA, NICOLAO C.; ASSIS, WILLIAN R.; ALVAREZ, CARLOS A.; FRANKLIN, ERICK M.. Grain-scale computations of barchan dunes. Physics of Fluids, v. 34, n. 12, p. 15-pg., 2022-12-01. (18/14981-7, 19/20888-2, 19/10239-7)

CUNEZ, ESTEBAN A.; FRANKLIN, ERICK M.. Detection and tracking of barchan dunes using artificial intelligence. SCIENTIFIC REPORTS, v. 14, n. 1, p. 13-pg., 2024-08-08. (21/11470-4, 18/14981-7)

ALVAREZ, CARLOS A.; FRANKLIN, ERICK M.. Shape evolution of numerically obtained subaqueous barchan dunes. PHYSICAL REVIEW E, v. 101, n. 1, p. 11-pg., 2020-01-21. (18/14981-7)

CUNEZ, FERNANDO D.; FRANKLIN, ERICK M.; HOUSSAIS, MORGANE; ARRATIA, PAULO; JEROLMACK, DOUGLAS J.. Strain hardening by sediment transport. PHYSICAL REVIEW RESEARCH, v. 4, n. 2, p. 6-pg., 2022-06-08. (16/18189-0, 18/23838-3, 18/14981-7)

CHIMETTA, BRUNO PELISSON; FRANKLIN, ERICK. An analytical comprehensive solution for the superficial waves appearing in gravity-driven flows of liquid films. ZEITSCHRIFT FUR ANGEWANDTE MATHEMATIK UND PHYSIK, v. 71, n. 4, JUL 4 2020. (18/14981-7)

CARVALHO, DOUGLAS D. D.; FRANKLIN, ERICK M. M.. Collaborative behavior of intruders moving amid grains. Physics of Fluids, v. 34, n. 12, p. 13-pg., 2022-12-01. (20/04151-7, 18/14981-7)

CUNEZ, FERNANDO DAVID; FRANKLIN, ERICK M.. Crystallization and jamming in narrow fluidized beds. Physics of Fluids, v. 32, n. 8, AUG 1 2020. (18/14981-7)

ASSIS, W. R.; CUNEZ, F. D.; FRANKLIN, E. M.. Revealing the Intricate Dune-Dune Interactions of Bidisperse Barchans. JOURNAL OF GEOPHYSICAL RESEARCH-EARTH SURFACE, v. 127, n. 5, p. 14-pg., 2022-05-01. (16/18189-0, 18/14981-7, 19/10239-7)

ASSIS, W. R.; FRANKLIN, E. M.. Morphodynamics of Barchan-Barchan Interactions Investigated at the Grain Scale. JOURNAL OF GEOPHYSICAL RESEARCH-EARTH SURFACE, v. 126, n. 8, AUG 2021. (18/14981-7)

CARVALHO, DOUGLAS D.; LIMA, NICOLAO C.; FRANKLIN, ERICK M.. Roles of packing fraction, microscopic friction, and projectile spin in cratering by impact. PHYSICAL REVIEW E, v. 107, n. 4, p. 13-pg., 2023-04-21. (18/14981-7, 20/04151-7)

CUNEZ, FERNANDO DAVID; LIMA, NICOLAO CERQUEIRA; FRANKLIN, ERICK M.. Motion and clustering of bonded particles in narrow solid-liquid fluidized beds. Physics of Fluids, v. 33, n. 2, FEB 1 2021. (18/23838-3, 16/18189-0, 19/20888-2, 18/14981-7)

ALVAREZ, CARLOS A.; FRANKLIN, ERICK M.. Force distribution within a barchan dune. Physics of Fluids, v. 33, n. 1, JAN 1 2021. (18/14981-7)

CUNEZ, FERNANDO D.; FRANKLIN, ERICK M.. Miniaturized gas-solid fluidized beds. MECHANICS RESEARCH COMMUNICATIONS, v. 131, p. 7-pg., 2023-06-26. (16/18189-0, 18/23838-3, 18/14981-7)

SCHNORR FILHO, ELMAR ANTON; LIMA, NICOLAO CERQUEIRA; FRANKLIN, ERICK M.. Resolved CFD-DEM simulations of the hydraulic conveying of coarse grains through a very-narrow elbow. Powder Technology, v. 395, p. 811-821, JAN 2022. (18/14981-7, 19/20888-2)

ASSIS, W. R.; FRANKLIN, E. M.. A Comprehensive Picture for Binary Interactions of Subaqueous Barchans. Geophysical Research Letters, v. 47, n. 18, SEP 28 2020. (19/10239-7, 18/14981-7)

OLIVEIRA, VINICIUS P. S.; BORGES, DANILO S.; FRANKLIN, ERICK M.. Crystallization and refluidization in very-narrow fluidized beds. Physics of Fluids, v. 35, n. 9, p. 9-pg., 2023-09-01. (18/14981-7, 22/01758-3, 20/00221-0)

ASSIS, W. R.; FRANKLIN, E. M.; VRIEND, N. M.. Evolving Dunes Under Flow Reversals: From an Initial Heap Toward an Inverted Dune. JOURNAL OF GEOPHYSICAL RESEARCH-EARTH SURFACE, v. 130, n. 2, p. 15-pg., 2025-02-01. (21/12910-8, 19/10239-7, 18/14981-7)

CARVALHO, D. D.; BERTHO, Y.; SEGUIN, A.; FRANKLIN, E. M.; TEXIER, B. DARBOIS. Drag reduction during the side-by-side motion of a pair of intruders in a granular medium. PHYSICAL REVIEW FLUIDS, v. 9, n. 11, p. 13-pg., 2024-11-19. (18/14981-7, 20/04151-7, 22/12511-9)

ALVAREZ, JIMMY G.; BORGES, DANILO S.; FRANKLIN, ERICK M.. Dataset of turbulent flow over interacting barchan dunes. DATA IN BRIEF, v. 52, p. 7-pg., 2023-12-22. (18/14981-7, 20/15624-3, 22/01758-3)

GONZALEZ, JAIME O.; CUNEZ, FERNANDO D.; FRANKLIN, ERICK M.. Bidisperse beds sheared by viscous fluids: Grain segregation and bed hardening. Physics of Fluids, v. 35, n. 10, p. 11-pg., 2023-10-01. (18/14981-7, 16/18189-0)

ASSIS, W. R.; BORGES, D. S.; FRANKLIN, E. M.. Barchan Dunes Cruising Dune-Size Obstacles. Geophysical Research Letters, v. 50, n. 14, p. 7-pg., 2023-07-28. (18/14981-7, 19/10239-7, 22/01758-3)

ASSIS, WILLIAN R.; BORGES, DANILO S.; FRANKLIN, ERICK M.. On the effect of two-direction seasonal flows on barchans and the origin of occluded dunes. Geomorphology, v. 467, p. 8-pg., 2024-11-06. (18/14981-7, 19/10239-7, 22/01758-3)

CHIMETTA, BRUNO P.; FRANKLIN, ERICK M.. A robust numerical strategy for finding surface waves in flows of non-Newtonian liquids. Journal of Non-Newtonian Fluid Mechanics, v. 322, p. 11-pg., 2023-11-16. (18/14981-7)

LIMA, N. C.; ASSIS, W. R.; ALVAREZ, C. A.; FRANKLIN, E. M.. Barchan-Barchan Dune Repulsion Investigated at the Grain Scale. JOURNAL OF GEOPHYSICAL RESEARCH-EARTH SURFACE, v. 129, n. 8, p. 14-pg., 2024-08-01. (19/20888-2, 18/14981-7, 19/10239-7)

CARVALHO, DOUGLAS D.; LIMA, NICOLAO C.; FRANKLIN, ERICK M.. Impact craters formed by spinning granular projectiles. PHYSICAL REVIEW E, v. 108, n. 5, p. 10-pg., 2023-11-22. (19/20888-2, 18/14981-7, 20/04151-7)

CARVALHO, D. D.; BERTHO, Y.; FRANKLIN, E. M.; SEGUIN, A.. Penetration of a spinning sphere impacting a granular medium. PHYSICAL REVIEW E, v. 109, n. 5, p. 6-pg., 2024-05-13. (18/14981-7, 20/04151-7, 22/12511-9)

ALVAREZ, CARLOS A.; FRANKLIN, ERICK M.. Horns of subaqueous barchan dunes: A study at the grain scale. Physical Review E, v. 100, n. 4, p. 11-pg., 2019-10-09. (16/13474-9, 18/14981-7)