Dinâmica de aerossóis: simulação numérica dos fenômenos de termoforese e difusoforese em micro e nanopartículas sólidas suspensas em uma mistura binária de gases rarefeitos

• Processo: 15/20650-5
• Modalidade de apoio: Auxílio à Pesquisa - Regular
• Vigência: 01 de maio de 2016 - 30 de abril de 2018
• Área do conhecimento: Engenharias - Engenharia Mecânica - Fenômenos de Transportes
• Pesquisador responsável: Denize Kalempa
• Beneficiário: Denize Kalempa
• Instituição Sede: Escola de Engenharia de Lorena (EEL). Universidade de São Paulo (USP). Lorena , SP, Brasil
• Assunto(s): Aerossóis Ar rarefeito Nanopartículas Efeito Soret Difusoforese
• Palavra(s)-Chave do Pesquisador: difusoforese | Gases Rarefeitos | Micro e Nano particulas | Misturas binárias | termoforese | transporte de aerossóis | Dinâmica de gases rarefeitos e aerossóis

Resumo

Os fenômenos de termoforese e difusoforese, os quais são responsáveis pelo transporte de aerossóis na atmosfera e utilizados em muitas inovações tecnológicas que envolvem o transporte de partículas, serão simulados numericamente para o caso de micro e nano partículas sólidas e esféricas suspensas em uma mistura binária de gases rarefeitos. O problema proposto será resolvido numericamente através de métodos de Dinâmica de Gases Rarefeitos, os quais são baseados na solução da equação de Boltzmann e no método estatístico de simulação direta de Monte Carlo. A influência da interação gás-superfície, do modelo de potencial de interação intermolecular e da composição química da mistura na solução do problema proposto será analisada. Efeitos de condensação e/ou evaporação do gás na superfície do aerossol também serão considerados. As forças foréticas atuantes na partícula sólida serão determinadas para um amplo intervalo de número de Knudsen, o qual caracteriza o grau de rarefação do gás, e concentração da mistura. Alguns valores de número de Mach serão considerados visando cobrir os regimes subsônico, sônico e supersônico. Os perfis das propriedades macroscópicas da mistura gasosa ao redor da partícula, tais como pressão, temperatura, velocidade hidrodinâmica e fluxo de calor, também serão determinados visando analisar como a presença da partícula afeta as propriedades de equilíbrio da mistura gasosa. Os cálculos numéricos serão executados utilizando computação paralela em GPU (Graphics Processing Unit) usando a arquitetura CUDA (Compute Unified Device Architecture), desenvolvida pela NVIDIA. Uma visita científica de alguns meses será programada para a realização de alguns experimentos em parceria com pesquisadora da School of Aeronautics and Astronautics, Purdue University, com o objetivo de validar os resultados obtidos numericamente. Devido ao tempo para execução do projeto, o trabalho de pesquisa será restrito a misturas de gases nobres, ou seja, graus internos de rotação e vibração molecular, assim como reações químicas serão considerados somente em projetos futuros. (AU)

Publicações científicas

(5)

(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)

KALEMPA, DENIZE; SHARIPOV, FELIX. Drag and thermophoresis on a sphere in a rarefied gas based on the Cercignani-Lampis model of gas-surface interaction. JOURNAL OF FLUID MECHANICS, v. 900, OCT 10 2020. (15/20650-5)

LEITE, VINICIUS BRAGA; KALEMPA, DENIZE; GRAUR, IRINA. Kinetic modelling of evaporation and condensation phenomena around a spherical droplet. INTERNATIONAL JOURNAL OF HEAT AND MASS TRANSFER, v. 166, FEB 2021. (16/09118-2, 16/20716-9, 15/20650-5)

KALEMPA, D.; SHARIPOV, F.. Radiometric force on a sphere in a rarefied gas based on the Cercignani-Lampis model of gas-surface interaction. Physics of Fluids, v. 33, n. 7, JUL 2021. (15/20650-5)

KALEMPA, DENIZE; SHARIPOV, FELIX. Thermophoretic force on a sphere of arbitrary thermal conductivity in a rarefied gas. VACUUM, v. 201, p. 8-pg., 2022-07-01. (15/20650-5)

KALEMPA, DENIZE; SHARIPOV, FELIX. Drag on a sphere in a slow flow of a binary mixture of rarefied gases. Physics of Fluids, v. 35, n. 8, p. 14-pg., 2023-08-01. (15/20650-5)