Modelagem de dois fluidos de escoamentos gás-sólido: uma análise sub-malha através do método de forcing function e aplicação de ajuste dinâmico a simulações de grandes escalas

• Processo: 14/11359-2
• Modalidade de apoio: Bolsas no Exterior - Estágio de Pesquisa - Pós-Doutorado
• Data de Início da vigência: 01 de março de 2015
• Data de Término da vigência: 29 de fevereiro de 2016
• Área de conhecimento: Engenharias - Engenharia Química - Processos Industriais de Engenharia Química
• Pesquisador responsável: Paulo Seleghim Júnior
• Beneficiário: Christian Lea Coelho da Costa Milioli
• Supervisor: Sankaran Sundaresan
• Instituição Sede: Escola de Engenharia de São Carlos (EESC). Universidade de São Paulo (USP). São Carlos , SP, Brasil
• Instituição Anfitriã: Princeton University, Estados Unidos
• Vinculado à bolsa: 13/03745-7 - Fechamentos sub-malha para modelagem de escoamentos gás-sólido, BP.PD
• Assunto(s): Leito fluidificado
• Palavra(s)-Chave do Pesquisador: Escoamentos gás-sólido | Leitos fluidizados | Modelagem de dois fluidos | simulação sub-malha | Escoamentos multifásicos

Resumo

A presente proposta de estágio de pesquisa no exterior integra o contexto do trabalho de pós-doutorado em andamento, projeto FAPESP 2013/03745-7. O Professor Sankaran Sundaresan é colaborador deste projeto e o estágio é proposto para ser desenvolvido na Universidade de Princeton sob sua supervisão. O projeto FAPESP 2013/03745-7 foi implementado em julho de 2013 e seus principais objetivos são o desenvolvimento de novas correlações sub-malha para escoamentos gás-sólido aplicando o procedimento de forcing function e a implementação de ajuste dinâmico em simulações de grandes escalas. Até o momento, foi realizada extensa revisão de literatura pertinente e implementações de testes preliminares do procedimeto de forcing em simulações altamente resolvidas de escoamentos gás-sólido. Os resultados dos testes realizados com duas diferentes formas matemáticas do procedimento de forcing mostraram-se promissores permitindo alterar os valores das taxas de deformação escalar de ambas as fases, conforme pretendido, sem introduzir qualquer padrão ou alterar a topologia do escoamento. Verificado o êxito da aplicação de forcing em escoamentos gás-sólido, o estágio atual do trabalho volta-se para a verificação sistemática da resposta do escoamento a perturbações por forcing feitas em diferentes faixas de freqüência. Este procedimento, usual em estudos sub-malha de turbulência, permitirá investigar a questão da falta de separação de escalas nos escoamentos gás-sólido, além de introduzir nas simulações diferentes valores de taxa de cisalhamento escalar para verificação da resposta dos parâmetros viscosos filtrados de ambas as fases. A etapa de testes continuará ao longo dos próximos meses a fim de se estabelecer de forma rigorosa a maneira pela qual as perturbações via forcing devem ser impostas às simulações, estabelecendo-se assim uma metodologia. Em Princeton pretende-se realizar uma extensa etapa de experimentações computacionais aplicando forcing seguida de análises de resultados para aprimoramento dos modelos viscosos propostos por Milioli et al., 2013. Outro tópico, objeto do corrente projeto de pós-doutorado, é o ajuste dinâmico, a ser aplicado em simulações de grandes escalas. No momento, o ajuste dinâmico se encontra em fase de revisão bibliográfica e estabelecimento de testes preliminares de implementação, que deverão se estender ao longo dos próximos meses. Espera-se dar seqüência a estes desenvolvimentos ao longo da estada em Princeton. O presente projeto de pós-doutorado em desenvolvimento no Brasil representa uma continuidade do trabalho de pesquisa realizado por esta pesquisadora em Princeton entre Outubro de 2011 e Dezembro de 2012 (processo FAPESP 2011/11278-4). O trabalho desenvolvido em Princeton em 2011-2012 foi altamente produtivo, resultando em duas publicações em periódicos e 7 publicações em eventos científicos internacionais. As pesquisas realizadas deram origem a uma real contribuição para o estado da arte com o desenvolvimento de novos modelos sub-malha recentemente implementados no código aberto MFIX do Departamento de Energia dos USA (release MFIX2013-2, National Energy Technology Laboratory, U. S. Department of Energy, https://mfix.netl.doe.gov/). Avalia-se que o sucesso obtido em 2011-2012 foi consequência direta das condições de trabalho oferecidas pela Universidade de Princeton e pelo grupo de pesquisa do Professor Sundaresan. O ritmo de trabalho foi intenso em vista das interações constantes com cientistas de alto nível na área de pesquisa, e em vista da ampla disponibilidade de infra-estrutura, recursos computacionais de ponta, e apoio técnico altamente eficiente. Tais condições inexistem na EESC-USP, onde o presente projeto de pós-doutorado se desenvolve. Para este novo estágio de pesquisa proposto para ser desenvolvido em Princeton espera-se resultados semelhantes aos obtidos em 2011-2012, com novas contribuições para o estado da arte através da proposição de modelos sub-malha ainda mais realistas. (AU)