Um método numérico para o tratamento de mudanças topológicas em escoamentos viscoelásticos com superfície livre

• Processo: 16/00456-2
• Modalidade de apoio: Bolsas no Brasil - Mestrado
• Data de Início da vigência: 01 de abril de 2016
• Data de Término da vigência: 29 de setembro de 2018
• Área de conhecimento: Ciências Exatas e da Terra - Matemática - Matemática Aplicada
• Pesquisador responsável: Cassio Machiaveli Oishi
• Beneficiário: Hugo Leonardo França
• Instituição Sede: Faculdade de Ciências e Tecnologia (FCT). Universidade Estadual Paulista (UNESP). Campus de Presidente Prudente. Presidente Prudente , SP, Brasil
• Vinculado ao auxílio: 13/07375-0 - CeMEAI - Centro de Ciências Matemáticas Aplicadas à Indústria, AP.CEPID
• Bolsa(s) vinculada(s): 17/04471-9 - Solução numérica de problemas viscoelásticos com superfície livre e mudanças topológicas complexas, BE.EP.MS
• Assunto(s): Análise numérica Fluidos viscoelásticos Superfície livre Métodos numéricos Equações de Navier-Stokes Método front-tracking
• Palavra(s)-Chave do Pesquisador: condições de contorno | Fluidos Viscoelásticos | métodos numéricos | Mudança topológica | Navier-Stokes | superfície livre | Análise numérica

Resumo

Neste trabalho é apresentado o estudo de um método numérico para resolver as equações de Navier-Stokes incompressíveis em escoamentos que possuem superfícies livres e mudanças topológicas. As equações governantes são resolvidas por um método de projeção que desacopla as incógnitas velocidade e pressão. A discretização é feita através de aproximações por diferenças finitas aplicadas a uma malha computacional não-uniforme. O método numérico é aplicado para a solução de problemas envolvendo fluidos Newtonianos e não-Newtonianos. Em particular, os efeitos viscoelásticos são descritos pelo modelo Oldroyd-B, utilizando a formulação Cartesiana clássica e uma forma alternativa para a decomposição da parte polimérica do tensor tensão extra. Esta estratégia alternativa de decomposição, conhecida como Formulação Tensão Natural, é muito atual e resultados numéricos são originalmente discutidos neste trabalho. O novo código com malha não-uniforme é testado nos seguintes problemas: escoamento na cavidade (lid-driven cavity), escoamento no cross-slot, e escoamento no canal com contração. A representação da superfície livre é feita através do método Front-Tracking, que descreve a interface de forma explícita através de partículas marcadoras. O algoritmo de mudanças topológicas é baseado em uma técnica que detecta e desfaz embaraçamentos presentes na interface. Este algoritmo é testado em simulações numéricas como: o impacto entre uma gota e uma camada de fluido, o impacto entre gotas e uma parede rígida, e o alongamento de um jato pela tensão superficial.os pontos e curvas. As técnicas implementadas serão validadas em testes com campo de velocidade preescrita, como por exemplo, o problema de colisão e separação de gotas e o teste dos vórtices com rotação. Além disso, testes de escoamentos com superfícies livres e mudanças topológicas serão investigados, como o alongamento de um filamento de fluido, o impacto de uma gota numa camada (fina) de fluido e a colisão de gotas.

Publicações científicas

(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)

EVANS, JONATHAN D.; FRANCA, HUGO L.; OISHI, CASSIO M.. Application of the natural stress formulation for solving unsteady viscoelastic contraction flows. Journal of Computational Physics, v. 388, p. 462-489, JUL 1 2019. (15/50094-7, 13/07375-0, 16/00456-2, 17/04471-9)

Publicações acadêmicas

(Referências obtidas automaticamente das Instituições de Ensino e Pesquisa do Estado de São Paulo)

FRANÇA, Hugo Leonardo. Um método numérico para o tratamento de mudanças topológicas em escoamentos viscoelásticos com superfície livre. 2018. Dissertação de Mestrado - Universidade Estadual Paulista (Unesp). Faculdade de Ciências e Tecnologia. Presidente Prudente Presidente Prudente.