Simulações numéricas diretas e modelos de ordem reduzida para fluidos supercríticos em repouso e em movimento

• Processo: 24/08730-2
• Modalidade de apoio: Bolsas no Brasil - Pós-Doutorado
• Data de Início da vigência: 01 de agosto de 2024
• Data de Término da vigência: 31 de julho de 2026
• Área de conhecimento: Engenharias - Engenharia Mecânica - Fenômenos de Transportes
• Pesquisador responsável: Luben Cabezas Gómez
• Beneficiário: Davi Bernhard de Souza
• Instituição Sede: Escola de Engenharia de São Carlos (EESC). Universidade de São Paulo (USP). São Carlos , SP, Brasil
• Vinculado ao auxílio: 22/15765-1 - Estudo de fenômenos de transporte aplicados à tecnologias emergentes de conversão de energia e armazenamento, AP.TEM
• Assunto(s): Camada limite Modelos de ordem reduzida Simulação numérica direta Mecânica dos fluidos
• Palavra(s)-Chave do Pesquisador: camada limite | Escoamentos supercríticos | Instabilidades numérica | Modelos de Ordem Reduzida | Ondas termoacústicas | Simulação numérica direta | Mecânica dos Fluidos

Resumo

O ponto crítico representa um estado termodinâmico além do qual as fases gasosa e líquida de um fluido não podem mais coexistir. Esta instabilidade mecânica cria um fenômenoconhecido como anomalia crítica, ou seja, todas as propriedades termodinâmicas divergem algebricamente quando o ponto crítico é alcançado ao longo da temperatura reduzida. Além disso, os respectivos expoentes críticos são essencialmente universais para todos os fluidos e correlacionados de tal forma que apenas existem dois distintos. Essas anomalias geralmente resultam em um comportamento incomum do fluido. Por exemplo,a compressibilidade do fluido exibe um aumento acentuado mesmo para escoamentos de baixo número Mach, o que permite que diferenças mínimas de temperatura gerem ondas termoacústicas. Essas ondas transportam energia da camada limite térmica para o fluido em velocidades acústicas. Quandoisto ocorre em um meio confinado, isso leva a um rápido aumento da temperatura global.Conhecido como efeito pistão, esse fenômeno foi observado pela primeira vez em experimentos de baixa gravidade e explicado logo após usando um modelo termodinâmico simplificado, bem como simulações das equações compressíveis de Navier-Stokes. Desde esses estudos pioneiros, a influência de estados termodinâmicos quase críticos no escoamento de fluidos e na transferência de calor tem sido extensivamente explorada. Trabalhos recentes sobre transferência de calor supercrítica i) mostraram que as propriedades variáveis dos fluidos têm pouco efeito no aumento médio da temperatura, ii) descreveram os requisitos necessários de consistência para que os resultados obtidos a partir de simulações do modelo termodinâmico e através das equações de Navier-Stokes coincidam, iii) derivaram uma expressão analítica para o tempo de relaxamento da temperatura média, iv) demonstraram a importância da modelagem da impedância da parede ao tentar validar simulações de Navier-Stokes e v) mostraram que a impedância da parede pode essencialmente eliminar o efeito do pistão. Por fim, vale ressaltar uma tentativa bastante recente de entender melhor como as instabilidades dos escoamentos de fluidos são afetadas por a proximidade do ponto crítico termodinâmico.