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Modelagem numérica de microfluídica através do método lagrangeano sem malha smoothed particle hydrodynamics

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Autor(es):
Edgar Andres Patiño Nariño
Número total de Autores: 1
Tipo de documento: Tese de Doutorado
Imprenta: Campinas, SP.
Instituição: Universidade Estadual de Campinas (UNICAMP). Faculdade de Engenharia Mecânica
Data de defesa:
Membros da banca:
Luiz Otavio Saraiva Ferreira; Renato Pavanello; José Alexandre Diniz; Carolina Palma Naveira Cotta; Afonso Paiva Neto
Orientador: Luiz Otavio Saraiva Ferreira
Resumo

O transporte controlado de pequenas quantidades de fluidos é fundamental para desenvolver os laboratórios químicos em um chip (Lab-On-a-Chip, ou LOC, em inglês), ou seja, sistemas miniaturizados de crescente utilização na análise em áreas como Química, Bioquímica, Farmácia e Biologia, que tendem a substituir os atuais equipamentos analíticos. Os microdispositivos são essenciais para o transporte controlado e preciso de fluidos. Porém, ainda não foi desenvolvida uma metodologia para o cálculo do comportamento de fluidos em micro-dispositivos, existindo assim uma demanda por modelos numéricos capazes de realizá-lo. Esse trabalho apresenta a implementação do método sem malha Smoothed Particle Hydrodynamics (SPH) no desenvolvimento de um simulador 2D para problemas de escoamento de fluidos em micro-dispositivos. O simulador foi programado na linguagem C/C++ para processamento em CPU e na linguagem CUDA-C para processamento em GPU. O estudo da formulação SPH incluiu fenômenos como tensão superficial, multi-fase, capilaridade e molhabilidade para problemas com interação fluido-fluido e fluido-estrutura. As etapas de desenvolvimento do simulador computacional foram: Revisão de métodos de partículas Lagrangianos sem malha elegíveis para a modelagem da interação fluido-estrutura em micro-sistemas; Metologia e formulação das equações constitutivas para a descrição do comportamento do fluido, da estrutura e da interação fluido-estrutura usando SPH; Implementação de fenômenos caraterísticos para micro-fluídica como multi-fase (líquido-líquido) e tensão superficial e capilaridade; E modelagem numérica de microdispositivos para caso de estudo em micro-válvulas e micro-bomba peristáltica. Todas as implementações das formulações no simulador foram validadas através da comparação com resultados da literatura e da experimentação. Assim, o principal objetivo desse trabalho é apresentar o método SPH como uma alternativa na modelagem numérica de fluidos com interação líquido-líquido e líquido-estrutura em problemas de micro-fluídica (AU)

Processo FAPESP: 12/21090-5 - Modelagem Numérica de Microbomba Peristáltica de Elastômero com Métodos Lagrangeanos
Beneficiário:Edgar Andres Patino Narino
Modalidade de apoio: Bolsas no Brasil - Doutorado