Análise numérica da dinâmica de crescimento da bolha de vapor em ebulição

Autor(es)

Mateus Faria de Andrade Paschoal

• Tipo de documento: Dissertação de Mestrado
• Imprenta: Ilha Solteira. 2020-08-28.
• Instituição: Universidade Estadual Paulista (Unesp). Faculdade de Engenharia. Ilha Solteira
• Data de defesa: 2020-06-25
• Orientador: Elaine Maria Cardoso; João Batista Campos Silva

Resumo

O presente trabalho possui enfoque em apresentar e desenvolver um programa capaz de simular a dinâmica de crescimento de uma bolha em regime de ebulição nucleada. Apresenta também fundamentos de mecânica dos fluidos, transferência de calor, métodos de rastreio e/ou captura de fronteira e métodos computacionais. Com a linguagem de programação Fortran 90 acoplado à IDE do CodeBlocks fez-se um programa para simular escoamentos de fluidos incompressíveis em coordenadas cartesianas sem e com mudança de fase. Para discretizar as equações governantes do problema, usou-se o Método de Elementos Finitos com o esquema da Separação Baseado na Característica (CBS) para estabilização da solução. Apresenta-se também no texto o desenvolvimento teórico dos métodos de discretização e estabilização. O código referente às equações fluidodinâmicas e térmica implementado foi testado no problema da cavidade com tampa deslizante e com convecção natural cujo domínio foi discretizado por uma malha não estruturada de elementos tetraédricos lineares e com malha estruturada de elementos hexaédricos lineares. Verificou-se que malhas estruturadas mostraram uma maior estabilidade para simulação do campo de pressão. Testou-se também resolver o campo de pressão através da Equação de Poisson para pressão e pelo Método da Compressibilidade Artificial. Foi evidenciado que ambos os métodos geram resultados muito similares para o campo de velocidade. Pela comparação dos resultados obtidos com os resultados benchmarking observa-se em alguns casos que o programa feito é capaz de simular um escoamento com transferência de calor com baixas velocidades. O código referente às equações de captura de fronteira também foi testado com um método Level Set modificado, que se mostrou um método para captura de fronteira fácil de ser implementado e que retorna resultados coerentes com as simulações de referência. Por fim, a simulação da dinâmica de crescimento de uma bolha em regime de ebulição nucleada mostrou raios de crescimento coerentes com dados experimentais da literatura. (AU)

• Processo FAPESP: 18/12010-4 - Análise numérica da influência da rugosidade e da tensão superficial sobre a dinâmica de crescimento e partida da bolha de vapor em ebulição
• Beneficiário: Mateus Faria de Andrade Paschoal
• Modalidade de apoio: Bolsas no Brasil - Mestrado