Simulação do escoamento não isotérmico de fluidos não-newtonianos em canais convergentes/divergentes

• Autor(a) principal: Fernandes, Carla S.
• Data de Publicação: 2003
• Tipo de documento: Dissertação
• Idioma: por
• Título da fonte: Repositório Científico de Acesso Aberto de Portugal (Repositórios Cientìficos)
• Texto Completo: http://hdl.handle.net/10198/467
• topic: Iogurte; Permutador de calor de placas; Reologia computacional

Este trabalho teve como objectivo simular numericamente o escoamento em estado estacionário de iogurte no interior de um canal pertencente a um permutador de placas. A simulação consistiu na resolução simultânea de três problemas: dois de condução de calor através das placas em aço inox e um de fluxo não-isotérmico do iogurte no canal referido. A simulação foi efectuada recorrendo ao software POLYFLOW, utilizando este o método de elementos finitos na resolução das equações de Navier-Stokes. Na fase inicial do trabalho construiu-se o domínio geométrico do problema, sendo este constituído por três elementos tridimensionais: placa superior, placa inferior e canal por elas delimitado. As placas apresentavam um conjunto de corrugações, tendo-se definido a sua geometria recorrendo a uma função sinusoidal. Posteriormente, efectuou-se a discretização do domínio, obtendo-se uma malha com um total de 161474 elementos (tetraédricos, hexaédricos, prismas e pirâmides) e 34373 nós. O iogurte apresentava um comportamento Não-Newtoniano, sendo a sua viscosidade descrita pelo produto da lei da potência e lei de Arrhenius. Devido ao baixo valor do índice de fluxo e alto valor da energia de activação, estes parâmetros conduziam a dificuldades na convergência das simulações efectuadas. Para a resolução das dificuldades de convergência citadas, utilizou-se o método das iterações de Picard no respeitante ao índice de fluxo e um processo evolutivo na energia de activação. Foi utilizada como condição de fronteira um fluxo de calor variável ao longo das placas para descrever o calor perdido pelo iogurte ao longo das mesmas. Esta condição fronteira foi deduzida recorrendo a dados experimentais. Os dados experimentais disponíveis, nomeadamente temperatura do iogurte à saída do canal, permitiram verificar a validade dos pressupostos considerados nas simulações.