Phase change modelling for non-isothermal flows: a mathematical, numerical and computational model for pure substances

• Autor(a) principal: Duarte, Bernardo Alan de Freitas
• Data de Publicação: 2018
• Tipo de documento: Tese
• Idioma: eng
• Título da fonte: Repositório Institucional da UFU
• Texto Completo: https://repositorio.ufu.br/handle/123456789/22393; http://dx.doi.org/10.14393/ufu.te.2018.795
• topic: CNPQ::ENGENHARIAS::ENGENHARIA MECANICA::FENOMENOS DE TRANSPORTE::TRANSFERENCIA DE CALOR; CFD; DCC; Boiling; Condensation; Engenharia mecânica; Escoamento bifásico - Modelos matemáticos; Escoamento bifásico - simulação por computador; Ebulição; Condensação; Bolhas; Forças de recuo; Bubble; Recoil force

A dinâmica de fluidos computacional é uma importante ferramenta para o estudo de escoamentos presentes na natureza e em aplicações de engenharia. A modelagem computacional de problemas típicos de engenharia permite aumentar a eficiência de processos produtivos e de equipamentos em diversos setores da economia. Além disso, o estudo de características fundamentais de escoamentos possibilita a criação de um arcabouço teórico importante para diversas linhas de pesquisa dessa área. Nos últimos anos, a modelagem de problemas de mudança de fase tem sido conduzida utilizando modelos computacionais. Na presente tese de doutorado, foi desenvolvido um modelo matemático, numérico e computacional de escoamentos não-isotérmicos com mudança de fase. O código MFSim foi utilizado para a performance de todas as simulações computacionais e o cluster do Laboratório de Mecânica dos Fluidos (MFLab) foi empregado para a execução das simulações na Universidade Federal de Uberlândia (UFU). O modelo computacional foi verificado e validado com inúmeros casos da literatura. Finalmente, um complexo caso de condensação de contato direto (DCC) em cross-flow foi conduzido, demonstrando a potencialidade do código MFSim para modelar até mesmo problemas de grande complexidade. Problemas de ebulição de líquido ao redor de uma bolha de vapor foram utilizados para vallidação com solução teórica e analítica. Os resultados do presente trabalho apresentaram baixos desvios em relação aos resultados prévios da literatura. Correntes espúrias foram investigadas e quantificadas. Finalmente, forças particulares a problemas de mudança de fase em CFD foram quantificadas e sua influência nos problemas estudados foram nulas mesmo para situações críticas.