Estudo numérico-experimental do comportamento hidrostático de superfícies livres em fluidos magnéticos

Detalhes bibliográficos
Autor(a) principal: Carvalho, Douglas Daniel de
Data de Publicação: 2017
Tipo de documento: Trabalho de conclusão de curso
Idioma: por
Título da fonte: Biblioteca Digital de Monografias da UnB
Texto Completo: http://bdm.unb.br/handle/10483/18765
Resumo: Trabalho de conclusão de curso (graduação)—Universidade de Brasília, Faculdade de Tecnologia, Departamento de Engenharia Mecânica, 2017.
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spelling Carvalho, Douglas Daniel deCunha, Francisco Ricardo daCARVALHO, Douglas Daniel de. Estudo numérico-experimental do comportamento hidrostático de superfícies livres em fluidos magnéticos. 2017. xxvi, 163 f., il. Trabalho de conclusão de curso (Bacharelado em Engenharia Mecânica)—Universidade de Brasília, Brasília, 2017.http://bdm.unb.br/handle/10483/18765Trabalho de conclusão de curso (graduação)—Universidade de Brasília, Faculdade de Tecnologia, Departamento de Engenharia Mecânica, 2017.O trabalho apresentado remete ao projeto final de graduação submetido ao Departamento de Engenharia Mecânica da Faculdade de Tecnologia da Universidade de Brasília, como parte dos requisitos necessários para a obtenção do grau de Engenheiro Mecânico. Este projeto consiste na realização de um estudo teórico, numérico e experimental que visa determinar o formato, bem como a altura de deslocamento vertical de uma superfície livre, formada pela interface entre um ferrofluido e um fluido não-magnético entre duas placas planas verticais paralelas, sob a influência de um campo magnético externo aplicado por um ímã permanente posicionado arbitrariamente no espaço. Um novo modelo matemático é proposto, que acopla consistentemente a equação de Euler da Mecânica dos Fluidos sob o contexto de um fluido magnético em equilíbrio estático, juntamente com as equações de Maxwell no limite magnetostático e a condição de salto de pressões dada pela lei de Young-Laplace, levando à dedução de uma equação diferencial não linear que considera a solução exata para um campo magnético irrotacional variável. Esta equação é resolvida numericamente por integração direta usando um método de Runge-Kutta de quarta ordem, acoplado a um esquema de Newton-Raphson. A influência da variação das variáveis físicas concernentes à fisica do problema no formato bem como na altura de deslocamento vertical da superfície livre é avaliada. O código numérico é validado frente a algumas soluções analíticas para alguns casos assintóticos, como o caso onde ambos os fluidos são considerados não-magnéticos. Em alguns casos analisados, a presença de efeitos magnéticos possibilitou um deslocamento de fluido aproximadamente 180 vezes superior ao apresentado para o caso não-magnético. Medições experimentais de tensão superficial, massa específica e altura de deslocamento vertical de fluidos Newtonianos em capilares com diâmetros internos distintos são também apresentadas. A partir destas medições, foi possível calcular-se ângulos de contato para estes fluidos em cada um dos tubos analisados. As condições do trabalho experimental foram então simuladas numericamente. Uma excelente concordância entre os resultados numéricos e experimentais foi observado.Submitted by Caroline Botelho Teixeira (carolineteixeira@bce.unb.br) on 2017-11-22T11:16:57Z No. of bitstreams: 3 license_text: 0 bytes, checksum: d41d8cd98f00b204e9800998ecf8427e (MD5) license_rdf: 0 bytes, checksum: d41d8cd98f00b204e9800998ecf8427e (MD5) 2017_DouglasDanielDeCarvalho_tcc.pdf: 18122599 bytes, checksum: 02388686255fcc1b9b6372056290a8d8 (MD5)Approved for entry into archive by Ruthlea Nascimento (ruthlea.nascimento@gmail.com) on 2017-12-20T20:02:53Z (GMT) No. of bitstreams: 3 license_text: 0 bytes, checksum: d41d8cd98f00b204e9800998ecf8427e (MD5) license_rdf: 0 bytes, checksum: d41d8cd98f00b204e9800998ecf8427e (MD5) 2017_DouglasDanielDeCarvalho_tcc.pdf: 18122599 bytes, checksum: 02388686255fcc1b9b6372056290a8d8 (MD5)Made available in DSpace on 2017-12-20T20:02:53Z (GMT). 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A new mathematical model is proposed, which consistently couples the equation of Euler of Fluid Mechanics under the context of a static magnetic fluid coupled with with the equations of Maxwell in the magnetostatic limit and the pressure jump condition given by the Young-Laplace law. This procedure leads to an equation which considers the exact solution for a variable irrotational magnetic field. This equation is solved numerically by direct integration using a fourth-order Runge-Kutta method coupled with a Newton-Raphson scheme. The influence of the variation of the physical variables concerning the physics of the problem in the shape as well as the vertical displacement of the free surface is evaluated. The numeric code is validated by means of some asymptotic solutions, such as the case where both fluids are considered non-magnetic. In some analyzed cases, the presence of magnetic effects allowed a fluid displacement approximately 180 times higher than that presented for the non-magnetic case. Experimental measurements of surface tension, density and vertical displacement of Newtonian fluids in capillaries with different internal diameters are also shown. From these measurements, it was possible to calculate contact angles for each fluid in each of the tubes analyzed. The conditions of the experimental work were then simulated numerically. An excellent agreement between the numerical and experimental results was observed.Fluidos magnéticosCapilaridade (Engenharia)FluidosEstudo numérico-experimental do comportamento hidrostático de superfícies livres em fluidos magnéticosinfo:eu-repo/semantics/publishedVersioninfo:eu-repo/semantics/bachelorThesis2017-12-20T20:02:53Z2017-12-20T20:02:53Z2017-06-21info:eu-repo/semantics/openAccessporreponame:Biblioteca Digital de Monografias da UnBinstname:Universidade de Brasília (UnB)instacron:UNBORIGINAL2017_DouglasDanielDeCarvalho_tcc.pdf2017_DouglasDanielDeCarvalho_tcc.pdfapplication/pdf18122599http://bdm.unb.br/xmlui/bitstream/10483/18765/1/2017_DouglasDanielDeCarvalho_tcc.pdf02388686255fcc1b9b6372056290a8d8MD51CC-LICENSElicense_urllicense_urltext/plain49http://bdm.unb.br/xmlui/bitstream/10483/18765/2/license_url4afdbb8c545fd630ea7db775da747b2fMD52license_textlicense_textapplication/octet-stream0http://bdm.unb.br/xmlui/bitstream/10483/18765/3/license_textd41d8cd98f00b204e9800998ecf8427eMD53license_rdflicense_rdfapplication/octet-stream0http://bdm.unb.br/xmlui/bitstream/10483/18765/4/license_rdfd41d8cd98f00b204e9800998ecf8427eMD54LICENSElicense.txtlicense.txttext/plain1817http://bdm.unb.br/xmlui/bitstream/10483/18765/5/license.txt21554873e56ad8ddc69c092699b98f95MD5510483/187652017-12-20 18:02:53.877oai:bdm.unb.br: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Biblioteca Digital de Monografiahttps://bdm.unb.br/PUBhttp://bdm.unb.br/oai/requestbdm@bce.unb.br||patricia@bce.unb.bropendoar:115712017-12-20T20:02:53Biblioteca Digital de Monografias da UnB - Universidade de Brasília (UnB)false
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