Investigação numérica da sedimentação de partícula em fluido de lei de potência utilizando o método lattice – Bolzmann

• Autor(a) principal: Nardi, Vanessa Glück
• Data de Publicação: 2018
• Tipo de documento: Dissertação
• Idioma: eng
• Título da fonte: Repositório Institucional da UTFPR (da Universidade Tecnológica Federal do Paraná (RIUT))
• Texto Completo: http://repositorio.utfpr.edu.br/jspui/handle/1/3467
• topic: CNPQ::ENGENHARIAS::ENGENHARIA MECANICA::FENOMENOS DE TRANSPORTE; Arquimedes; Sedimentação e depósitos; Sedimentos (Geologia); Arrasto (Aerodinâmica); Teoria do transporte; Método Lattice Boltzmann; FORTRAN (Linguagem de programação de computador); Arquimedes; Sedimentation and deposition; Sediments (Geology); Drag (Aerodynamics); Transport theory; Lattice Boltzmann methods; FORTRAN (Computer program language); Engenharia Mecânica

Sedimentação de partículas imersas em fluidos não newtonianos é de grande interesse industrial. Especificamente na indústria de petróleo, os cascalhos oriundos do processo de perfuração da rocha devem ser constantemente removidos de forma a limpar adequadamente a região da broca. Sendo assim, a sedimentação de cascalhos deve ser evitada de forma que complicações adicionais como o bloqueio da broca e uma parada operacional não programada sejam evitadas. Dessa forma, as propriedades reológicas do fluido de perfuração devem ser cuidadosamente arranjadas para que o fluido possa cumprir essas, dentre outras, funções. Portanto, é de grande importância entender a dinâmica da sedimentação de partículas em fluidos de perfuração. Neste trabalho, uma solução numérica para investigação da sedimentação de partículas em fluidos não newtonianos foi proposta. O problema consiste em uma partícula 2D liberada a partir do repouso em um fluido não-newtoniano representado por uma expressão de lei de potência. O objetivo do presente trabalho foi desenvolver um programa capaz de representar adequadamente o movimento de partículas imersas em um fluido Power-law. Com base na revisão da literatura, o problema foi resolvido através do método lattice-Boltzmann acoplado ao método da fronteira imersa e sua implementação foi feita via linguagem FORTRAN. O efeito Power-law foi incorporado ao programa através do método da viscosidade adaptativa. Por meio de problemas de verificação, foi comprovado que o programa desenvolvido foi capaz de representar satisfatoriamente a dinâmica de sedimentação de partículas em fluidos Newtonianos e em fluidos Power-Law. Um estudo paramétrico foi então realizado variando o diâmetro das partículas, d, o índice de lei de potência, n e razão de densidades partícula / fluido, ρr. Em geral, independentemente da combinação de d e ρr, um aumento do comportamento pseudoplásico leva a maiores velocidades de sedimentação. Os resultados foram então escritos na forma adimensional, de tal forma que o número de Reynolds generalizado, Repl;T e o coeficiente de arrasto, CD;T , experimentados pela partícula em sua velocidade terminal , pudessem ser escritos em função de n e do número de Arquimedes generalizado, Arpl.