Modelagem Lattice Boltzmann multicomponente para o escoamento de fluidos imiscíveis com altas razões de viscosidade

• Autor(a) principal: Bazarin, Ricardo Leite Martins
• Data de Publicação: 2023
• Tipo de documento: Tese
• Idioma: por
• Título da fonte: Repositório Institucional da UTFPR (da Universidade Tecnológica Federal do Paraná (RIUT))
• Texto Completo: http://repositorio.utfpr.edu.br/jspui/handle/1/30982
• topic: CNPQ::ENGENHARIAS::ENGENHARIA MECANICA; Modelagem; Método de Lattice Boltzmann; Escoamento; Dinâmica dos fluidos; Viscosidade; Modelyng; Lattice Boltzmann methods; Runoff; Fluid dynamics; Viscosity; Engenharia Mecânica

O presente trabalho propõe o desenvolvimento de um modelo lattice Boltzmann multicomponente para a representação de elevadas razões de viscosidade em escoamentos imiscíveis, utilizando como referência no seu desenvolvimento os modelos descritos por Shan e Chen (1993) e Philippi et al. (2012). O modelo proposto é elaborado com base na utilização de esquemas de discretização de alta ordem e na adaptação de um modelo de colisão baseado em momentos. Através de análises de Chapman-Enskog que recuperam as equações governantes do modelo discretizado numericamente, demonstra-se que as equações de balanço do presente modelo eliminam erros de discretização e de modelagens presentes no modelo proposto por Shan e Chen (1993).Resultados de verificação do modelo de colisão baseado em momentos foram conduzidos para verificação da hipótese de Stokes em escoamentos incompressíveis, sendo observado que o modelo aumenta a estabilidade numérica e reduz os efeitos de compressibilidade característico do LBM, ambos mantendo a taxa de convergência de malha em segunda ordem. A validação do modelo multicomponente é feita por meio dos problemas de bolha estática, escoamento de Poiseuille para dois-componentes e deslocamento fluido-fluido, sendo analisados os comportamentos de limite de estabilidade numérica, acurácia e magnitude de correntes espúrias. Os resultados demonstram limites de estabilidade numérica para a razão de viscosidade tendendo ao infinito nos problemas de bolha estática e escoamento de Poiseuille para dois-componentes, enquanto no problema de deslocamento fluido-fluido notam-se limites na ordem de 104 . Nas demais análises de correntes espúrias e acurácia, observou-se conformidade dos resultados com os apresentados pelos demais modelos da literatura. Por fim, o presente modelo é empregado na representação do problema de deslocamento fluido-fluido em meio poroso, sendo observada boa capacidade de representação dos comportamentos que caracterizam os diferentes estados de deslocamento, assim como altas faixas de estabilidade numérica da razão de viscosidade na ordem de 10−6 até 106 , dependendo do número de capilaridade.