Orientador: Cassio Machiaveli Oishi / Banca: Gilcilene Sanchez de Paulo / Banca: Fernando Luiz Pio dos Santos / Resumo: Esta dissertação apresenta uma metodologia para a simulação de escoamentos incompressíveis viscoelásticos não-isotérmicos, onde a viscosidade e o tempo de relaxação do fluido são dependentes da temperatura. A viscoelasticidade do fluido é modelada pelas equações constitutivas Oldroyd-B e PTT (Phan-Thien-Tanner), onde os parâmetros dependentes da temperatura são modelados pela relação WLF (Willians-Landel-Ferry). A metodologia numérica empregada para resolver o modelo não-isotérmico é baseada no método MAC para escoamentos viscoelásticos via método de projeção. Nesta metodologia, as equações de Navier-Stokes e as equações constitutivas Oldroyd-B e PTT são discretizadas pelo método de diferenças finitas em uma malha deslocada. A metodologia foi verificada na simulação do escoamento não-isotérmico bidimensional entre placas paralelas Poiseuille Flow. Finalmente, a metodologia numérica foi aplicada para resolver o problema da contração 4:1, onde são analisados os efeitos das variação de parâmetros na dinâmica dos vórtices. / Abstract: This monograph presents a methodology for simulating non-isothermal viscoelastic incompressible fluid flows where the viscosity and the relaxation time of the fluid are temperature-dependent. The viscoelasticity of the fluid is modeled by the Oldroyd-B and PTT (Phan-Thien-Tanner) models, where the temperature-dependent parameters are modeled by the WLF (Williams-Landel-Ferry) formulation. The numerical methodology used to solve the non-isothermal model is based on the MAC method for viscoelastic fluid flows via projection method. In this methodology, the Navier-Stokes equations and the Oldroyd-B and PTT constitutive equations are discretized by the finite difference method on a staggered grid. The numerical method was verified by simulation two-dimensional non-isothermal Poiseuille flow. Finally, the numerical methodoly was apllied for solving the 4 : 1 contraction problem in order to analyze the influence of parameters on the vortex dynamic. / Mestre

Orientador: Marcos Akira d'Ávila / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Mecânica / Made available in DSpace on 2018-08-22T01:11:51Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Lima_NicolaoCerqueira_M.pdf: 2608433 bytes, checksum: 1f09fc99d86a78b7861be6972463c29c (MD5) Previous issue date: 2013 / Resumo: A eletrohidrodinâmica trata basicamente dos efeitos de um campo elétrico em meios contínuos. Um fluido sob o efeito de um campo elétrico tende a se deformar devido a uma força elétrica que age sobre ele. Essa força elétrica é consequência de alguns fatores que têm como base as próprias propriedades do fluido. Entre elas estão à condutividade elétrica (capacidade do fluido de ionizar-se ou de conduzir corrente elétrica) e a permissividade elétrica (capacidade do fluido de polarizar-se). Diversos processos que utilizam efeitos elétricos em fluidos foram desenvolvidos nas últimas décadas. O fato de estes processos envolverem uma alta complexidade de parâmetros faz com que seja consumido bastante tempo e material durante a fase de testes. Por esse motivo, as simulações numéricas passaram a ser uma boa alternativa para otimizar tais processos, além de aumentar o conhecimento sobre eles. Nesse contexto, no presente trabalho foi implementado um código numérico (solver) no pacote de CFD OpenFOAM baseado no modelo para fluidos pouco condutores (leaky dieletric model) no intuito de descrever escoamentos eletrohidrodinâmicos. Entre eles estão o efeito de um campo elétrico em uma gota condutora e o afinamento de um jato na saída de um tubo capilar. Eventualmente, em processos eletrohidrodinâmicos, são utilizados polímeros. Entretanto, não há na literatura muitos estudos sobre a simulação de escoamentos eletrohidrodinâmicos utilizando fluidos viscoelásticos. Assim, um segundo código foi implementado, baseado em um código já existente. Este é capaz de simular efeitos elétricos em fluidos viscoelásticos, utilizando a equação constitutiva de Giesekus como modelo viscoelástico. Os resultados obtidos para a deformação da gota condutora foram comparados com resultados analíticos para fluidos newtonianos e com observações experimentais para fluidos viscoelásticos. Para o caso do jato na saída de um tubo capilar, ambos os tipos de fluidos (newtonianos e viscoelásticos) foram comparados com resultados experimentais e teóricos / Abstract: Electrohydrodynamics deals basically on the effects of an electric field on a continuum media. A fluid under the effect of an electric field tends to deform due to an electric force that acts on it. This electric force is a consequence of some factors which are based on the fluid properties, including the electric conductivity (ability of the fluid to ionize or to conduct electrical current) and the permittivity (ability of the fluid to polarize). Many processes using electrical effects in fluids have been developed in recent decades. The fact that these processes involve a high complexity of parameters, it consumes time and materials during the test phase. For that reason, the numerical simulations start being a good alternative to optimize such processes, and also to increase the knowledge about them. In this context, on the present work was implemented a solver on the open CFD software OpenFOAM, based on the leaky dielectric model, in order to describe electrohydrodynamic flows. Among them, are the effect of an electric field on a conducting droplet and the thinning of a jet on the exit of a nozzle. Eventually, in electrohydrodynamic processes, polymers are used. However, there aren't many studies about electrohydrodynamic flow simulation using viscoelastic fluids. So, a second solver was made, based on another existing solver. This second solver is able to simulate electric effects on viscoelastc fluids, using the Giesekus model as a constitutive equation. The results of the deformation of a conducting droplet were compared to analytical results, for Newtonian fluids, and with experimental observations, for viscoelastic ones. As for the jet, both types of fluids, Newtonians and viscoelastics, were compared to experimental and theoretical results / Mestrado / Materiais e Processos de Fabricação / Mestre em Engenharia Mecânica

Orientador: Analice Costacurta Brandi / Banca: Gilcilene Sanchez de Paulo / Banca: Leandro Franco de Souza / Resumo: Diversos escoamentos de interesse prático são de fluidos viscoelásticos e muitas vezes é desejável saber se estes escoamentos propagam-se no estado laminar ou no turbulento. Embora a hidrodinâmica de fluidos viscoelásticos sejam fortemente afetadas pelo balanço entre forças inerciais e elásticas no escoamento, o efeito da elasticidade sobre a estabilidade de escoamentos inerciais não foi completamente estabelecida. No presente trabalho, estuda-se o que ocorre entre estes dois estados, na transição laminar-turbulenta. Especi- ficamente, é investigada a convecção de ondas de Tollmien-Schlichting para o escoamento incompressível de Poiseuille para um fluido viscoelástico, utilizando a equação constitutiva Oldroyd-B. Para isto, utiliza-se a Simulação Numérica Direta para verificar a estabilidade dos escoamentos de fluidos viscoelásticos a perturbações não estacionárias. Os resultados numéricos obtidos para escoamentos de fluidos viscoelásticos são comparados com os resultados de escoamentos de fluidos Newtonianos, que já estão bem documentados na comunidade científica. Além disso, uma equação de Orr-Sommerfeld modificada é deduzida para um escoamento viscoelástico utilizando a Teoria de Estabilidade Linear / Abstract: Several flows of practical interest are of viscoelastic fluids and it is often desirable to know if these flows are in a laminar or turbulent state. Although the hydrodynamics of viscoelastic fluids are strongly affected by the balance between inertia and elastic forces in the flow, the effect of elasticity on the stability of inertial flows has not been completely established. In this work is studied what happens between these two states, the laminar-turbulent transition. Specifically, it will be investigated the convection of Tollmien-Schlichting waves to incompressible Poiseuille flow of viscoelastic fluid, using the constitutive equation Oldroyd-B. For this, the analysis is carried out by means of Direct Numerical Simulation to verify the stability of the non-stationary disturbances viscoelastic fluids flows. The numerical results obtained for viscoelastic fluids flows are compared with the results of Newtonian fluids flows, which are already well documented in scientific community. In addition, an Orr-Sommerfeld modified equation is deducted for a viscoelastic flow using Linear Stability Theory / Mestre