[pt] O escoamento de cápsulas suspensas em uma fase líquida através de canais
e capilares micrométricos representa um problema complexo que ocorre
em diferentes aplicações, de glóbulos vermelhos em hemodinâmica até escoamento
em meios porosos. Em aplicações de meios porosos, a compreensão
da dinâmica na microescala é fundamental para avaliar o comportamento macroscópico
do escoamento. Canais e capilares com constrição podem ser usados
para modelar uma garganta conectando dois poros adjacentes. O escoamento
de uma cápsula suspensa através de tais modelos foi analisado para avaliar as
características do escoamento considerando os efeitos inerciais (isto é, número
de Reynolds finito), incluindo a máxima diferença de pressão necessária para
empurrar uma cápsula através da constrição em função do raio da cápsula, a
tensão inicial e o material da membrana, geometria do canal e do capilar, assim
como as condições de escoamento. De fato, neste estudo, a resposta da pressão
é fundamental para avaliar o efeito de bloqueio da cápsula. As fases líquidas
internas e externas foram descritas pelas equações de Navier-Stokes, enquanto
que a dinâmica da membrana da cápsula foi modelada por uma estrutura flexível
1-D tipo mola. O problema de interação fluido-estrutura foi resolvido
usando o método de elementos finitos acoplado ao método de fronteira imersa.
Os resultados mostraram a redução da mobilidade da fase contínua devido à
presença da cápsula através da constrição. Tais resultados podem ser usados
para projetar microcápsulas para bloquear caminhos preferenciais de fluxo da
água no processo de deslocamento de óleo em meios porosos. / [en] The flow of capsules suspended in a liquid phase through small channels
and capillaries poses a complex problem presented in different applications,
from red blood cells on hemodynamics to flow in porous media. In applications
of porous media, the understanding of microscale dynamics is fundamental
to assess the macroscopic flow behavior. Constricted channels and capillaries
can be used to model a pore throat connecting two adjacent pore bodies. The
flow of a suspended capsule through such models was analyzed to evaluate the
flow characteristics considering inertial effects (i.e. finite Reynolds numbers),
including the maximum pressure difference required to push a capsule through
the constriction as a function of capsule radius, initial membrane tension, membrane
material, channel and capillary geometries, as well as flow conditions. In
fact, in this study, the pressure response is fundamental in order to assess the
capsule blocking mechanism. Inner and outer liquid phases were described by
the Navier-Stokes equations and capsule membrane dynamics was modeled by
a 1-D spring-like flexible structure. The fluid-structure interaction problem was
solved using the finite element method coupled with the immersed boundary
method. Results showed the mobility reduction of the continuous phase due
to the presence of a capsule as it flows through the constriction. Such results
can be used to design microcapsules to block preferential water flow paths in
oil displacement process in porous media.
| Identifer | oai:union.ndltd.org:puc-rio.br/oai:MAXWELL.puc-rio.br:52296 |
| Date | 20 April 2021 |
| Creators | JOSE FRANCISCO ROCA REYES |
| Contributors | MARCIO DA SILVEIRA CARVALHO |
| Publisher | MAXWELL |
| Source Sets | PUC Rio |
| Language | English |
| Detected Language | Portuguese |
| Type | TEXTO |
Page generated in 0.0024 seconds