Conselho Nacional de Desenvolvimento CientÃfico e TecnolÃgico / Neste trabalho investigamos diversos fenÃmenos de transporte tendo lugar atravÃs de meios irregulares por meio de simulaÃÃo computacional. Inicialmente, tratamos do efeito da desordem crÃtica em redes percolantes de poros sujeitas à difusÃo e reaÃÃo quÃmica. Verificamos a existÃncia de trÃs regimes distintos, determinados pelo parÃmetro adimensional E=D/(Kl^2), onde D à a difusÃo molecular, K o coeficiente de reaÃÃo quÃmica e l um comprimento caracterÃstico. Para valores baixos de E, o fluxo de reagente que penetra a rede obedece à relaÃÃo de escala clÃssica, F~LE^(1/2). Para valores intermediÃrios de E, a influÃncia da morfologia fractal do agregado de percolaÃÃo resulta em um regime anÃmalo, F~L^(A/2)E^B, com um expoente B=0.34. Para valores altos de E, o fluxo de reagente atinge um limite de saturaÃÃo, F_SAT, e escala com o tamanho do sistema na forma F_SAT=L^A, onde A=1.89 corresponde à dimensÃo fractal do agregado incipiente de percolaÃÃo. Em uma segunda etapa do trabalho, analisamos o efeito da geometria irregular na desativaÃÃo seqÃencial de uma interface acessada por difusÃo. Aplicando o conceito de zona ativa, propomos uma conjectura que se constitui numa extensÃo do teorema de Makarov. Na terceira parte deste trabalho, investigamos o transporte estacionÃrio de calor no escoamento de um fluido atravÃs de um tubo bidimensional, cujas paredes sÃo interfaces irregulares. Mais uma vez, utilizando o conceito de zona ativa, investigamos o efeito da geometria da interface na eficiÃncia de troca tÃrmica do sistema em diferentes condiÃÃes difusivo-convectivas. Em condiÃÃes nas quais o mecanismo de transporte dominante à a conduÃÃo, a comparaÃÃo entre os resultados dos tubos liso e rugosos indica que o efeito da rugosidade à quase desprezÃvel sobre a eficiÃncia de dispositivos de transporte de calor. Por outro lado, quando a convecÃÃo torna-se dominante, a rugosidade passa a ter um papel importante e, em geral, o fluxo de calor e o comprimento da zona ativa aumentam com a rugosidade da interface de troca. Finalmente, mostramos que esse Ãltimo comportamento està relacionado com as zonas de recirculaÃÃo, presentes nas reentrÃncias da geometria fractal. / In this work, we investigate different transport phenomena through irregular media by means of numerical simulations. Initially, we study the effect of the critical percolation disorder on pore networks under diffusion-reaction conditions. Our results indicate the existence of three distinct regimes of reactivity, determined by the dimensionless parameter E=D/(Kl^2), where D is the molecular diffusivity of the reagent, K is its chemical reaction coefficient, and l is the length scale of the pore. At low values of E, the flux of the reacting species penetrating the network follows the classical scaling behavior, namely F~LE^(1/2). At intermediate values of E, the influence of the fractal morphology of the percolating cluster results in an anomalous behavior, F~L^(A/2)E^B, with an exponent B=0.34. At high values of E, the flux of the reagent reaches a saturation limit, F_SAT, that scales with the system size as F_SAT=L^A, with an exponent A=1.89, corresponding to the fractal dimension of the sample-spanning cluster. In the second part of this work, we study how the irregularity of the geometry influences the sequential deactivation of an interface accessed by diffusion. By using the notion of active zone, we propose a conjecture which constitutes an extension of Makarov theorem. In the third part, we investigate the steady-state heat transport in a fluid flowing through a two-dimensional channel whose walls are irregular interfaces. Once more, we apply the notion of active zone to investigate the effect of the interface geometry on the heat exchange efficiency of the system for different conductive-convective conditions. Compared with the behavior of a channel with smooth interfaces and under conditions in which the mechanism of heat conduction dominates, the results indicate that the effect of roughness is almost negligible on the efficiency of the heat transport system. On the other hand, when the convection becomes dominant, the role of the interface roughness is to generally increase both the heat flux across the wall as well as the active length of heat exchange, when compared with the smooth channel. Finally, we show that this last behavior is closely related with the presence of recirculation zones in the reentrant regions of the fractal geometry.
| Identifer | oai:union.ndltd.org:IBICT/oai:www.teses.ufc.br:124 |
| Date | 14 March 2006 |
| Creators | Marcelo Henrique de AraÃjo Santos Costa |
| Contributors | Josà Soares de Andrade JÃnior |
| Publisher | Universidade Federal do CearÃ, Programa de PÃs-GraduaÃÃo em FÃsica, UFC, BR |
| Source Sets | IBICT Brazilian ETDs |
| Language | Portuguese |
| Detected Language | English |
| Type | info:eu-repo/semantics/publishedVersion, info:eu-repo/semantics/doctoralThesis |
| Format | application/pdf |
| Source | reponame:Biblioteca Digital de Teses e Dissertações da UFC, instname:Universidade Federal do Ceará, instacron:UFC |
| Rights | info:eu-repo/semantics/openAccess |
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