[pt] Escoamentos de fluidos viscoplásticos através de
expansões
e contrações são encontrados em diversos processos
industriais. Neste trabalho é feita a simulação numérica
do
escoamento de um fluido viscoplástico através de uma
expansão abrupta axisimétrica seguida de uma contração.
Resultados experimentais mostram que em certas condições
para este tipo de escoamento pode surgir uma região
estacionária do fluido, causado uma fratura do material
entre esta região e a região de escoamento. Um dos
objetivos deste trabalho é verificar se o modelo
constitutivo usado na simulação numérica pode prever este
tipo de comportamento. Outro objetivo é investigar os
efeitos dos parâmetros geométricos e reológicos nos
padrões
de escoamento. A solução numérica das equações de
conservação de massa e quantidade de movimento é obtida
usando o método de volumes finitos. Para modelar o
comportamento não Newtoniano do fluido, é utilizada a
equação constitutiva de Fluido Newtoniano Generalizado.
Duas diferentes equações são utilizadas para a função
viscosidade: o modelo de Carreau-Yasuda e o modelo de
Herschel-Bulkley. A solução numérica fornece os campos de
velocidade, viscosidade e pressão. Observa-se que existe
uma transição no padrão de escoamento quando o
comprimento
do duto central (que é o de maior diâmetro) aumenta. Para
baixos valores da razão entre o comprimento e o diâmetro
do
duto central, o material viscoplástico parece fraturar
perto da região central do escoamento. Para valores
maiores
desta mesma razão, o padrão de escoamento dos materiais
viscoplásticos tem o mesmo comportamento qualitativo
ao de um fluido Newtoniano, não sendo observado nenhuma
fratura. / [en] Flow of viscoplastic fluids through expansions and
contractions are found in several industrial processes. In
this work, a numerical simulation of a viscoplastic fluid
flow through a sudden axysimetric expansion followed by a
contraction is performed. Experimental results show that
under certain conditions, for this kind of flow a stagnant
flow region may appear in certain conditions, causing a
material fracture between this region and the flow region.
One of the goals of this work is to verify if the
constitutive model used in the numerical simulation can
predict this kind of behavior. The effects of rheological
and geometrical parameters on flow patterns are also
investigated. The numerical solution of conservation
equations of mass and momentum is obtained via finite volume
method. In order to model the non-Newtonian behavior of the
fluid, it is used the Generalized Newtonian Fluid
constitutive equation. Two different equations for the
viscosity function are used: the Carreau-Yasuda model and
the Herschel-Bulkley model. The numerical solution gives
the velocity, viscosity and pressure fields. It is observed
that there is a flow pattern transition as the length of
the central duct (which is the one with larger diameter) is
increased. For low values of the ratio between the length
and diameter of the central duct, the viscoplastic
material seems to fracture near the core region of the
flow. For larger values of the same ratio, the viscoplastic
materials flow pattern has the same qualitative behavior of
that one that occurs for Newtonian fluids, and no fracture
is observed.
| Identifer | oai:union.ndltd.org:puc-rio.br/oai:MAXWELL.puc-rio.br:3986 |
| Date | 09 October 2003 |
| Creators | LUIZ ANTONIO REIS JUNIOR |
| Contributors | MONICA FEIJO NACCACHE |
| Publisher | MAXWELL |
| Source Sets | PUC Rio |
| Language | Portuguese |
| Detected Language | Portuguese |
| Type | TEXTO |
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