Numerical simulation of complex fluid flows with moving interfaces (2023)
- Authors:
- Autor USP: FRANÇA, HUGO LEONARDO - ICMC
- Unidade: ICMC
- Sigla do Departamento: SME
- DOI: 10.11606/T.55.2023.tde-30082023-150314
- Subjects: FLUÍDOS COMPLEXOS; INTERAÇÃO FLUIDO-ESTRUTURA; APRENDIZADO COMPUTACIONAL
- Keywords: Complex fluids; Escoamentos com superfície livre; Free surface flows; Numerical solution; Soluções numéricas
- Agências de fomento:
- Language: Inglês
- Abstract: Escoamentos de diferentes tipos de fluidos não-newtonianos são numericamente investigados com foco em problemas complexos, como por exemplo escoamentos confinados em geometrias com singularidades e escoamentos com interfaces móveis e tensão superficial. Em geometrias confinadas, a formulação tensão natural é usada para representar o tensor tensão polimérico em escoamentos viscoelásticos. Uma maior precisão é obtida próximo a singularidades geométricas em comparação com a tradicional formulação cartesiana. Em escoamentos com interfaces móveis, um novo algoritmo baseado em aprendizado de máquina é proposto e validado para o cálculo da curvatura de interfaces Front-Tracking. Verifica-se que é possível obter resultados similares aos obtidos por abordagens mais tradicionais. A implementação viscoelástica é testada com o modelo Phan-Thien-Tanner para o problema da colisão binária de gotas. Mapas paramétricos são obtidos, classificando os resultados nas categorias bouncing, coalescência, e separação em função de números adimensionais que governam o problema. Além do espaço tradicional Newtoniano definido pelo número de Weber e o fator de impacto, também explora-se o número de Weissenberg e o parâmetro de extensibilidade PTT. Para casos sem bouncing, os resultados mostram que a tensão superficial e elasticidade mantém a integridade da gota, inibindo a separação da mesma. Por outro lado, efeitos shear-thinning induzem a separação. Deste modo, no modelo PTT existem tendências opostasassociadas a elasticidade e ao shear-thinning, o que pode levar a respostas não-monotônicas. Também é estudado o espalhamento de uma gota elastoviscoplástica (EVP) sobre uma camada fina do mesmo fluido. Modelando o material EVP com o modelo de Saramito, realiza-se uma análise adimensional para entender a competição entre tensão superficial e tensão de escoamento, e como a elasticidade afeta este balanço. Observa-se que, para fluidos menos viscosos, elasticidade pode aumentar significativamente o espalhamento de uma gota, pois a tensão interna que resiste o escoamento se desenvolve mais lentamente devido ao tempo de relaxação polimérico. Este efeito é mais evidente em materiais com uma alta tensão de escoamento, o que indica que a elasticidade tem um maior impacto em sólidos elásticos do que em fluidos. Acredita-se que os resultados nesta tese podem esclarecer quanto a importância dos parâmetros elásticos em problemas industriais comuns como impressões 3D com espalhamento de gotas, ou sprays com coalescência de quebra de gotas.
- Imprenta:
- Publisher place: São Carlos
- Date published: 2023
- Data da defesa: 16.06.2023
- Status:
- Artigo publicado em periódico de acesso aberto (Gold Open Access)
- Versão do Documento:
- Versão publicada (Published version)
- Acessar versão aberta:
-
ABNT
FRANÇA, Hugo Leonardo. Numerical simulation of complex fluid flows with moving interfaces. 2023. Tese (Doutorado) – Universidade de São Paulo, São Carlos, 2023. Disponível em: https://teses.usp.br/teses/disponiveis/55/55134/tde-30082023-150314/. Acesso em: 13 abr. 2026. -
APA
França, H. L. (2023). Numerical simulation of complex fluid flows with moving interfaces (Tese (Doutorado). Universidade de São Paulo, São Carlos. Recuperado de https://teses.usp.br/teses/disponiveis/55/55134/tde-30082023-150314/ -
NLM
França HL. Numerical simulation of complex fluid flows with moving interfaces [Internet]. 2023 ;[citado 2026 abr. 13 ] Available from: https://teses.usp.br/teses/disponiveis/55/55134/tde-30082023-150314/ -
Vancouver
França HL. Numerical simulation of complex fluid flows with moving interfaces [Internet]. 2023 ;[citado 2026 abr. 13 ] Available from: https://teses.usp.br/teses/disponiveis/55/55134/tde-30082023-150314/ - Numerical investigation of shear-thinning and viscoelastic binary droplet collision
- Testing viscoelastic numerical schemes using the Oldroyd-B fluid in Newtonian kinematics
- A machine learning strategy for computing interface curvature in front-tracking methods
- Numerical simulation of viscoelastic fluid flows with free surfaces
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