Análise computacional da migração de bolhas em um escoamento cisalhante linear utilizando duas abordagens multifásicas

Abstract

O presente trabalho descreve o desenvolvimento de um código computacional capaz de modelar e prever o comportamento de bolhas inseridas em misturas multicomponentes de alta e baixa viscosidade, utilizando o método de Partículas de Temperatura baseado na abordagem euleriana-lagrangiana. Foram propostas novas correlações empíricas para modelagem da deformação de bolha em sistemas de alta viscosidade e do seu coeficiente de sustentação quando inseridos em fluidos de baixa viscosidade, assim como foram estudados os efeitos da transferência de calor e de gradientes térmicos na trajetória e dinâmica de bolhas. Em paralelo, foi utilizada a abordagem VOF para validações dos resultados obtidos pelo método de Partículas de Temperatura, sendo verificado a influência de alguns parâmetros da simulação multifásica como número de Courant, nível de refino da malha e esquemas de discretização na acurácia das soluções encontradas pelos solvers interFoam e interDyMFoam. Foram investigados os resultados de como as variações dos gradientes de velocidades e do diâmetro da bolha impactam na dinâmica da fase dispersa. Uma outra investigação conduzida utilizando o OpenFOAM foi a influência no movimento de bolhas em fluidos de alta viscosidade para diferentes temperaturas do escoamento e diferentes diâmetros da fase dispersa em fluido de baixa viscosidade, sendo verificada uma aproximação qualitativa entre o Método de Partículas de Temperatura e o VOF na influência da temperatura na migração de bolhas. O interDyMFoam capturou as diferentes direções de migração lateral da fase dispersa, apresentando bom acordo qualitativo com os resultados experimentais, embora seja necessário mais testes para diâmetros de bolha maiores que 2,5mm em escoamentos de alto número de Morton.