Microcanal com junção em T: estudo numérico bidimensional de padrões bifásicos de gotas usando o método campo de fase

AZEVEDO, Mateus Rotiliano

dc.creator	AZEVEDO, Mateus Rotiliano
dc.date.issued	2021-08-30
dc.identifier.uri	https://repositorio.unifei.edu.br/jspui/handle/123456789/2513
dc.description.abstract	Two-phase flows are widely found in the most diverse practical applications, such as refrigeration systems, nuclear reactors, oil refineries, power generation units and many others. Among the equipment employing two-phase flows, microfluidic devices have been gaining more prominence lately. These devices have dimensions on the order of a few microns and are used in different branches of industry (pharmaceutical, electronics, cosmetics, medical, etc.). In this context, the importance of studying the characteristics of two-phase flows is highlighted, as well as the processes involved in them, such as the formation, breakup and coalescence of droplets/bubbles. This work aims to study the flow of a droplet in a two-dimensional microchannel with a T-shaped junction. The behavior of the droplet at the junction and the breakup or non-breakup regimes of the droplet are investigated, as well as the influence of parameters such as capillary number and droplet length on its flow. The study is conducted by means of numerical simulations performed in the commercial software COMSOL Multiphysics®, which uses the Finite Element Method to discretize the governing equations of a physical phenomenon. The Phase Field Method, available in COMSOL, is used to represent the interface between the continuous phase and the dispersed phase of the two-phase flow. In addition, local mesh refinement and adaptive mesh refinement techniques are applied in regions of greater interest in the domain, such as the walls and the interface between the fluids, in order to improve the accuracy of the numerical solution. Different cases were studied, each with a combination of capillary number and droplet length as it reaches the T-junction. Data such as the droplet breakup regime and the temporal evolution of the minimum thickness of the droplet neck at the junction were obtained. All results were compared with results present in the literature, in order to validate the methodology used. Finally, it was found that the numerical results obtained were in good agreement with the literature.	pt_BR
dc.language	por	pt_BR
dc.publisher	Universidade Federal de Itajubá	pt_BR
dc.rights	Acesso Aberto	pt_BR
dc.subject	Escoamentos bifásicos	pt_BR
dc.subject	Dispositivos microfluídicos	pt_BR
dc.subject	Ruptura de gotas	pt_BR
dc.subject	Microcanal com junção em T	pt_BR
dc.subject	Método campo de fase	pt_BR
dc.title	Microcanal com junção em T: estudo numérico bidimensional de padrões bifásicos de gotas usando o método campo de fase	pt_BR
dc.type	Dissertação	pt_BR
dc.date.available	2021-09-22
dc.date.available	2021-09-22T12:49:55Z
dc.date.accessioned	2021-09-22T12:49:55Z
dc.creator.Lattes	http://lattes.cnpq.br/5372120671994299	pt_BR
dc.contributor.advisor1	SILVA, Ana Lúcia Fernandes de Lima e
dc.contributor.advisor1Lattes	http://lattes.cnpq.br/1409326746785723	pt_BR
dc.description.resumo	Os escoamentos bifásicos são amplamente encontrados nas mais diversas aplicações práticas, tais como sistemas de refrigeração, reatores nucleares, refinarias de petróleo, unidades de geração de energia e muitas outras. Entre os equipamentos que empregam os escoamentos bifásicos, vêm ganhando cada vez mais destaque os dispositivos microfluídicos. Esses dispositivos possuem dimensões da ordem de alguns mícrons e são empregados em diferentes ramos da indústria (farmacêutica, eletrônica, cosmética, médica, etc.). Nesse contexto, destacase a importância de se estudar as características dos escoamentos bifásicos e os processos neles envolvidos, como, por exemplo, a formação, a ruptura e a coalescência de gotas/bolhas. O presente trabalho tem como objetivo estudar o escoamento de uma gota em um microcanal bidimensional com junção em formato de T. Investiga-se o comportamento da gota na junção e os regimes de ruptura ou não-ruptura da gota, assim como a influência que parâmetros como o número de capilaridade e o comprimento da gota exercem sobre seu escoamento. O estudo é conduzido por meio de simulações numéricas realizadas no software comercial COMSOL Multiphysics®, o qual emprega o Método dos Elementos Finitos para discretizar as equações governantes de um fenômeno físico. O Método Campo de Fase, disponível no COMSOL, é utilizado para representar a interface entre a fase contínua e a fase dispersa do escoamento bifásico. Além disso, são aplicadas técnicas de refinamento local e de refinamento adaptativo da malha computacional em regiões de maior interesse do domínio, como as paredes e a interface entre os fluidos, a fim de melhorar a precisão da solução numérica. Foram estudados diferentes casos, cada qual com uma combinação de número de capilaridade e de comprimento da gota no momento que ela atinge a bifurcação em T. Obteve-se dados como o regime de ruptura da gota e a evolução temporal da espessura mínima do pescoço da gota na junção. Todos os resultados foram comparados com resultados presentes na literatura, a fim de se validar a metodologia empregada. Por fim, constatou-se que os resultados numéricos obtidos apresentaram uma boa concordância com a literatura de referência.	pt_BR
dc.publisher.country	Brasil	pt_BR
dc.publisher.department	IEM - Instituto de Engenharia Mecânica	pt_BR
dc.publisher.program	Programa de Pós-Graduação: Mestrado - Engenharia Mecânica	pt_BR
dc.publisher.initials	UNIFEI	pt_BR
dc.subject.cnpq	CNPQ::ENGENHARIAS::ENGENHARIA MECÂNICA	pt_BR
dc.relation.references	AZEVEDO, Mateus Rotiliano. Microcanal com junção em T: estudo numérico bidimensional de padrões bifásicos de gotas usando o método campo de fase. 2021. 85 f. Dissertação. (Mestrado em Engenharia Mecânica) – Universidade Federal de Itajubá, Itajubá, 2021.	pt_BR