dc.creator |
AZEVEDO, Mateus Rotiliano |
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dc.date.issued |
2021-08-30 |
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dc.identifier.uri |
https://repositorio.unifei.edu.br/jspui/handle/123456789/2513 |
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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 |
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dc.date.available |
2021-09-22T12:49:55Z |
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dc.date.accessioned |
2021-09-22T12:49:55Z |
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dc.creator.Lattes |
http://lattes.cnpq.br/5372120671994299 |
pt_BR |
dc.contributor.advisor1 |
SILVA, Ana Lúcia Fernandes de Lima e |
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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 |
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dc.publisher.program |
Programa de Pós-Graduação: Mestrado - Engenharia Mecânica |
pt_BR |
dc.publisher.initials |
UNIFEI |
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dc.subject.cnpq |
CNPQ::ENGENHARIAS::ENGENHARIA MECÂNICA |
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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. |
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