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No transporte de águas residuais a longa distância para estações de tratamento regionais, na prospecção de petróleo e gás natural, entre outros, escoam-se, no regime turbulento, fluidos sintécticos com base em aditivos poliméricos, verificando-se reduções do atrito que podem atingir os 80%. A forte redução das perdas de carga tem motivado o desenvolvimento de outras aplicações industriais para fluidos de estrutura complexa, por exemplo: produção localizada de biopolímeros em cascos de navios com vista a aumentar a sua velocidade ou a formulação de novos fluidos térmicos para sistemas comunitários de distribuição de energia térmica. Existem assim dados experimentais que descrevem a fenomenologia da redução de atrito em regime turbulento, mas as ferramentas de projecto de engenharia são incapazes de preverem correctamente mesmo as características integrais do escoamento a partir da reologia dos fluidos, para já não falar de detalhes específicos dos escoamentos. Uma solução alternativa é o recurso a modelos de turbulência e a códigos de cálculo, mas os modelos recentemente desenvolvidos são ainda primários, pois baseiam-se em equações constitutivas reológicas fisicamente muito simplificadas.
Tais modelos de turbulência, desenvolvidos por este grupo de I&D, baseiam-se numa equação constitutiva newtoniana generalizada, modificada pela inclusão de uma contribuição extensional reoespessante, propriedade frequentemente associada aos fenómenos dinâmicos observados. Contudo, a equação reológica não possui capacidades de memória nem de captação de efeitos reológicos transientes, relevantes para a fenomenologia em causa. A investigação recente tem mostrado serem os modelos do tipo FENE os que melhor descrevem o comportamento reológico destes fluidos de base polimérica.
Com a experiência já adquirida no desenvolvimento de modelos de turbulência para fluidos viscoelásticos, e com os recentes resultados de simulações numéricas directas (DNS) do escoamento entre placas paralel  |
Resumo
No transporte de águas residuais a longa distância para estações de tratamento regionais, na prospecção de petróleo e gás natural, entre outros, escoam-se, no regime turbulento, fluidos sintécticos com base em aditivos poliméricos, verificando-se reduções do atrito que podem atingir os 80%. A forte redução das perdas de carga tem motivado o desenvolvimento de outras aplicações industriais para fluidos de estrutura complexa, por exemplo: produção localizada de biopolímeros em cascos de navios com vista a aumentar a sua velocidade ou a formulação de novos fluidos térmicos para sistemas comunitários de distribuição de energia térmica. Existem assim dados experimentais que descrevem a fenomenologia da redução de atrito em regime turbulento, mas as ferramentas de projecto de engenharia são incapazes de preverem correctamente mesmo as características integrais do escoamento a partir da reologia dos fluidos, para já não falar de detalhes específicos dos escoamentos. Uma solução alternativa é o recurso a modelos de turbulência e a códigos de cálculo, mas os modelos recentemente desenvolvidos são ainda primários, pois baseiam-se em equações constitutivas reológicas fisicamente muito simplificadas.
Tais modelos de turbulência, desenvolvidos por este grupo de I&D, baseiam-se numa equação constitutiva newtoniana generalizada, modificada pela inclusão de uma contribuição extensional reoespessante, propriedade frequentemente associada aos fenómenos dinâmicos observados. Contudo, a equação reológica não possui capacidades de memória nem de captação de efeitos reológicos transientes, relevantes para a fenomenologia em causa. A investigação recente tem mostrado serem os modelos do tipo FENE os que melhor descrevem o comportamento reológico destes fluidos de base polimérica.
Com a experiência já adquirida no desenvolvimento de modelos de turbulência para fluidos viscoelásticos, e com os recentes resultados de simulações numéricas directas (DNS) do escoamento entre placas paralelas com fechos do modelo constitutivo FENE, é objectivo deste projecto desenvolver uma nova família de modelos de turbulência. Partindo da equação constitutiva reológica para fluidos tipo FENE, com diferentes fechos reológicos, deduzir-se-ão as equações de transporte médio no tempo para a quantidade de movimento, energia cinética de turbulência, sua taxa de dissipação, tensões de Reynolds e tensões poliméricas, efectuando-se depois uma análise de ordem de grandeza dos seus vários termos e sua posterior modelação (se necessário) tendo em conta a informação de DNS, de dados experimentais e de previsões com modelos de turbulência simples disponíveis na literatura.
O desempenho dos novos modelos será posteriormente averiguado através da realização de simulações de escoamentos na literatura (escoamento desenvolvido em condutas, escoamentos em jactos e em expansões com separação). Para estes testes desenvolver-se-ão pequenos códigos numéricos ou utilizar-se-á o nosso código 3D de reologia computacional, já extensivamente validado.
O projecto terá a duração de 3 anos. |