Dissertação
Simulação numérica fina do processo de transporte de interfaces
Fine numerical simulation of the interface transport process
Registro en:
Autor
Mendes, Paulo José Titara
Institución
Resumen
In this work a new method for analysing problems related to two—phase flows, in the
brands of Computational Fluid Mechanics, is presented. One of the great difficulties in the
simulation of this class of flows is related to the presence of moving-boundaries. The technique employed here is called Front-Tracking Method.
The present formulation allows the tracking and geometric definition of interfaces. lt
allows also to place dinamically the moving-boundary and physical properties variation as well.
Such results are possible through a so called Indicating function. A process for boundary grid
regularization is also used, in order to warranty the numerical stability.
Some preliminary results are showed, where the boundaries are tracked by a creeping
flow field of tangent—inverse and parabolic types. A harder test consists in forcing a velocity '
shock in the flow field. Such a procedure permits testing the geometric parameters calculation,
grid updating and the visualization of the indicating function.
A passive bubble—tracking is simulated between two flat parallel plates, through the
solution of the well-known Navier-Stokes equations. Two configurations are used: two fixed
plates and a relative displacement between them. Finally, the results for active boundary-
tracking are presented, via the solution of the Navier—Stokes equations, where the presence of interfacial stress changes the pressure and velocity fields of the continuous phase. Several
values for Interfacial stress are used, and the resulting pressure and velocity fields are
observed. The results for the pressure jump among the phases are compared to the analytical
ones, for circular bubbles. The comparison allows a preliminary validation for the method and
the computational code. Dissertação (Mestrado) No presente trabalho apresenta-se uma nova metodologia, na área de Mecânica
dos Fluidos Computacional, para análise de problemas que envolvem escoamentos
bifásicos. Uma das grandes dificuldades em simular numericamente esta classe de
escoamentos está relacionada a presença das interfaces móveis.
A formulação apresentada permite o transporte e caracterização geométrica de
interfaces. Permite também localizar dinamicamente a interface móvel, bem como, a
variação de propriedades físicas ao longo da mesma. A localização dinâmica da
interface e a variação das propriedades físicas é possível através de uma função
denominada de função indicadora. Apresenta-se ainda um processo de regularização
da malha da interface, o qual é necessário para a estabilidade dos cálculos numéricos.
Apresenta-se simulações numéricas preliminares onde transporta-se interfaces
por um campo de velocidade cizalhante do tipo arco—tangente, e por um campo de
velocidade parabólico. Um teste mais severo consiste em transportar a interface por um
campo cizalhante com um choque de velocidades. Desta forma, é possível testar o
cálculo dos parâmetros geométricos, a remalhagem e a visualização da função
indicadora.
Simula-se o transporte passivo de uma bolha entre duas placas planas, via
solução da equação de Navier—Stokes. Duas configurações são utilizadas: em uma
delas as duas placas encontram-se em repouso e na outra a placa superior tem
movimento. Finalmente, apresenta-se resultados do transporte ativo de interfaces, via
solução da equação de Navier—Stokes, onde a presença da tensão interfacial altera o
campo de pressão e de velocidade da fase contínua. Compara-se os resultados do
salto de pressão entre as fases, obtidos via simulação, com resultados analíticos, para
o caso de bolhas circulares. A comparação permite validar preliminarmente a
metodologia e o código computacional desenvolvido.