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dc.creatorBasso, Felipe Oliveira-
dc.date.accessioned2022-12-19T18:31:59Z-
dc.date.available2022-12-19T18:31:59Z-
dc.date.issued2022-07-01-
dc.identifier.citationBASSO, Felipe Oliveira. Simulações de grandes escalas e simulação numérica direta sub-resolvida de escoamento turbulento de fluidos Herschel-Bulkley. 2022. Tese (Doutorado em Engenharia Mecânica e de Materiais) - Universidade Tecnológica Federal do Paraná, Curitiba, 2022.pt_BR
dc.identifier.urihttp://repositorio.utfpr.edu.br/jspui/handle/1/30322-
dc.description.abstractThe Herschel-Bulkley model’s turbulent flows of non-Newtonian fluids are encountered in several engineering applications, e.g. drilling fluids, mining slurries, and polymer solutions. However, studies regarding Large Eddy Simulations (LES) involving this type of fluid are scarce. The present work aims to contribute to this issue. The first part of the thesis focuses on evaluating the LES approach in predicting the flow features of Herschel-Bulkley fluids. The numerical methodology is compared against literature reference data. Two subgrid-scale (SGS) models are considered: Dynamic Smagorinsky and Wall Adapting Local Eddy-viscosity (WALE) models. Additionally, under-resolved direct numerical simulations (UDNS) are also performed. Following that, the solution method is used to analyze the turbulent flow of Herschel-Bulkley fluids through a concentric annular section with inner cylinder rotation at ReG ≈ 9, 000. The influence of the flow behavior index (n = 0.65, 0.70 and 0.75), the Bingham number (Bn = 0.10, 0.25 and 0.40), and the rotation rate (N = 0.15 and 0.30) on the flow characteristics are explored. The instantaneous flow quantities, including contours of the axial velocity and viscosity, vortex structures, the first- and second-order turbulence statistics, and mean flow features, such as mean viscosity profiles, mean turbulence kinetic energy, pressure gradient, and friction factor are investigated. The results show that weaker turbulent structures are generated as the n value is reduced and the Bingham number increases. Raising the rotation rate enhances the magnitudes of turbulent statistics and makes the levels of velocity fluctuations more asymmetrical. It is also demonstrated that predictions obtained with the SGS models and the UDNS do not present significant differences.pt_BR
dc.description.sponsorshipConselho Nacional do Desenvolvimento Científico e Tecnológico (CNPq)pt_BR
dc.description.sponsorshipCoordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES)pt_BR
dc.languageengpt_BR
dc.publisherUniversidade Tecnológica Federal do Paranápt_BR
dc.rightsopenAccesspt_BR
dc.rights.urihttp://creativecommons.org/licenses/by-nc-sa/4.0/pt_BR
dc.subjectFluidos não-newtonianospt_BR
dc.subjectMétodos de simulaçãopt_BR
dc.subjectViscosidadept_BR
dc.subjectFluxo viscosopt_BR
dc.subjectTurbulênciapt_BR
dc.subjectDinâmica dos fluidospt_BR
dc.subjectFluidodinâmica computacionalpt_BR
dc.subjectNon-Newtonian fluidspt_BR
dc.subjectSimulation methodspt_BR
dc.subjectViscositypt_BR
dc.subjectViscous flowpt_BR
dc.subjectTurbulencept_BR
dc.subjectFluid dynamicspt_BR
dc.subjectComputational fluid dynamicspt_BR
dc.titleSimulações de grandes escalas e simulação numérica direta sub-resolvida de escoamento turbulento de fluidos Herschel-Bulkleypt_BR
dc.title.alternativeLarge-eddy simulation and under-resolved direct numerical simulation of turbulent flow of Herschel-Bulkley fluidspt_BR
dc.typedoctoralThesispt_BR
dc.description.resumoEscoamentos turbulentos de fluidos não newtonianos com o modelo Herschel-Bulkley são encontrados em várias aplicações de engenharia, por exemplo, fluidos de perfuração, lamas de mineração e soluções de polímeros. No entanto, estudos sobre simulações de grandes escalas (LES) envolvendo esse tipo de fluido são escassos. O presente trabalho visa contribuir para este debate. A primeira parte da tese se concentra na avaliação da abordagem LES na previsão das características de escoamento de fluidos Herschel-Bulkley. A metodologia numérica é comparada com dados de referência da literatura. Dois modelos de sub-malha (SGS) são considerados: Dynamic Smagorinsky e Wall Adapting Local Eddy-viscosity (WALE). Além disso, simulações numéricas direta sub-resolvidas (UDNS) também são realizadas. Em seguida, o método de solução é utilizado para analisar o escoamento turbulento de fluidos Herschel-Bulkley através de uma seção anular concêntrica com rotação interna do cilindro em ReG ≈ 9, 000. A influência do índice de comportamento do escoamento (n = 0.65, 0.70 e 0.75), número de Bingham (Bn = 0.10, 0.25 e 0.40), e a taxa de rotação (N = 0.15 e 0.30) nas características de escoamento são exploradas. As quantidades de escoamento instantâneo, incluindo contornos da velocidade axial e viscosidade, estruturas de vórtices, estatísticas de turbulência de primeira e segunda ordem e características do escoamento médio, como perfis viscosidade, energia cinética turbulenta, gradiente de pressão e fator de atrito são investigados. Os resultados mostram que estruturas turbulentas mais fracas são geradas à medida que o valor de n é reduzido e o número de Bingham elevado. Aumentar a taxa de rotação aumenta as magnitudes das estatísticas turbulentas e torna os níveis de flutuações de velocidade mais assimétricos. Demonstra-se também que as previsões obtidas com os modelos SGS e UDNS não apresentam diferenças significativas.pt_BR
dc.degree.localCuritibapt_BR
dc.publisher.localCuritibapt_BR
dc.creator.IDhttps://orcid.org/0000-0001-9200-1083pt_BR
dc.creator.Latteshttp://lattes.cnpq.br/9634974496484764pt_BR
dc.contributor.advisor1Franco, Admilson Teixeira-
dc.contributor.advisor1IDhttps://orcid.org/0000-0002-7977-6404pt_BR
dc.contributor.advisor1Latteshttp://lattes.cnpq.br/3561428456009236pt_BR
dc.contributor.referee1Franco, Admilson Teixeira-
dc.contributor.referee1IDhttps://orcid.org/0000-0002-7977-6404pt_BR
dc.contributor.referee1Latteshttp://lattes.cnpq.br/3561428456009236pt_BR
dc.contributor.referee2Negrão, Cezar Otaviano Ribeiro-
dc.contributor.referee2IDhttps://orcid.org/0000-0001-7090-2729pt_BR
dc.contributor.referee2Latteshttp://lattes.cnpq.br/4344790398205987pt_BR
dc.contributor.referee3Thompson, Roney Leon-
dc.contributor.referee3IDhttp://orcid.org/0000-0002-3642-0766pt_BR
dc.contributor.referee3Latteshttp://lattes.cnpq.br/4870003562574001pt_BR
dc.contributor.referee4Cruz, Gilmar Mompean Munhoz da-
dc.contributor.referee4IDhttps://orcid.org/0000-0003-0131-5402pt_BR
dc.contributor.referee5Junqueira, Silvio Luiz de Mello-
dc.contributor.referee5IDhttps://orcid.org/0000-0001-5935-4266pt_BR
dc.contributor.referee5Latteshttp://lattes.cnpq.br/2213804390733564pt_BR
dc.publisher.countryBrasilpt_BR
dc.publisher.programPrograma de Pós-Graduação em Engenharia Mecânica e de Materiaispt_BR
dc.publisher.initialsUTFPRpt_BR
dc.subject.cnpqCNPQ::ENGENHARIAS::ENGENHARIA MECANICA::ENGENHARIA TERMICApt_BR
dc.subject.capesEngenharia Mecânicapt_BR
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