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http://repositorio.utfpr.edu.br/jspui/handle/1/30982| Título: | Modelagem Lattice Boltzmann multicomponente para o escoamento de fluidos imiscíveis com altas razões de viscosidade |
| Título(s) alternativo(s): | Multicomponent Lattice Boltzmann modeling for immiscible fluid flow with high viscosity ratio |
| Autor(es): | Bazarin, Ricardo Leite Martins |
| Orientador(es): | Junqueira, Silvio Luiz de Mello |
| Palavras-chave: | Modelagem Método de Lattice Boltzmann Escoamento Dinâmica dos fluidos Viscosidade Modelyng Lattice Boltzmann methods Runoff Fluid dynamics Viscosity |
| Data do documento: | 17-Fev-2023 |
| Editor: | Universidade Tecnológica Federal do Paraná |
| Câmpus: | Curitiba |
| Citação: | BAZARIN, Ricardo Leite Martins. Modelagem Lattice Boltzmann multicomponente para o escoamento de fluidos imiscíveis com altas razões de viscosidade. 2023. Tese (Doutorado em Engenharia Mecânica e de Materiais) - Universidade Tecnológica Federal do Paraná, Curitiba, 2023. |
| Resumo: | O presente trabalho propõe o desenvolvimento de um modelo lattice Boltzmann multicomponente para a representação de elevadas razões de viscosidade em escoamentos imiscíveis, utilizando como referência no seu desenvolvimento os modelos descritos por Shan e Chen (1993) e Philippi et al. (2012). O modelo proposto é elaborado com base na utilização de esquemas de discretização de alta ordem e na adaptação de um modelo de colisão baseado em momentos. Através de análises de Chapman-Enskog que recuperam as equações governantes do modelo discretizado numericamente, demonstra-se que as equações de balanço do presente modelo eliminam erros de discretização e de modelagens presentes no modelo proposto por Shan e Chen (1993).Resultados de verificação do modelo de colisão baseado em momentos foram conduzidos para verificação da hipótese de Stokes em escoamentos incompressíveis, sendo observado que o modelo aumenta a estabilidade numérica e reduz os efeitos de compressibilidade característico do LBM, ambos mantendo a taxa de convergência de malha em segunda ordem. A validação do modelo multicomponente é feita por meio dos problemas de bolha estática, escoamento de Poiseuille para dois-componentes e deslocamento fluido-fluido, sendo analisados os comportamentos de limite de estabilidade numérica, acurácia e magnitude de correntes espúrias. Os resultados demonstram limites de estabilidade numérica para a razão de viscosidade tendendo ao infinito nos problemas de bolha estática e escoamento de Poiseuille para dois-componentes, enquanto no problema de deslocamento fluido-fluido notam-se limites na ordem de 104 . Nas demais análises de correntes espúrias e acurácia, observou-se conformidade dos resultados com os apresentados pelos demais modelos da literatura. Por fim, o presente modelo é empregado na representação do problema de deslocamento fluido-fluido em meio poroso, sendo observada boa capacidade de representação dos comportamentos que caracterizam os diferentes estados de deslocamento, assim como altas faixas de estabilidade numérica da razão de viscosidade na ordem de 10−6 até 106 , dependendo do número de capilaridade. |
| Abstract: | The present work proposes the development of a multicomponent lattice Boltzann model for the representation of high viscosity ratios in immiscible flows, using as reference in its development the models described by Shan e Chen (1993) and Philippi et al. (2012). The proposed model is based on the use of high-order discretization schemes and on the adaptation of a moments-based collision model. Through Chapman-Enskog analyses, which recover the balance equations of the numerically discretized model, it is demonstrated that the balance equations of the developed model eliminate discretization and modeling errors present in the model proposed by Shan e Chen (1993). Verification results of the moments-based collision model were conducted to verify the Stokes hypothesis in incompressible flows, being observed that the model increases numerical stability and reduces the compressibility effects characteristic of LBM, both while maintaining the second-order grid convergence rate. The multicomponent model validation is done through problems of static bubble, Poiseuille flow for two-components and fluid-fluid displacement, analyzing the numerical stability limit behaviors, accuracy, and magnitude of spurious currents. The results demonstrate numerical stability limits for the viscosity ratio tending to infinity in the problems of static bubble and Poiseuille flow for two-components, while in the fluid-fluid displacement problem were reached stability in the order of 104 . In the other analyzes of spurious currents and accuracy, the results were consistent with those presented by the other models in the literature. Finally, the present model is employed in the representation of the fluid-fluid displacement problem in porous media, being observed a good capacity to represent the behaviors of distinct displacement states, as well as a high numerical stability of the viscosity ratio in the order of 10−6 to 106 , depending on the capillary number. |
| URI: | http://repositorio.utfpr.edu.br/jspui/handle/1/30982 |
| Aparece nas coleções: | CT - Programa de Pós-Graduação em Engenharia Mecânica e de Materiais |
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