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Universidade Federal de Santa catarina (UFSC)
Programa de Pós-graduação em Engenharia, Gestão e Mídia do Conhecimento (PPGEGC)
Detalhes do Documento Analisado

Centro: Tecnológico

Programa de Pós-Graduação: Programa de Pós-Graduação em Engenharia Química

Dimensão Institucional: Pós-Graduação

Dimensão ODS: Ambiental

Tipo do Documento: Tese

Título: ANÁLISE DE ESTABILIDADE DA CONVECÇÃO DE RAYLEIGH-BÉNARD-POISEUILLE ESTRATIFICADA

Orientador
  • SELENE MARIA DE ARRUDA GUELLI ULSON DE SOUZA
Aluno
  • ELITON FONTANA

Conteúdo

A presença de escoamento horizontal em sistemas onde existe um gradiente vertical de temperatura que pode induzir a convecção natural pode ser vista em diversas situações, tanto em aplicações tecnológicas quanto em fenômenos naturais. apesar disto, a influência do escoamento cisalhante sobre os limites onde a convecção natural ocorre ainda é pouco conhecida, especialmente em meios multifásicos. o objetivo do presente trabalho é avaliar a estabilidade de um sistema composto por dois fluidos imiscíveis sobrepostos sujeitos a um gradiente de pressão horizontal, que induz o escoamento nesta direção, e um gradiente de temperatura vertical que pode levar à formação de células convectivas quando a diferença de temperatura entre as paredes horizontais atingir um valor crítico. este modelo contempla diferentes fenômenos presentes sistemas mais simples cujas características de estabilidade já são conhecidas e apresentadas na literatura, sendo por isso chamado de convecção de rayleigh-bénard-poiseuille estratificada. duas diferentes abordagens numéricas foram empregadas para avaliar a estabilidade este sistema. primeiramente, foi utilizada uma análise linear onde a dependência das variáveis ao longo do tempo e da direção horizontal é modelada através de modos normais associados a uma determinada perturbação. o comportamento dinâmico desta perturbação define a estabilidade do sistema: se a amplitude da perturbação diminuir com o tempo o sistema será estável, caso contrário este será instável. a segunda forma de análise foi através da simulação numérica direta das equações governantes com o uso de técnicas de fluidodinâmica computacional. os resultados obtidos com as duas metodologias mostram-se de modo geral em acordo, indicando respostas semelhantes à variação em determinados parâmetros. devido ao grande número de fenômenos que afetam a estabilidade deste sistema, a análise foi restrita a uma estreita faixa para os parâmetros governantes. em especial, foram determinados os valores mínimos para o número de rayleigh necessários para que a convecção natural ocorra e as possíveis formas que o sistema pode ser organizar neste caso. diferentes modos de acoplamento entre as camadas foram identificados e caracterizados, bem como foram definidos os intervalos onde cada modo surge como mais instável. a competição entre diferentes modos de instabilidade pode alterar de forma significativa os perfis de velocidade e temperatura obtidos, podendo mesmo levar a casos onde o sistema continuamente oscila entre diferentes formas de convecção natural. a indução de um escoamento paralelo, no entanto, inibe a formação destes estados oscilatórios por afetar de forma distinta os diferentes modos. a presença de uma interface separando as duas camadas representa um problema adicional, pois esta pode levar à formação de células convectivas devido unicamente ao efeito termocapilar ou pode ser deformada em função do campo de velocidades e causar variações locais nas espessuras das camadas. além disso, os resultados obtidos com a simulação direta utilizando o método do volume de fluido mostram que quando o valor de rayleigh é consideravelmente superior ao valor crítico e a diferença de densidade entre as camadas não for suficiente para estabilizar a interface, a aproximação em termo dos modos normais não é mais válida e estruturas muito complexas podem surgir. apesar das dificuldades matemáticas e numéricas inerentes à modelagem desta forma de escoamento, a associação da análise linear com a simulação numérica direta mostrou-se apropriada para a análise de estabilidade da convecção de rayleigh-bénard-poiseuille estratificada e os resultados obtidos foram suficientes para esclarecer muitas das características deste problema, permitindo um melhor entendimento da origem e interação dos diversos modos de instabilidade.

Pós-processamento: Índice de Shannon: 3.93024

ODS 1 ODS 2 ODS 3 ODS 4 ODS 5 ODS 6 ODS 7 ODS 8 ODS 9 ODS 10 ODS 11 ODS 12 ODS 13 ODS 14 ODS 15 ODS 16
4,02% 4,84% 4,42% 4,62% 3,16% 8,19% 6,97% 4,97% 5,96% 8,45% 7,87% 4,81% 10,54% 5,81% 7,30% 8,08%
ODS Predominates
ODS 13
ODS 1

4,02%

ODS 2

4,84%

ODS 3

4,42%

ODS 4

4,62%

ODS 5

3,16%

ODS 6

8,19%

ODS 7

6,97%

ODS 8

4,97%

ODS 9

5,96%

ODS 10

8,45%

ODS 11

7,87%

ODS 12

4,81%

ODS 13

10,54%

ODS 14

5,81%

ODS 15

7,30%

ODS 16

8,08%