Fluidodinâmica computacional da ascensão de bolhas em líquidos de elevada viscosidade - Rohde, Vitor da Rosa (2025)
O método Volume de Fluido (VOF) é amplamente utilizado na simulação de escoamentos multifásicos, como a movimentação de bolhas através de líquidos. No entanto, há poucos estudos voltados à ascensão de bolhas em meios altamente viscosos, como polímeros fundidos. Esse tipo de escoamento está presente em diversas aplicações industriais, que vão desde o processamento de espumas até a calandragem de borracha. Enquanto, na literatura, encontram-se razões de viscosidade líquido-gás (rμ) de no máximo 10⁵, processos reais podem envolver razões da ordem de 10⁸. Nesta dissertação, investiga-se a dinâmica de uma bolha em líquidos de elevada viscosidade, utilizando-se o solver interFoam (VOF, OpenFOAM®) e uma configuração de coluna preenchida com líquido inicialmente em repouso. Consideram-se dois cenários: ascensão natural, promovida apenas pela gravidade, e ascensão forçada, com fluxo entrante imposto na base da coluna. A viscosidade do meio líquido é aumentada até valores representativos de polímeros fundidos (104 Pa·s), observando-se o efeito sobre a dinâmica da bolha. Os resultados indicam que as velocidades terminais simuladas pelo interFoam tendem à lei de Stokes para baixas viscosidades (erro médio de 10,8%), mas se desviam em direção à lei de Hadamard-Rybczynski em condições mais viscosas (erro médio de 9,1%). Em regimes de alta viscosidade com fluxo forçado (|| uin || = 9 mm/s), nota-se uma elongação vertical progressiva da bolha a partir de rμ = 5 × 105. Além disso, para rμ > 3 × 106, observam-se oscilações no contorno da bolha, indicando o surgimento de uma instabilidade associada ao elevado contraste de viscosidade entre as fases.