Fluidodinâmica computacional da ascensão de bolhas em líquidos de elevada viscosidade

• Ano de defesa: 2025
• Autor(a) principal: Rohde, Vitor da Rosa
• Orientador(a): Cardozo, Nilo Sérgio Medeiros, Secchi, Argimiro Resende
• Tipo de documento: Dissertação
• Tipo de acesso: Acesso aberto
• Idioma: por
• Palavras-chave em Português: Dinâmica dos fluidos computacional; Fluidos viscosos; Bolhas de ar
• Palavras-chave em Inglês: Bubble column; Computational fluid dynamics (CFD); Multiphase simulation; Volume of Fluid (VOF); InterFoam (OpenFOAM®); Viscosity ratio; Bubble terminal velocity; Interfacial instability
• Link de acesso: http://hdl.handle.net/10183/296362

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.