Análise de Estabilidade Convectiva e Absoluta em Escoamentos de Jato Plano de Fluidos do tipo Oldroyd-B e Giesekus

• Ano de defesa: 2024
• Autor(a) principal: Sterza, Rafael de Lima
• Tipo de documento: Tese
• Tipo de acesso: Acesso aberto
• Idioma: por
• Instituição de defesa: Biblioteca Digitais de Teses e Dissertações da USP
• Palavras-chave em Português: Convective and absolute Instability; Direct numerical simulation; Escoamento de jato plano; Instabilidade convectiva e absoluta; Linear stability theory; Modelos Oldroyd-B e Giesekus; Oldroyd-B and Giesekus models; Planar jet flow; Simulação numérica direta; Teoria de estabilidade linear
• Link de acesso: https://www.teses.usp.br/teses/disponiveis/55/55134/tde-25042025-144712/

O estudo da dinâmica dos fluidos viscoelásticos é fundamental para compreender e otimizar diversos processos industriais e fenômenos naturais. Este trabalho investiga a estabilidade dos escoamentos de jatos viscoelásticos, com ênfase na transição entre escoamentos laminares e turbulentos. Utilizando modelos constitutivos como Upper-Convected Maxwell (UCM), Oldroyd- B e Giesekus, foram analisados os modos de instabilidade de Kelvin-Helmholtz em escoamentos de jatos submersos. O objetivo principal é examinar a estabilidade convectiva e absoluta desses escoamentos e comparar com os resultados dos escoamentos de jatos Newtonianos, aplicando a Teoria de Estabilidade Linear (LST) e a Simulação Numérica Direta (DNS). A análise de estabilidade foi conduzida tanto através da LST quanto da DNS, permitindo uma comparação detalhada entre os modos de instabilidade em escoamentos de jatos viscoelásticos e Newtonianos. Os resultados da análise convectiva indicam que os efeitos não Newtonianos são mais significativos em números de Reynolds baixos. As características de instabilidades se mostraram semelhantes nos casos estudados, onde, à medida que a concentração de polímeros no fluido diminui, o escoamento se torna mais estável, reduzindo a faixa de frequência instável (análise espacial) ou a faixa do número de onda instável (análise temporal). Em relação ao número de onda transversal , verificou-se que, conforme aumenta, as taxas de máxima amplificação espacial e temporal diminuem. Para a análise de instabilidade absoluta, observou-se que, apesar do modelo Giesekus apresentar uma região de instabilidade convectiva mais ampla em comparação com o modelo Oldroyd-B, o parâmetro G atenua os efeitos da instabilidade absoluta. Conclui-se, então, que a estabilidade dos escoamentos de jatos viscoelásticos depende fortemente dos parâmetros adimensionais dos modelos constitutivos. As diferenças nas características das instabilidades entre fluidos viscoelásticos e Newtonianos foram destacadas, contribuindo para uma compreensão dos fenômenos de estabilidade em sistemas fluidos complexos.