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Título: Aplicação do método lattice Boltzmann ao estudo do escoamento em canais parcialmente porosos
Autor(es): Meira, Rodrigo Esperança da Cunha Pimentel de
Orientador(es): Junqueira, Silvio Luiz de Mello
Palavras-chave: Tubos - Dinâmica dos fluidos
Escoamento
Mecânica dos fluidos
Tubes - Fluid dynamics
Runoff
Fluid mechanics
Data do documento: 5-Fev-2014
Editor: Universidade Tecnológica Federal do Paraná
Câmpus: Curitiba
Referência: MEIRA, Rodrigo Esperança da Cunha Pimentel de. Aplicação do método lattice Boltzmann ao estudo do escoamento em canais parcialmente porosos. 2014. 92 f. Trabalho de Conclusão de Curso (Graduação) – Universidade Tecnológica Federal do Paraná, Curitiba, 2014.
Resumo: Neste trabalho, o escoamento em canal parcialmente poroso é investigado numericamente através do método lattice Boltzmann, uma ferramenta numérica baseada no deslocamento e colisão de partículas para a representação do escoamento de fluidos. O meio poroso é representado de forma heterogênea por meio de obstáculos quadrados sólidos distribuídos uniformemente na parte inferior do canal. São analisadas as influências de parâmetros relativos ao meio poroso (porosidade e número de obstáculos) e à geometria do canal (altura da região fluida) sobre a vazão de fluido na região livre. Resultados numéricos são comparados com modelos teóricos encontrados na literatura, os quais, diferentemente da abordagem proposta no presente trabalho, pressupõem a definição de uma condição de contorno para a interface entre as regiões fluida e porosa e o ajuste de um parâmetro empírico. Foi observado que a porosidade e o número de obstáculos têm efeitos contrários sobre o acréscimo de vazão de fluido na região livre. O aumento da porosidade reduz a permeabilidade do meio poroso, o que favorece o efluxo de fluido deste domínio para a região fluida. Por outro lado, quanto maior o número de obstáculos, menos permeável é o meio poroso e, portanto, a passagem de fluido deste meio para a região livre do canal é dificultada. Quanto maior a altura da porção livre do canal, maior é a vazão observada nesta região e o acréscimo de vazão proporcionada pela presença do meio poroso se torna menos significante. De modo geral os resultados se ajustam à solução analítica de um dos modelos teóricos utilizados como referência e uma correlação para o parâmetro empírico associado a este modelo é proposta.
Abstract: In this work, flow through a channel partially filled with solid obstacles is investigated using the lattice Boltzmann method, a numerical method based on particles collision to simulate fluid flow. The influence of parameters as porosity, number of obstacles and fluid domain height are analyzed in terms of the flow rate variations through the fluid domain. Comparison between numerical results and theoretical models based on the definition of a boundary condition for the fluid-porous interface is performed as well. It is observed that the influence of porosity and number of obstacles have opposite effects. Increasing porosity leads to a more permeable medium which favors the outflow from the porous to the fluid domain. On the other hand, increasing the number of obstacles reduces medium’s permeability, which inhibits the efflux of fluid from the porous region. As the height of the fluid domain is increased, flow rate through this region is increased as well, thus the additional flow provided by the presence of the porous material becomes less significant. Numerical results are in good agreement with a benchmark model and correlation of the associated adjustable parameter is proposed.
URI: http://repositorio.roca.utfpr.edu.br/jspui/handle/1/6494
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