Análise dos efeitos geométricos em microdispositivos na geração de vórtices usando fluidodinâmica computacional

Autor: Amaral, João Víctor Melo, 1996
Přispěvatelé: Vianna, Sávio Souza Venâncio, 1975, Torre, Lucimara Gaziola de la, Santos, Fábio Pereira dos, Universidade Estadual de Campinas. Faculdade de Engenharia Química, Programa de Pós-Graduação em Engenharia Química, UNIVERSIDADE ESTADUAL DE CAMPINAS
Rok vydání: 2021
Předmět:
Zdroj: Biblioteca Digital de Teses e Dissertações da Universidade Estadual de Campinas (UNICAMP)
Universidade Estadual de Campinas (UNICAMP)
instacron:UNICAMP
Popis: Orientador: Sávio Souza Venâncio Vianna Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Química Resumo: Uma emergente estratégia em estudos de aumento de vorticidade devido a advecção caótica em microcanais tem sido a aplicação de ferramentas computacionais. A fluidodinâmica computacional (CFD) tem sido amplamente utilizada devido à suas vantagens em poder gerar resultados precisos, e em minimizar os custos de testes experimentais nos quais necessitam da fabricação de microdispositivos e do consumo de reagentes. No entanto, a aquisição da licença de um programa de CFD ainda requer elevado investimento econômico. Além disso, em análises de escoamento em microescala, a melhoria na formação de vórtices ainda é um grande empecilho para muitos pesquisadores. Isso pode ser explicado devido ao perfil de escoamento ser predominantemente laminar, prevalecendo assim o transporte por difusão molecular sobre o transporte convectivo, de modo a desfavorecer a geração dos vórtices. Essa pesquisa tem como objetivo desenvolver um código que descreva o escoamento de fluidos ao longo de microcanais, assim como, obter uma intensificação na vorticidade do fluido por meio de pequenas mudanças na geometria de um dispositivo no formato de bocal convergente acoplado à um microcanal com saliências convexas. O código foi programado utilizando linguagem computacional Fortran 95 no qual o domínio espacial e as equações de conservação foram discretizados a partir do Método dos Volumes Finitos (FVM) e do esquema híbrido, respectivamente. Adicionalmente, essas equações foram iteradas até atingir a convergência por meio da implementação do algoritmo SIMPLE co-localizado (Semi-Implicit Method for Pressure-Linked Equations). Por fim, os dados coletados mostram que a largura do microcanal e a inserção de saliências favorecem consideravelmente o aumento da vorticidade e a criação de zonas de recirculação para maiores números de Reynolds, enquanto que a contribuição da posição da alimentação é apenas localizada na entrada dos microdispositivos Abstract: An increasing strategy to stimulate vorticity due to chaotic advection in microchannels has been involving the use of computational tools. Computational fluid dynamics (CFD) has been widely used due to its advantages in obtaining accurate results, and minimizing the costs of experimental tests, which includes the fabrication of prototypes of microdevices and the consumption of reagents. However, acquiring a CFD software is still expensive. Moreover, in a microfluidic pattern study, the improvement in the formation of vortices still represents a burden for many researchers. The reason is that diffusion transport at molecular level prevails over the convective forces in laminar regimes, contributing to a no chaotic flow performance. The purpose of this study is to develop a code that describes the fluid flow along a microchannel; and also, to propose an improvement of the vortex formation of a fluid by varying slightly the geometry of a converging nozzle coupled to a bumpy microchannel. The code was programmed by employing the Fortran 95 language in which the spatial domain and the derivative conservation equations were discretized by applying the Finite Volume Method (FVM) and the hybrid scheme, respectively. Consequently, these equations were iterated until convergence through the co-located SIMPLE (Semi-Implicit Method for Pressure-Linked Equations) algorithm. Finally, the data collected show that the width of the microchannel and the insertion of bumps considerably favor the increase in vorticity and the creation of recirculation zones for larger numbers of Reynolds, while the contribution of the position of the feed is only located at the entrance of the microdevices Mestrado Engenharia Química Mestre em Engenharia Química CNPQ 137742/2018-5
Databáze: OpenAIRE
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