[pt] RECOMEÇO DE ESCOAMENTO EM DUTO DE MATERIAIS TIXOTRÓPICOS

Autor: LUCA BIANCO
Jazyk: angličtina
Rok vydání: 2024
Předmět:
Druh dokumentu: TEXTO
DOI: 10.17771/PUCRio.acad.68796
Popis: [pt] Compreender a resposta mecânica de materiais dependentes do tempo / histórico de deformação é essencial para várias aplicações industriais, especialmente no transporte por dutos. Esses materiais exibem um comportamento reológico complexo, que influencia enormemente suas características de escoamento. Apesar de décadas de pesquisa, os modelos existentes muitas vezes são incapazes de prever com precisão respostas complexas além do escoamento simples de cisalhamento. Consequentemente, há uma necessidade urgente de investigação para refinar a compreensão e a capacidade preditiva nesse campo, a fim de garantir operações eficientes e seguras de processos industriais envolvendo o escoamento desses materiais. Este trabalho tem como objetivo investigar o recomeço de escoamento de fluidos tixotrópicos por meio de métodos numéricos e experimentais. Especificamente, este estudo envolve a modelagem de uma suspensão de Laponite tixotrópica 1,25 por cento wt usando uma equação constitutiva que representa fielmente o comportamento real do material durante processos que induzem quebra ou reconstrução microestrutural. As simulações numéricas foram utilizadas para analizar processos de reinício de escoamento em dutos usando a suspensão modelada neste trabalho, comparando-a com uma suspensão presente na literatura modelada com o mesmo modelo, objetivando compreender o papel da tixotropia no reinício do escoamento. Além disso, foi realizada uma tentativa de validar a equação constitutiva obtida. A análise numérica indicou que ambos os fluidos exibiram comportamento qualitativo semelhante para a evolução temporal da fluidez; enquanto uma alta tixotropia causou uma transição gradual do repouso para o escoamento, baixa tixotropia resultou em transições súbitas. Altos gradientes de pressão impostos foram associados a menores tempos de reinício e regiões cisalhadas maiores ao longo do domínio espacial para ambos os fluidos. Adicionalmente, para ambos os fluidos, o regime permanente do escoamento foi unicamente definido pelo gradiente de pressão imposto. Apesar das limitações do aparato experimental e das notáveis diferenças entre as previsões numéricas e os resultados experimentais para a suspensão de Laponita formulada neste trabalho, o modelo matemático empregado mostrou-se uma ferramenta útil para estudar o reinício de escoamento de fluidos tixotrópicos.
[en] Understanding the mechanical response of time-/strain history-dependent materials is essential for various industrial applications, notably in pipeline transportation. These materials exhibit complex rheological behavior, that hugely influence their flow characteristics. Despite decades of research, accurately modeling the mechanical behavior of these materials remains a challenge, with existing models often constrained by their inability to predict complex responses beyond simple shear flow configurations. Consequently, there is a pressing need for further investigation to refine our understanding and predictive capabilities in this field, ensuring the efficient and safe operation of industrial processes involving such materials. This work aims to investigate the flow restart of thixotropic fluids through both numerical and experimental methods. Specifically, this study involves modeling a thixotropic Laponite suspension 1.25 por cento wt using a constitutive equation that faithfully accounts the real material s behavior during processes that induce microstructural breakage or construction. Numerical simulations were used to analyze the restart processes in a pipe using the modelled suspension and compare it with a suspension present in the literature modelled with the same mathematical model to understand the role of thixotropy in the flow restart. Additionally, an attempt to validate the constitutive equation obtained was made. The numerical analysis indicated that both fluids exhibited similar qualitative behavior for the temporal fluidity evolution. While high thixotropy caused a gradual transition from rest to flow, low thixotropy resulted in sudden transitions. Higher imposed pressure gradients were associated with earlier resumption of flow and larger sheared regions across the spatial domain for both fluids. Additionally, for both fluids, the steady-state regime was solely defined by the imposed pressure gradient. Despite the limitations of the experimental apparatus and the notable differences between the numerical predictions and experimental results for the Laponite suspension formulated in this work, the mathematical model employed showed to be a useful tool to study the restart flow of thixotropic fluids.
Databáze: Networked Digital Library of Theses & Dissertations
Externí odkaz: