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Design construtal de bifurcações em forma de Y para escoamentos de fluidos de Carreau

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metadataTrad.dc.contributor.author Pellejero, David Cristopher;
metadataTrad.dc.contributor.authorLattes http://lattes.cnpq.br/5407919847523518;
metadataTrad.dc.contributor.advisor Zinani, Flávia Schwarz Franceschini;
metadataTrad.dc.contributor.advisorLattes http://lattes.cnpq.br/8732272690265023;
metadataTrad.dc.contributor.advisor-co1 Rocha, Luiz Alberto Oliveira;
metadataTrad.dc.contributor.advisor-co1Lattes http://lattes.cnpq.br/2535324018884724;
metadataTrad.dc.publisher Universidade do Vale do Rio dos Sinos;
metadataTrad.dc.publisher.initials Unisinos;
metadataTrad.dc.publisher.country Brasil;
metadataTrad.dc.publisher.department Escola Politécnica;
metadataTrad.dc.language pt_BR;
metadataTrad.dc.title Design construtal de bifurcações em forma de Y para escoamentos de fluidos de Carreau;
metadataTrad.dc.description.resumo Este trabalho investiga as geometrias ótimas para bifurcações sujeitas a escoamentos de fluidos não newtonianos pseudoplásticos, e analisar como a reologia do fluido tem efeitos sobre as configurações e o desempenho de bifurcações em forma de Y. A análise se baseia na minimização da resistência ao escoamento, com a definição da razão de diâmetros, razão de comprimentos e ângulo da bifurcação como graus de liberdade e parâmetros de projeto e imposição de restrições segundo o método Design Construtal. O fluido foi modelado utilizando a equação de Carreau, e foram analisados os efeitos do número de Carreau, razão de viscosidades e índice de escoamento. Os escoamentos foram resolvidos numericamente utilizando o Método dos Volumes Finitos e o software ANSYS® Fluent. O modelo matemático foi verificado com resultados publicados na literatura, e a malha computacional foi analisada pelo método GCI. Foi utilizado o algoritmo de otimização de Superfície de Resposta (Response Surface) para a busca pela resistência ao escoamento mínima e os valores ótimos para as variáveis de projeto. Foi utilizado um planejamento fatorial de três níveis para verificar o efeito dos parâmetros reológicos nestes resultados. Dos resultados obtidos, verificou-se que o índice de escoamento é o parâmetro reológico que possui maior efeito sobre a configuração da geometria ótima, afetando tanto a razão de comprimentos quanto a razão de diâmetros para a resistência ao escoamento mínima, sendo que o efeito estatisticamente significativo foi somente sobre a razão de diâmetros. Esta por sua vez, demonstrou ser o parâmetro geométrico que teve uma maior influência no comportamento da resistência ao escoamento. Estes resultados corroboram a tese de que a análise para sistemas com fluidos não newtonianos deve considerar a reologia dos fluidos para a obtenção de seu melhor desempenho.;
metadataTrad.dc.description.abstract This work investigates the optimal geometries for bifurcations subject to pseudoplastic non-Newtonian fluid flows, and to analyze how the fluid rheology has effects on the configurations and performance of Y-shaped bifurcations. The analysis is based on minimization flow resistance, with the definition of the ratio of diameters, length ratio and bifurcation angle as degrees of freedom and design parameters and imposition of restrictions according to the Design Constructal method. The fluid was modeled using the Carreau equation, and the effects of Carreau number, viscosity ratio and flow index were analyzed. The flows were solved numerically using the Finite Volume Method and the ANSYS® Fluent software. The mathematical model was verified with results published in the literature, and the computational mesh was analyzed by the GCI method. The Response Surface optimization algorithm was used to search for the minimum flow resistance and the optimal values for the design variables. A three-level factorial design was used to verify the effect of the rheological parameters on these results. From the results obtained, it was found that the power index is the rheological parameter that has the greatest effect on the configuration of the optimal geometry, affecting both the length ratio and the ratio of diameters to the minimum flow resistance. statistically significant effect was only on the ratio of diameters. This, in turn, proved to be the geometric parameter that had the greatest influence on the flow resistance behavior. These results corroborate the thesis that the analysis for systems with non-Newtonian fluids should consider the rheology of fluids to obtain their best performance.;
metadataTrad.dc.subject Escoamentos em ramificações; Fluidos não newtonianos; Fluido de Carreau; Fluidodinâmica computacional; Design construtal; Flow in branches; Non-Newtonian fluids; Carreau fluid; Computational fluid dynamics; Constructal design;
metadataTrad.dc.subject.cnpq ACCNPQ::Engenharias::Engenharia Mecânica;
metadataTrad.dc.type Dissertação;
metadataTrad.dc.date.issued 2020-09-25;
metadataTrad.dc.description.sponsorship Nenhuma;
metadataTrad.dc.rights openAccess;
metadataTrad.dc.identifier.uri http://www.repositorio.jesuita.org.br/handle/UNISINOS/9547;
metadataTrad.dc.publisher.program Programa de Pós-Graduação em Engenharia Mecânica;


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