Modelagem Matemática e Simulação Computacional de Escoamentos Bifásicos com a Presença de Surfactante Insolúvel / Mathematical Modeling and Computational Simulation of two-phase ows with Insoluble Surfactant

AUTOR(ES)
DATA DE PUBLICAÇÃO

2010

RESUMO

Quando se trata de escoamentos bifásicos, torna-se inevitável falar de surfactantes. Surfactantes são agentes ativos de superfície que podem estar presentes em sistemas, tanto na forma de impurezas quanto na forma de substâncias químicas adicionadas propositalmente _a misturas para controlar efeitos físicos interfaciais. Os surfactantes são amplamente usados em numerosas aplica _c~oes de engenharia, como por exemplo, eles são usados na produção de emulsões, ou para manipular bolhas e gotas em microcanais, para estabilizar gotas suspensas em um meio imiscível, também usados no processo de purificação de _água, etc. As funções principais do surfactante são diminuir a tensão superficial e prevenir a coalescência. A presença destes agentes ativos pode afetar criticamente a dinâmica interfacial dos escoamentos bifásicos. Surfactantes aderidos _a interface resultam em uma diminuição não uniforme de tensão superficial, isso torna a força de capilaridade não linear a introduz a força de Marangoni. Utilizando o método Front-Tracking e malhas adaptativas refinadas localmente, o presente trabalho tem como objetivo estudar o efeito de surfactantes insolúveis em escoamentos interfaciais bidimensionais. O surfactante dito insolúvel _e aquele que se mantém na interface e não há uxo de massa de surfactante entre a interface e o ruido ambiente. Portanto, o transporte de surfactante _e feito somente sobre a interface e para tal, a equação de transporte para a concentração de surfactante _e resolvida na malha lagrangiana. As implementações foram feitas no código AMR2D desenvolvido por Villar (2007). Num primeiro momento, fez-se a validação do código numérico através de uma expressão desenvolvida para o cálculo do coeficiente de arrasto para bolhas bidimensionais, onde são comparados os resultados numérico e analítico. Fez-se também a verificação das implementações feitas, sobre a equação de surfactante, por intermédio da análise de convergência por referência de malha. Buscando fazer a comparação entre interface limpa e contaminada, simulou-se uma e duas bolhas imersas em um escoamento cisalhante com o interesse de verificar os efeitos do surfactante na dinâmica desses escoamentos e para o caso de duas bolhas, investigar também os efeitos do surfactante na interaçãao entre as bolhas. Em seguida, fez-se um teste para evidenciar a presença do efeito Marangoni em escoamentos contaminados. Neste teste, a interface se movimenta devido somente à força de Marangoni. Por último, apresenta-se um estudo de problemas de linhas de contato dinâmicas. Este estudo trata-se da modelagem do ponto triplo de contato, onde se tem a interação das três fases presentes no escoamento e, neste contexto, o surfactante presente age modificando o valor do ângulo de contato. Este também é um problema de grande importância industrial. Ele aparece em processos de umedecimento, revestimento e em muitas aplicações biológicas e tem sido objeto de estudo de muitos pesquisadores desde várias décadas.

ASSUNTO(S)

surfactante efeito marangoni ponto triplo de contato engenharia mecanica escoamento bifásico agentes ativos de superfície two-phase ow front-tracking surfactant marangoni force moving contact point

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