[pt] AVALIAÇÃO DE MÉTODOS DE CAPTURA DE INTERFACE PARA A PREDIÇÃO NUMÉRICA DA ASCENSÃO DE BOLHAS DE GÁS EM MEIOS VISCOSOS

[en] EVALUATION OF INTERFACE CAPTURING ALGORITHMS FOR THE PREDICTION OF GAS BUBBLE ASCENSION IN VISCOUS MEDIA

[pt] RODRIGO LUIS FORMOSINHO CASTELLO BRANCO

[pt] VOF

[pt] ALGORITMO DE CAPTURA DE INTERFACE

[pt] BOLHA DE GAS EM ASCENSAO

[pt] OPENFOAM

[en] VOF

[en] INTERFACE CAPTURING ALGORITHMS

[en] GAS BUBBLE ASCENSION

[en] OPENFOAM

[pt] Com o passar dos anos, o método Volume of Fluid original passou por diversas modificações de forma a melhorar suas capacidades de prever o comportamento de escoamentos multifásicos. O presente trabalho propõe o acoplamento de um método de cálculo de curvaturas baseado em nuvens de pontos (PC-VOF) com um método de advecção geométrico baseado no conceito de iso-superfícies (isoAdvector). Um método variante do isoAdvector, que resolve uma Reconstructed Distance Fucntion (isoRDF) também foi contemplado no presente trabalho, e um acoplamento do mesmo com o PC-VOF foi realizado. Os métodos foram implementados em OpenFOAM e seus desempenhos foram avaliados com casos de benchmark. Simulações de configurações com soluções analíticas foram realizadas como testes de validação. Subsequentemente, dois casos de benchmark 2D que envolvem a ascensão de bolhas de gás em meios viscosos foram testados. Um dos casos constitui um escoamento dominado por tensões superficiais e o outro é dominado por forças inerciais. Malhas de quadriláteros e triângulos foram utilizadas, e testes de convergência de malha foram realizados. Os métodos foram testados e comparados através do acompanhamento da variação temporal de diversas grandezas do escoamento. Os casos de benchmark destacaram a importância da precisão no cálculo de curvatura nos escoamentos dominados por tensões superficiais, uma vez que o PC-VOF original e os métodos acoplados obtiveram as soluções mais precisas para esta configuração. Os casos também demonstraram a importância de um método de advecção preciso, particularmente na configuração dominada por forças inerciais, em que o isoAdvector e isoRDF obtiveram boas soluções. Para a maioria dos casos contemplados, os métodos acoplados apresentaram as soluções mais precisas, e são recomendados como uma alternativa estável e precisa para os métodos que os compõem.

[en] Throughout the years, the standard Volume of Fluid method has undergone several modifications in order to enhance its capabilities in predicting the behavior of multiphase flow. The present work proposes the coupling of a point-cloud curvature computation method (PC-VOF) with a geometric advection scheme based on the concept of isosurfaces (isoAdvector). An isoAdvector variant method that resolves a Reconstructed Distance Function, called isoRDF, is also contemplated. A coupling of the latter with PC-VOF is performed. The methods were implemented in OpenFOAM, and their performances were evaluated with benchmark cases. Simulations of configurations with analytical solutions were carried out as validation tests. Subsequently two 2D benchmark cases which involve the ascension of gas bubbles in viscous media were tested. One case being driven by surface tension forces and the other by inertial forces. Both quadrilateral and triangular meshes were used, and grid convergence tests were carried out. The coupled methods, as well as their original constituents were tested and compared by tracking the time variation of a set of flow quantities. The benchmark cases highlighted the importance of curvature computation in surface tension driven flows, as the original PC-VOF and the coupled solvers presented the most accurate solutions for such configuration. They have also shown the importance of an accurate advection algorithm, particularly in the inertial forces driven flows, in which the isoAdvector and isoRDF yielded good solutions. For the majority of the contemplated cases, the coupled methods presented the most accurate solutions, and they are recommended as a stable and accurate alternative for its original constituents.

ANGELA OURIVIO NIECKELE

BRUNO DE BARROS MENDES KASSAR

2019-12-19

[pt] TEXTO

application/pdf

INGLÊS

https://www.maxwell.vrac.puc-rio.br/colecao.php?strSecao=resultado&nrSeq=46450@1

https://www.maxwell.vrac.puc-rio.br/colecao.php?strSecao=resultado&nrSeq=46450@2

https://doi.org/10.17771/PUCRio.acad.46450