Simulações numéricas de escoamentos viscoelásticos utilizando o OpenFOAM

Abstract

O presente trabalho apresenta estudos numéricos para escoamentos de uidos viscoelásticos em que a viscosidade polimérica ηP e o tempo de relaxação λ variam linearmente com a pressão p. Estas modelagens foram incluídas nos modelos Oldroyd-B e UCM e implementadas no ambiente de simulação de escoamentos viscoelásticos rheoTool, baseado no OpenFOAM R . Desta forma, neste trabalho é apresentada uma introdução aos softwares para simulação de escoamentos OpenFOAM R e rheoTool, é dada uma breve ideia de discretização pelo método dos volumes nitos e de metodologias numéricas, como o método SIMPLE e algumas de suas variações, que fazem parte do OpenFOAM R . A nova modelagem implementada é, então, aplicada aos estudos numéricos de escoamentos entre placas paralelas xas (canal) e em uma contração 4:1. No caso do escoamento em um canal, primeiramente é realizado uma análise de convergência a partir do re namento de malha para o escoamento totalmente desenvolvido. Para o problema da contração 4:1, são apresentados inicialmente resultados de veri cação através de comparações com resultados existentes na literatura. Em seguida, para ambos os problemas, um estudo paramétrico detalhado mostra a forte in uência no comportamento do escoamento quando as variações da viscosidade e do tempo de relaxação com a pressão são levadas em consideração. Para que o estudo paramétrico possa ser ampliado, a metodologia Log-conformation é utilizada para amenizar o problema do alto número de Weissenberg e obter maior estabilidade nos resultados.

This work presents numerical studies for viscoelastic uid ows, modeled by the Oldroyd-B constitutive equation, such as, the Hagen-Poiseuille ow in which the polymeric viscosity ηP and the relaxation time λ linearly depends on the pressure p. These models were included in the Oldroyd-B and UCM models and implemented in the viscoelastic ow simulation environment rheoTool, based on OpenFOAM R . Thus, this work presents an introduction to softwares for ow simulation OpenFOAM R and rheoTool, a brief idea is given of discretization by the nite volume method and of numerical methodologies, such as the SIMPLE method and some of its variations, which are part of the OpenFOAM R . The new modeling implemented is applied to numerical studies of ows between xed parallel plates (channel) and in a 4:1 contraction. In the case of ow in a channel, rstly a convergence analysis is carried out from the mesh re nement to the fully developed ow. For the 4:1 contraction problem, veri cation results are initially presented through comparisons with existing results in the literature. Then, for both problems, a detailed parametric study shows the strong in uence on the ow behavior when variations in viscosity and relaxation time with pressure are taken into account. In order to expand the parametric study, the Log-conformation methodology is used to reduce the problem of the high Weissenberg number and obtain greater stability in the results.