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Título: Simulação numérica da evaporação de gotas em meios porosos: uma abordagem baseada em modelos de escala de poros.
Autor(es): Sartim, Rafael
Orientador: Reis Junior, Neyval Costa
Coorientador: Goulart, Elisa Valentim
Data do documento: 29-Ago-2014
Editor: Universidade Federal do Espírito Santo
Resumo: O estudo sobre o impacto e a evaporação de gotas de líquidos em superfícies porosas, principalmente de líquidos quimicamente perigosos, é um assunto científico e tecnológico de grande interesse ambiental. Esta classe de problemas pode apresentar restrições ao se tratar o problema físico com uma abordagem macroscópica usualmente empregada na secagem de meios poroso, visto que, a região do meio poroso ocupado pelas gotas é da ordem de milímetros ou décimos de milímetros (10-3 – 10-4 m) e os poros do meio poroso de interesse (como areia, por exemplo) são da ordem de dezenas ou centenas de micrometros (10-4 – 10-5 m). Diversos trabalhos científicos são encontrados atualmente na literatura reportando o uso dos “modelos de escala de poros” ou “pore-scale models”. Esses modelos representam o transporte de massa em nível microscópico incorporando efeitos da aleatoriedade da matriz porosa sobre o transporte de vapor e líquido durante a mudança de fase. O presente estudo apresentou um modelo computacional baseado no modelo de escala de poros desenvolvido para simular a evaporação de gotas em meios porosos. O transporte de líquido dominado pelas forças capilares é implementado no modelo com base na metodologia da teoria de percolação apresentada por Prat (1993). Os efeitos gravitacionais e viscosos foram considerados e implementados, assim como, a presença do filme de líquido e as distribuições de probabilidade uniforme e exponencial. Os resultados obtidos indicam que os efeitos gravitacionais e viscosos apresentam pequena influência no comportamento dos padrões de secagem. De maneira geral, o modelo de escala de poros sem a inclusão de filmes apresentou melhores resultados quando comparado com o modelo com a inclusão de filme de líquido em todas as simulações.
The study of the impact and evaporation of liquid droplets on porous surfaces, especially for hazardous chemical compounds, is an important research topic for environmental sciences. This class of problems may poses some imitations for the use of conventional modeling techniques used for drying on porous media, since size of the droplets impinged on the porous media is of the order of a few millimeters (10-3 – 10-4 m) and the pore size is usually of the order of a few micrometers (10-4 – 10-5 m). This has motivated the development and use of “pore-scale models”, which attempt to simulate the transport and evaporation at the pore scale. This work presents a computational model for the drying of liquid droplets embedded on porous media based on a pore-scale model. The model formulation is based on the work originally proposed by Prat (1993). In order to increase the generality of the model, gravitational and viscous effects were also considered, as well as, the formation of liquid film, as proposed by Yiotis et al. (2007). The numerical results indicate that the viscous and gravitational effects are not really relevant for this class of problems. In general, the results obtained by the model without the presence of liquid films is in better agreement with experimental data than the results obtained by the model with the presence of liquid films.
URI: http://repositorio.ufes.br/handle/10/3924
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