dc.contributor.author | Augusto, Liliana de Luca Xavier | |
dc.date.accessioned | 2018-04-12T23:31:47Z | |
dc.date.available | 2018-04-12T23:31:47Z | |
dc.date.issued | 2018-03-19 | |
dc.identifier.citation | AUGUSTO, Liliana de Luca Xavier. Aplicação do método de lattice Boltzmann na simulação de meios filtrantes : implementação de códigos para geração do domínio de cálculo e condição de contorno de escorregamento. 2018. Tese (Doutorado em Engenharia Química) – Universidade Federal de São Carlos, São Carlos, 2018. Disponível em: https://repositorio.ufscar.br/handle/ufscar/9741. | * |
dc.identifier.uri | https://repositorio.ufscar.br/handle/ufscar/9741 | |
dc.description.abstract | Many studies have been carried out to find the best operating point for filter media, and the mathematical modeling and simulation are becoming a important tool. In this work, a code was built to generate geometric models for filter media from data obtained by statistical analysis and microscopic images, to be used in simulations. Two different approaches (random and uniform distributions) were used to alocate the fiber inside the limits of the filter medium. The OpenLB library, which uses the mesoscopic approach lattice Boltzmann method based on kinetic of gases, was used to calculate the gas flow and estimate the pressure drop through the filter medium. A free slip boundary condition was implemented in OpenLB code, using the mesoscopic approach of specular reflection of the distribution functions. This boundary condition was then applied on the fibers surfaces, with the purpose of correctly represent the slip flow regime. The free slip boundary condition was verificated by simulating flows in confined duct and around obstacles, and the results were compared with data obtained by macroscopic simulations carried out on the commercial package ANSYS Fluent, which solves Navier-Stokes equations, and also with data found in literature. In filter media simulations, the free slip and no-slip boundary conditions were applied on the fibers surfaces and the numerical results of three types of filter media were then compared to experimental data. A better agreement between numerical and experimental data was observed if the free slip boundary condition was used. This confirms the need to consider the proper boundary condition in flows with high Knudsen number. Moreover, an analysis of the influence of the size of the computational domain on the pressure drop was also carried out, in order to determine the smaller size of the geometric model of the filter medium. According to the results, the pressure drop tends to become stable with the increasing of the domain, since the solid fraction is more accurate. This stabilization occurs with better agreement when the ramdon alocation of the fibers are used to distribute the fibers inside the filter medium. | eng |
dc.description.sponsorship | Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico (CNPq) | por |
dc.language.iso | por | por |
dc.publisher | Universidade Federal de São Carlos | por |
dc.rights.uri | Acesso aberto | por |
dc.subject | Método de lattice Boltzmann | por |
dc.subject | Condição de contorno de escorregamento | por |
dc.subject | Modelos geométricos de meios filtrantes | por |
dc.subject | Lattice Boltzmann method | eng |
dc.subject | Free slip boundary condition | eng |
dc.subject | Geometric model for filter media | eng |
dc.title | Aplicação do método de lattice Boltzmann na simulação de meios filtrantes : implementação de códigos para geração do domínio de cálculo e condição de contorno de escorregamento | por |
dc.title.alternative | Application of lattice Boltzmann method in the simulation of filter media : implementation of codes to generate calculation domain and slip boundary conditio | eng |
dc.type | Tese | por |
dc.contributor.advisor1 | Lopes, Gabriela Cantarelli | |
dc.contributor.advisor1Lattes | http://lattes.cnpq.br/5680967191791061 | por |
dc.contributor.advisor-co1 | Gonçalves, José Antônio Silveira | |
dc.contributor.advisor-co1Lattes | http://lattes.cnpq.br/0337997526924402 | por |
dc.description.resumo | Diversos estudos vêm sendo realizados com o intuito de encontrar o melhor ponto de operação para os meios filtrantes, nos quais a modelagem e simulação vêm se tornando grandes aliadas. Neste trabalho, foi desenvolvido um código para a construção de modelos geométricos de meios filtrantes para serem, posteriormente, utilizados em simulações numéricas, a partir de dados obtidos por análises estatísticas e de imagens de microscopia. Duas abordagens (distribuições aleatória e uniforme) foram utilizadas para a alocação das fibras no interior das fronteiras do meio filtrante. A biblioteca OpenLB, que utiliza o método mesoscópico de lattice Boltzmann, baseado na teoria cinética dos gases, foi utilizada para o cálculo do escoamento do gás e estimativa da queda de pressão através do meio filtrante. A condição de contorno de escorregamento livre foi implementada no código OpenLB, por uma abordagem mesoscópica da reflexão especular das funções de distribuição, e então aplicada na
superfície das fibras, com a finalidade de representar um escoamento em regime de escorregamento. A condição de
contorno proposta foi verificada em escoamentos confinados no interior de um duto e ao redor de obstáculos, de forma que os dados foram comparados com resultados obtidos por simulações em escala macroscópica, realizadas no pacote comercial ANSYS Fluent, o qual resolve numericamente as equações de Navier-Stokes, e também com dados da literatura. Nas simulações em meios filtrantes, as condições de contorno de escorregamento livre e de não-escorregamento foram aplicadas nas superfícies das fibras, e os resultados numéricos das quedas de pressão de três meios filtrantes foram comparados com dados experimentais. Uma melhor concordância entre os dados numéricos e experimentais foi observada quando a condição de escorregamento livre foi empregada. Isso evidencia a necessidade de se utilizar a condição de contorno adequada em casos de escoamentos com número de Knudsen consideravelmente alto. Além disso, uma análise da influência do tamanho do domínio computacional sobre a queda de pressão também foi realizada, com o objetivo de determinar a menor dimensão capaz de representar de forma fiel o modelo geométrico do meio filtrante. De acordo com os resultados, há uma tendência na estabilização da queda de pressão com o aumento do domínio, uma vez que a fração de sólidos é calculada com maior precisão. Esta estabilização ocorre em melhor acordo quando a aleatoriedade é utilizada para a distribuição de fibras no meio filtrante. | por |
dc.publisher.initials | UFSCar | por |
dc.publisher.program | Programa de Pós-Graduação em Engenharia Química - PPGEQ | por |
dc.subject.cnpq | ENGENHARIAS::ENGENHARIA QUIMICA::PROCESSOS INDUSTRIAIS DE ENGENHARIA QUIMICA | por |
dc.description.sponsorshipId | CNPq: 200932/2015-2 | por |
dc.description.sponsorshipId | CNPq: 141773/2014-6 | por |
dc.ufscar.embargo | Online | por |
dc.publisher.address | Câmpus São Carlos | por |
dc.contributor.authorlattes | http://lattes.cnpq.br/6049769741255261 | por |