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Type: TESE DIGITAL
Degree Level: Doutorado
Title: Dilution rate investigation in stratified flows : experimental studies and numerical simulations using OpenFOAM = Investigação da taxa de diluição em escoamentos estratificados: análise experimental e simulação numérica usando o OpenFOAM
Title Alternative: Investigação da taxa de diluição em escoamentos estratificados : análise experimental e simulação numérica usando o OpenFOAM
Author: Santos, Raphael Ribeiro Cruz, 1987-
Advisor: Vianna, Sávio Souza Venâncio, 1975-
Abstract: Resumo: A liberação de fluido denso em um ambiente com fluido menos denso sobre uma superfície gera uma estrutura de escoamento denominada corrente de gravidade, caracterizada por uma região de acúmulo de fluido denso na fronte, chamada de cabeça, seguida de uma camada densa estratificada chamada de cauda. A compreensão do mecanismo de mistura entre os dois fluidos é de grande importância, seja para entendimento da natureza, como também para aplicações de engenharia. Este trabalho tem como objetivo compreender o mecanismo de mistura e quantificar a taxa de diluição entre fluidos em correntes de gravidade. Neste trabalho, primeiramente realizou-se simulações numéricas de casos reais de dispersão de gás denso utilizando o pacote não comercial de fluido dinâmica computacional (CFD) OpenFOAM, especificamente o solver rhoReactingBuoyantFoam. Comparação dos resultados numéricos com dados experimentais demonstraram o potencial do software, também limitações quanto a acurácia relativo ao tempo (em casos transientes) e concentração de gás em regiões distantes do ponto de vazamento. Posteriormente, uma série de experimentos foi realizada, estes consistiram em gerar correntes de gravidade em laboratório por meio de liberação contínua de solução salina sobre uma superfície inclinada (5?) em um tanque preenchido com água. Corante alimentício foi usado para permitir a visualização e captura de imagens pela câmera Nikon D90. As imagens foram processadas utilizando o software MATLAB e a técnica de tenuação de luz foi aplicada para obtenção de distribuição de densidade dentro da estrutura de escoamento. Observou-se que existe mistura entre os fluidos em toda corrente de gravidade, próximo a fonte de liberação, cauda e cabeça. Cada uma dessas regiões foram estudadas separadamente e valores de diluição foram encontrados em função das propriedades do escoamento, com estes parâmetros, um modelo semi-empirico foi desenvolvido para previsão de volume da corrente de gravidade em função do tempo. Por último, simulação numérica dos experimentos foi realizada usando solvers do OpenFOAM com modelo compressível (rhoReactingBuoyantFoam) e incompressível (twoLiquidMixingFoam) utilizando abordagem RANS (Reynolds Averaged Navier-Stokes)... O resumo poderá ser visualizado no texto completo da tese digital

Abstract: The release of dense fluid in an environment with less dense fluid on a surface generates a flow structure named a gravity current, caracterised a high region at the forehead, named head, followed by a stratified dense layer named tail. The understanding of the fluid mixing mechanism is of great importance, either for understanding nature as well as for engineering applications. This work aims to understand the mechanism of mixing and quantify the rate of dilution between fluids in gravity currents. In this work, firstly it was performed numerical simulations of real cases of dense gas dispersion using the noncommercial computational fluid dynamic (CFD) package OpenFOAM, specifically the rhoReactingBuoyantFoam solver. Comparison of numerical results with experimental data demonstrated the potential of the software, as well as limitations regarding the accuracy of time (in transient cases) and gas concentration in far field regions. Subsequently, a series of experiments were performed, these consisted of generating gravity currents in the laboratory by continuously pump saline solution on a sloped surface (5?) into a tank filled with water. Food dye was used to allow visualising and capturing of images by the Nikon D90 camera. The images were processed using MATLAB software and the light attenuation technique was applied to obtain density distribution within the flow structure. It has been observed that there is mixture between the fluids in all gravity current regions, near the source of release, tail and head. Each of these regions were studied separately and dilution values were obtained as a function of the flow properties. With these parameters, a semi-empirical model was developed to predict the volume of the gravity current as a function of time. Finally, numerical simulation of the experiments was performed using OpenFOAM solvers with compressible (rhoReactingBuoyantFoam) and incompressible (twoLiquidMixingFoam) models using RANS (Reynolds Averaged NavierStokes) approach... The abstract is available with the full electronic document
Subject: Mecânica dos fluidos
Gas - Vazamento
Modelos matemáticos
Experimentos
Fluidodinâmica computacional (CFD)
Language: Inglês
Editor: [s.n.]
Citation: SANTOS, Raphael Ribeiro Cruz. Dilution rate investigation in stratified flows: experimental studies and numerical simulations using OpenFOAM = Investigação da taxa de diluição em escoamentos estratificados: análise experimental e simulação numérica usando o OpenFOAM. 2018. 1 recurso online (156 p.). Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Química, Campinas, SP. Disponível em: <http://www.repositorio.unicamp.br/handle/REPOSIP/332390>. Acesso em: 28 set. 2018.
Date Issue: 2018
Appears in Collections:FEQ - Tese e Dissertação

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