Modelo numérico empregando o método de Lattice-Boltzmann para análise da distribuição de forças hidrodinâmicas em partículas componentes de leitos porosos

Abstract

Este estudo investiga a interação entre forças hidrodinâmicas e características de leitos porosos em escoamentos, enfocando a porosidade e disposição de partículas para compre ender o transporte de sedimentos. Utilizando o método Lattice Boltzmann com esquema D2Q9 e operador BGK, foram simulados quatro domínios porosos, empregando Transformadas de Fourier e Hough para análise da entropia e da estrutura espacial. Os resultados destacaram diferenças notáveis na distribuição de forças entre domínios ordenados e aleatórios, revelando uma transição clara nas condições de escoamento na interface entre regiões porosas e de escoa mento livre. As análises sugeriram que a estrutura dos domínios influencia o comportamento fluidodinâmico, embora limitações como a escolha de um modelo 2D possam ter impactado os resultados. Este trabalho realça a importância da estrutura dos domínios porosos no escoamento, indicando a necessidade de futuras pesquisas com modelos mais avançados para análises mais precisas. As descobertas têm implicações práticas em hidráulica e mecânica dos fluidos, com relevância para aplicações industriais e ambientais.

This study investigates the interaction between hydrodynamic forces and charac teristics of porous beds in flows, focusing on the porosity and arrangement of particles to understand sediment transport. Using the Lattice Boltzmann method with D2Q9 scheme and BGK operator, four distinct porous domains were simulated, employing Fourier and Hough Transforms for entropy analysis and spatial structure. The results highlighted notable differen ces in force distribution between ordered and random domains, revealing a clear transition in flow conditions at the interface between porous regions and free flow. The analyses suggested that the structure of the domains influences fluidodynamic behavior, although limitations such as the choice of a 2D model may have impacted the results. This work emphasizes the impor tance of the structure of porous domains in flow, indicating the need for future research with more advanced models for more precise analyses. The findings have practical implications in hydraulics and fluid mechanics, with relevance to industrial and environmental applications.