Estudo numérico e design construtal de escoamentos laminares bifurcados em forma de Y

Abstract

Este trabalho tem como propósito investigar como a variação geométrica de determinados parâmetros envolvidos na construção de uma geometria bifurcada de seção circular, em forma de Y, afeta a resistência ao escoamento, tanto de fluidos newtonianos como não newtonianos. As geometrias estudadas foram construídas utilizando-se o princípio do Design Construtal. Os parâmetros variados foram a relação entre os comprimentos dos dutos pais e filhos, a relação entre os diâmetros dos mesmos dutos, e o ângulo central da estrutura em forma de Y. Para as relações geométricas lineares foram utilizados os valores de 0,5; 0,6; 0,7; 0,8; 0,9 e 1, enquanto para os ângulos, foram utilizados os valores de 155°, 135°, 115°, 95°, 75°, 45°, 25° e 10°. Os fluidos utilizados foram do tipo newtoniano e não newtoniano, dentre estes últimos, foram estudados fluidos pseudoplásticos e dilatantes. O trabalho foi realizado através de simulações numéricas, implementadas com a utilização do software comercial Ansys Fluent, o qual resolve as equações governantes através do método dos volumes finitos. As malhas utilizadas foram do tipo poliédrica. Os resultados indicam que há uma diferença em relação ao que se espera da literatura para as relações entre os diâmetros e os comprimentos. A Lei Hess-Murray indica que estas relações ótimas seriam de 2-1/3 para as relações entre os diâmetros e comprimentos. No presente trabalho, foram determinadas relações entre os diâmetros próximas de 0,6, e entre os comprimentos, iguais a 1. Os ângulos ótimos ficaram localizados no intervalo entre 100° e 135°.

This work aims to investigate how the geometric variation of certain parameters involved in the construction of a bifurcated Y-shaped circular cross-section geometry affects the flow resistance of both Newtonian and non-Newtonian fluids. The geometries studied were constructed using the Constructal Design principle. The parameters were the relationship between the lengths of the daughter and parent ducts, the relationship between the diameters of the same ducts, and the central angle of the Y-shaped structure. For the linear geometric relations, values of 0.5; 0.6; 0.7; 0.8; 0.9 and 1 where used, for the angles, the values of 155 °, 135 °, 115 °, 95°, 75 °, 45 °, 25 ° and 10 ° were used. The fluids used were of the Newtonian and non-Newtonian type, among the latter, pseudo plastic and dilatant fluids were studied. The work was carried out through numerical simulations, implemented with the commercial software Ansys Fluent, which solves the governing equations through the finite volume method. The meshes used were of the polyhedral type. The results indicate that there is a difference in relation to what is expected from the literature for the relationships between diameters and lengths. The Hess-Murray Law indicates that these optimal relations would be 2-1/3 for the relationships between diameters and lengths. In the present work, relationships between the diameters close to 0,6 were found and s equal to 1 between the lengths. The optimum angles were located in the range between 100 ° and 135 °.