Grupo de Mecânica dos Fluidos de Escoamentos Complexos - VORTEX

Projetos de Pesquisa do Grupo:



• 2012 - Atual: Pesquisa e Desenvolvimento de Dispositivo de Fluxo Linearmente Variável para Aplicação em Reatores e, ou Transformadores

DESCRIÇÃO: Desenvolver em escala de bancada metodologia de produção de nanocompósitos magnéticos, em particular, fluidos magnéticos, com vistas a sua utilização em reatores e transformadores para controle de fluxo magnético na região "gap". Avaliar o comportamento e estabilidade dos fluidos magnéticos produzidos em função das condições mecânicas típicas da sua utilização em circuitos magnéticos de transformadores e reatores. Integrantes: Francisco Ricardo da Cunha, Paulo César Morais ( Coordenador geral), Rafael Gabler Gontijo, PPC Sartoratto, Kalil Skeff Neto, Nuno Jorge Dias, Integrante. Financiador: Agência Nacional de Energia Elétrica - ELETRONORTE / ANEEL.

• 2011 - 2016: Análises Microestruturais e Macrocópicas de Suspensões Magnéticas Coloidais e não-Coloidais Produtividade em Pesquisa


DESCRIÇÃO: A presente proposta tem como escopo geral dar continuidade a nossa pesquisa sobre o comportamento mecânico e hidrodinâmico de suspensões de partículas esféricas magnéticas em meio fluido Newtoniano sob ação da gravidade e em condições de escoamento em baixos números de Reynolds de partícula. Para o estudo da reologia de suspensões magnéticas, considera-se suspensões livres da ação da gravidade, mas sujeitas a um campo cisalhante e, ou campo magnético externo. Na presente análise, adota-se uma abordagem focalizada na física da micro-escala por meio de simulações numéricas baseadas num método Euleriano-Lagrangeano de descrição da mecânica da suspensão, em que o movimento das esferas que compõem a suspensão é descrito individualmente. Desta forma, pretende-se obter estimativas para propriedades transporte globais da suspensão, tais como velocidade média de sedimentação, coeficientes de autodispersão hidrodinâmica e propriedades reológicas de suspensões como: viscosidade efetiva e diferença de tensões normais. Pretende-se ainda avaliar os efeitos de polidispersidade ou heterogeneidade da fase particulada, anisotropia na distribuição de partículas na presença de campo magnético. As partículas interagem magneto e hidrodinamicamente. Estudos dessa natureza tem sido pouco explorado na corrente literatura. Recentemente, tivemos um trabalho aceito no Journal of Magnetismo and Magnetic Materials - JMMM (Cunha e Couto, 2010) que considera tanto interações magnéticas como hidrodinâmica em suspensões diluídas sob ação da gravidade. Os resultados indicam a importância das interações hidrodinâmicas para o cálculo de propriedades. transporte das suspensões, sendo uma inovação na área de fluidos magnéticos. A presente proposta tem como um dos focos expandir as ideias tratadas no referido artigo para o caso em que a rotação das partículas muda a orientação dos momentos de dipolos mesmas e a dinâmica de interação magnética. Nesse caso, uma equação de balanço de torques também. Integrantes: Francisco Ricardo Cunha (coordenador). Gustavo Coelho Abade, Yuri Drumaresq Sobral, Rafael G. Gontijo, Nuno Jorge Dias, Adriano Possebon. Finaciador: Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico - CNPq.


• 2011 - 2013: Uma Investigação Teórico-Experimental do Fenômeno de Convecção Termo-Magnética ( Universal 2010 - Proc.: 483632/2010-4 : Edital MCT/CNPq N º 14/2010 - Universal / Edital MCT/CNPq 14/2010 )


DESCRIÇÃO: A presente proposta de pesquisa visa estudar do ponto de vista teórico e experimental escoamentos em cavidades gerados por convecção termo-magnética, visando aumentar o coeficiente de transferência de calor por convecção em transformadores elétricos. Apresenta-se a formulação matemática, modelagem e as implementações para simulação computacional além da experimentação do fenômeno de convecção termo-magnética em cavidades bidimensionais. O trabalho visa também estabelecer uma nova metodologia de modelagem numérica do termo de empuxo magnético e do acoplamento hidrodinâmica-magnetismo envolvido na convecção magneto-gravitacional induzida tanto pro gradientes de massa específica com gradientes de susceptibilidade magnética. Em adição ao itens citados acima, vale ressaltar sobre a importância da formação de recursos humanos nas linhas de pesquisa do grupo de Mecânica de Fluidos de Escoamentos Complexos da UnB. A nossa meta também é fortalecer a pesquisa em Mecânica dos Fluidos do programa de Ciências Mecânicas da Universidade de Brasília, em particular, na área de modelagem e simulação numérica de escoamentos complexos particulados. Transferir tecnologia e difundir o conhecimento na área de caracterização de fluidos magnéticos e outros fluidos complexos como emulsões, óleos vegetais e poliois. Integrantes: Gustavo Coelho Abade, Yuri Drumaresq Sobral, Rafael G. Gontijo, José Luiz alves da Fontoura Rodrigues Integrante, Francisco Ricardo Cunha (Coordenador). Finaciador: Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico - CNPq.


• 2008 - 2013: Projeto de Pesquisa: Modelagem Constitutiva e Simulação Computacional de Escoamentos Multifásicos Particulados - PNPG - CAPES-CNPQ (EDITAL - Ed 342007 L3 PD )


DESCRIÇÃO: O presente pojeto se enquadra na linha de escoamentos multifásicos particulados do Grupo de Mecânica dos Fluidos de Escoamentos Complexos da Universidade de Brasília. A participação do bolsista visa, primordialmente, a consolidação da linha de pesquisa em escoamentos particulados em altos números de Reynolds de partícula, em particular, escoamentos de leitos fluidizados com fase dispersa magnética. A presente proposta tem como principais objetivos (i) Desenvolver pesquisa na área de modelagem e simulação numérica de sistemas bifásicos particulados magnéticos; (ii) Elaborar um programa computacional em diferenças finitas para simulação de sistemas bifásicos particulados magnéticos, com foco em suspensões fluidizadas líquido-sólido; (iii) Examinar a influência da pressão partícula magnética na estabilidade de ondas de concentração primárias e gravitacionais em leitos fluidizados e investigar o efeito de uma viscosidade expansional da fase dispersa em regimes de ondas de concentração de alta freqüência; (iv) Fortalecer o Grupo de Pesquisa Mecânica dos Fluidos de Escoamentos Complexos - VORTEX do programa de Ciências Mecânicas da Universidade de Brasília na área de modelagem e simulação numérica de escoamentos bifásicos particulados; (v) Ter a colaboração do bolsista de pós-doutorado (recém-doutor) como Co-orientador da tese de Doutorado relacionada com a Análise de Estabilidade Linear e Não-Linear de Suspensões Magnéticas usando métodos de perturbação baseado em onda viajante e solução de modelos unidimensionais transientes baseado no método das características (vi) Introduzir no grupo de pesquisa aspectos da formulação e modelagem do Movimento de Matérias Granulares por meio da Orientação e/ou Co-orientação de dissertações de mestrado e pesquisa de iniciação científica nesta área; (vii) Lecionar a disciplina Escoamentos Multifásicos, incluindo tópicos em Materiais Granulares e Hidrodinâmica de Fluidos Magnéticos, do Programa de Pós-Graduação em Ciências Mecânicas da Universidade de Brasília. Integrantes: Gustavo Coelho Abade, Yuri Drumaresq Sobral, José Luiz alves da Fontoura Rodrigues, Rafael Gabler Gontijo, Francisco Ricardo Cunha (coordenador). Finaciador: Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico - CNPq.




• 2008 - 2010: Pesquisa e Desenvolvimento de Óleos Magnéticos Isolantes para Transformadores - Convecção Magnética em Transformadores - Projeto ANEEL-Eletronorte - 825PABA-20060427

DESCRIÇÃO: In this research project the thermal convection of a magnetic fluid under an applied magnetic field in a slot cavity is investigated. An increasingly important potential application is using magnetic fluids as an efficient refrigerator fluid in electrical transformers by adding a low volume fraction of magnetic particles to the mineral oil. On the basis of the governing equations of the motion of a non-isothermal magnetic fluid we present a rigorous scaling analysis for the problem. The magnetostatic limit of the Maxwell's equations is treated in terms of a Poisson equation and an evolution equation is used to calculate the fluid magnetization. A non-uniform magnetic field is imposed over the system. Suitable boundary conditions for velocity, magnetization and field intensity on the cavity walls are described. Vertical walls are heated and horizontal ones are insulated. Typical scales of magnetization, magnetic field gradient, temperature and velocity are described. The most relevant non-dimensional physical parameters governing the convective motion examined are identified. We show how Nusselt number scales with the magnetic Rayleigh number. In addition, a formula for the heat transfer efficacy using a magnetic fluid as refrigerator is proposed as being a function of the magnetic and gravitational Rayleigh numbers and the ratio of the heat conductivities. Integrantes: Gustavo Coelho Abade, Yuri Drumaresq Sobral, Aldo Joâo de Sousa, José Luiz alves da Fontoura Rodrigues Integrante, Francisco Ricardo Cunha, Paulo César Morais (Coordenador), Kalil Skeff Neto. Finaciador: Eletronorte / ANEEL.


• 2008 - 2010: Magneto-Hidrodinâmica e Reologia de suspensões de nano e, ou micro partículas magnéticas - Universal - 2008 (479678/2008-1)



DESCRIÇÃO: Um dos efeitos mais conhecidos da influência de campos magnéticos nas propriedades de suspensões magnéticas é o aumento da viscosidade efetiva devido à resistência adicional imposta ao movimento do fluido. Em particular, as partículas magneticamente orientadas são impedidas de girar livremente com a vorticidade do escoamento. A energia requerida para girar as partículas da direção de alinhamento dos seus momentos magnéticos com o campo corresponde, em termos efetivos, a um aumento de viscosidade do fluido por efeito magnético chamado efeito de viscosidade rotacional. Rigorosamente falando, se o momento magnético das partículas é fixo nas mesmas, o torque magnético produzido pela interação do momento com um campo aplicado alinhará o mesmo na direção do campo. Quando o fluido é sujeito a um cisalhamento simples, o torque mecânico devido às forças viscosas gira o momento magnético da partícula na direção da vorticidade do escoamento o que, conseqüentemente, gera um desalinhamento entre o momento magnético e o campo. Esse efeito causa um torque magnético restaurador que atua contrariamente ao torque mecânico. Portanto, o obstáculo da rotação da partícula se manifesta, macroscopicamente, como um aumento de viscosidade que conforme mencionado acima denominamos viscosidade rotacional. Esse efeito corresponde a uma anisotropia na microestrutura do fluido. Nesse caso, um aumento da viscosidade corresponderia simplesmente ao efeito hidrodinâmico relacionado com a produção de energia interna devido à deformação extra no fluido produzida pela presença das partículas rígidas. Essa propriedade dos fluidos magnéticos de manipulação de sua reologia tem levado a síntese de fluidos capazes de apresentar altas taxas de cisalhamento ao escoarem mesmo em baixos campos magnéticos aplicados. Com isto, é possível trabalhar com um fluido que permite mudanças dramáticas na reologia (por controle microestrutural) com campos magnéticos ainda modestos, como é o caso de suspensões magneto-reológico. Integrante: Francisco Ricardo Cunha (coordenador), Yuri Dumaresq Sobral, Paulo César Morais, José Luiz Alves da Fontoura Rodrigues, Rafael Gabler Gontijo, Financiador: Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico - CNPq.


• 2008 - 2010: Nano-Smart Fluids and Smart Water-Oil Interface: Nanoscale Approaching the Fingering Instability


DESCRIÇÃO: In this project we perform experiments in a HSC in order to investigate the role of a new additive suspension-driven (molecule or nano-particle) fingering phenomenon in a HSC. The main goal is to show that the smart nano-particles dispersed in the displacing suspension will produce a sharpening effect on the interface at long-wavelengh finger disturbances similar to the effect of surface tension on the short wavelength instabilities (i.e. capillary fingering). We will study carefully the variation of the critical speed of the displacing suspension over the full range of the key parameters of the flow. First, the threshold of instability will be examine and compared with a linear stability analysis predictions. The linear stability analysis will estimate the critical velocity of the interface for the flow to become unstable. Second, the nonlinear evolution of fingering will be quantified, and steady and unsteady patterns distinguished for the different type of nano-sized particle-additive. We expect to observe a wide range of dynamical behavior of the unstable interface by varying the physical parameters of the flow as the bulk additive concentration, the Reynolds number, the capillary number (ratio of viscous to capillary forces), the Bound number (ratio of gravity to capillary forces), the viscosity ratio oil/suspension and the interface elastic parameter of the structured interface. Thus the goal is to obtain a well-defined bifurcations maps (stable and unstable) of the fingering interface for a specific surface-active nano-sized additive, and so to characterize the best suited molecule and/or nano-sized particle additive dispersed in water which most would attenuate fingering instability on the active interface as a consequence of a stress anisotropy (i.e an extra elastic stress) created by additives re-orientation/distribution on the interface. Integrante: Paulo César Morais, Francisco Ricardo Cunha, Kalil Skeff Neto, José Luiz Alves da Fontoura Rodrigues. Financiador: Naizak R&D.


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