Estudo da dinâmica de colisão de gotas: abordagem de simulação numérica direta
DOI:
https://doi.org/10.21712/lajer.2025.v12.n3.p45-56Keywords:
escoamento multifásico, Modelagem matemática, simulação computacionalAbstract
O fenômeno de colisão entre gotas é encontrado tanto no ambiente natural quanto na produção industrial. Na área da energia, é possível citar a presença deste fenômeno em processos de separação óleo-água, injeção de combustíveis e sistemas de pós-tratamento de gases oriundos da combustão. A colisão tem sido estudada extensivamente ao longo de várias décadas, mas grande parte da dinâmica de colisão entre gotas ainda precisa ser explorada. Questões como o impacto do tempo de drenagem do filme nas simulações e a validação por meio de dados experimentais, após análise adimensional, podem contribuir para os estudos ocupando um espaço até então pouco explorado. Nesse sentido, o objetivo desse trabalho foi investigar, por meio de simulações numéricas diretas, a dinâmica de colisão frontal entre gotas utilizando o parâmetro tempo de drenagem do filme e grupos adimensionais como o número de Weber, número de Reynolds, razão de massa específica e razão de viscosidade sobre os tempos de colisão e de recuperação. Para isso, foram adimensionalizadas as equações de conservação da massa e de quantidade de movimento; definidos um domínio bidimensional e uma malha adaptativa em função do diâmetro inicial da gota; desenvolvido o código para o solver de código aberto Basilisk® que foi a plataforma de solução numérica das equações de conservação. Os resultados evidenciaram que o tempo de colisão é impactado diretamente pelo tempo de drenagem do filme, diferentemente do tempo de recuperação que não apresentou alterações mesmo para tempos de drenagem diferentes. Os valores para o tempo de drenagem adimensional iguais a 0,35, para a condição de coalescência, e 0,60 para a condição de rebote permitiram similaridade com dados experimentais atestando a validade do modelo.
Palavras-chave: colisão binária, gotas, parâmetros adimensionais, simulação numérica direta, tempo de drenagem do filme.
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