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- Estudo da Atomização de Jatos Eletrohidrodinâmicos: modelação, desempenho e aplicaçõesPublication . Cândido, Sílvio Miguel Rodrigues; Marques, José Carlos PáscoaNesta tese apresenta-se primeiramente uma descrição preliminar da literatura existente sobre a formação de jatos por efeitos eletrohidrodinâmicos, usualmente referenciados como “cones de Taylor”. Este fenómeno é de carácter multifísico e tem vindo a ser estudado a fim de podermos controlar eficazmente a forma e dimensão das gotas. Contudo é necessário conhecer melhor a interação entre o campo elétrico e a dinâmica do escoamento, sendo este o propósito geral deste trabalho. A presente tese concentra-se na atomização de jatos eletrohidrodinâmicos (EHD) através de uma abordagem numérica tridimensional para investigar as instabilidades associadas a estes mesmos jatos. No âmbito desta investigação foi realizada uma validação meticulosa da implementação de equações que acoplam as equações de Navier-Stokes, responsáveis pela dinâmica dos fluidos, e as equações de Maxwell para a eletrostática. Estas validações foram realizadas em cenários específicos, tais como a deformação de gotas individuais suspensas em meio dielétrico e a formação de jatos 2D em modo axissimétrico. Em particular, a quebra destes jatos em gotas foi analisada e comparada com leis teóricas de escala e dados experimentais. Os resultados mostraram desvios inferiores a 2%. Estudos pioneiros da simulação do cone de Taylor tridimensional mostrou erros médios na morfologia da mesma ordem de grandeza. No decorrer destas investigações foram explorados métodos avançados de análise e otimização. Entre eles destaca-se a utilização da Decomposição Modal e especificamente técnicas como POD (Proper Orthogonal Decomposition) e DMD (Dynamic Mode Decomposition). Estas técnicas oferecem uma visão aprofundada das características dominantes dos jatos e das instabilidades associadas. Adicionalmente, abordagens de aprendizagem de máquina, nomeadamente Redes Neuronais Artificiais, foram exploradas com o intuito de criar “gémeos digitais” (digital twins) para otimização dos processos envolvidos na atomização de jatos EHD. Por fim, a tese propõe um novo modelo híbrido combinando o Volume of Fluid (VOF) com a técnica de Lagrangian Particle Tracking (LPT). Este modelo é sugerido como uma alternativa eficaz e rápida para cálculo numérico no contexto de eletrosprays, potenciando assim aplicações práticas na indústria e na investigação da compreensão da física destes escoamentos. Contribuindo significativamente para o campo da atomização de jatos EHD, oferecendo novas perspetivas e ferramentas para melhor compreensão e aplicação deste fenómeno.
- Estudos sobre a Uniformização do Escoamento em Câmaras de Mistura usando CFD: Análise da câmara da experiência CLOUD no CERNPublication . Cândido, Sílvio Miguel Rodrigues; Marques, José Carlos Páscoa; Tomé, António RodriguesAs câmaras de mistura são diversamente utilizadas em toda a indústria com o objetivo de uniformizar diversos tipos de misturas, nomeadamente, líquidos com líquidos, de líquidos com sólidos, entre outros. Neste trabalho é mostrada a predominância de fenómenos turbulentos dentro destas e o seu impacto na mistura de diversas espécies presentes nas câmaras. A dinâmica dos fluidos computacional (CFD) tem vindo a ser vastamente utilizada na predição dos fenómenos turbulentos de forma a caracterizar as estruturas do escoamento dentro deste tipo de câmaras. A literatura descreve que os modelos RANS, que não têm em consideração as características transitórias, falham diversas vezes nesta tarefa e que os modelos de resolução completa da turbulência são demasiados dispendiosos para a utilização na indústria. Nesta dissertação é feita a investigação dos impacto dos fenómenos de turbulência na mistura de gases, com o objetivo de modelar computacionalmente o funcionamento da câmara da experiência CLOUD no CERN. Para tal é inicialmente enquadrado o objetivo nas características e no estado da arte da modelação deste tipo de câmaras. Posteriormente, são descritas as formulações físico-matemáticas dos processos de transporte que estão na base da modelação numérica da mistura turbulenta. Os estudos têm por base a utilização do modelo multifásico “MIXTURE” do código comercial FLUENT com duas variantes para o modelo de turbulência, em que será utilizado o modelo k - ? SST URANS e o SAS. Os resultados obtidos são validados com dados da literatura, analisando a mistura de dois gases numa junção em T. É utilizada uma geometria de forma a que se consiga ter pouca difusão numérica e de facto ver a relação do modelo de turbulência com os fenómenos de mistura de espécies. Por fim, é aplicado o modelo multifásico para a mistura de Ar e de SO2 na câmara de mistura da experiência CLOUD. As simulações foram feitas em articulação com ambos os modelos de turbulência, SST e SAS, que demonstraram resultados significativamente diferentes. O modelo de turbulência comporta-se sempre melhor do que o SST para os vários casos analisados.