Efeito da inércia na modelagem mecânica e na investigação numérica em escoamentos elasto-viscoplásticos

Abstract

Este trabalho utiliza um modelo proposto [Souza Mendes, et al. 2011] para materiais elastoviscoplásticos a fim de analisar escoamentos inerciais dentro de uma cavidade dirigida na parte superior. O modelo mecânico empregado é constituído pelas equações de conservação de massa e pelo princípio da quantidade de movimento linear acoplado à equação constitutiva. A equação constitutiva é uma versão modificada do modelo viscoelástico Oldroyd-B em que os termos de viscosidade, tempo de relaxação e de retardação dependem do nível de estrutura do material. A solução é obtida numericamente usando uma aproximação numérica através da formulação três-campos de Galerkin mínimos quadrados, proposta por Behr [et al. 1993], em termos do tensor de tensão extra, do campo pressão e do vetor velocidade. O desempenho da equação constitutiva, os efeitos combinados de inércia, elasticidade e viscoplasticidade são analisados. Os resultados se concentram na determinação das regiões aparentemente escoadas, aparentemente não escoadas e a posição do vórtice para uma grande variedade de número de Reynolds (variação da inércia), dos efeitos elásticos e do efeito da cinemática ( U* ), revelando efeitos marcantes desses parâmetros no campo de escoamento e os resultados indicam que o padrão do escoamento é fortemente influenciado por esses parâmetros. Os resultados numéricos evidenciaram uma influência significativa da elasticidade, tensão de escoamento e da inércia no tamanho e na localização das regiões aparentemente não escoadas, sendo que a elasticidade causa assimetria das regiões do escoamento, a tensão de escoamento altera o tamanho dessas regiões e a inércia carrega suas posições.

This work uses proposed model [Souza Mendes, et al. 2011] for elasto-viscoplastic materials to analyze inertia flows inside a lid-driven cavity. The mechanical model used is made up of mass and momentum balance equations, coupled with the constitutive equation. The constitutive equation is a modified version of the viscoelastic Oldroyd-B model in which the viscosity, relaxation and retardation times depend on the material structuring level. The solution is obtained numerically using a three-field Galerkin least-squares-like formulation proposed by Behr [et al. 1993], in terms of extra- stress, pressure and velocity. The performance of the constitutive equation and the combined effects of inertia, elasticity and viscoplasticity are analyzed. Results focus on the determination of the yielded and unyielded regions for a wide range Reynolds number, elastics effects and kinematic effect, revealing striking effects of these parameters on the flow field and the results indicate that the flow pattern is strongly influenced by this parameters. The numerical results showed a significant influence of elasticity, yield stress and inertia on the size and location of regions that are apparently not regions, and the elasticity causes asymmetry of the flow regions, the yield stress alters the size of these regions and the inertia load your positions.