Caractérisation et dégradation de l’acide polylactique

O estudo numérico de problemas relativos ao escoamento de fluido exige, como anteriormente referido, a modelação da turbulência e a resolução das equações de governo por meio de discretização, seja espacial seja temporalmente. No entanto, estas exigências são necessárias mas não suficientes. O cálculo computacional exige, após a definição da geometria do problema a estudar, a discretização da geometria abrangendo todo o domínio computacional (malhas). Uma malha, seja ela estruturada ou não, quando desprovida de qualidade pode, tanto quanto um método numérico inadequado, prejudicar a precisão de resultados obtidos. A criação de uma boa malha depende de muitos fatores, tais como a geometria do problema, a estrutura do escoamento a modelar, e do número de Reynolds, entre outros. Uma malha de qualidade reduzida pode resultar em não convergêcia de solução ou numa convergência da solução completamente irrealista. De uma forma geral, considera-se uma malha boa se dela advêm resultados que mostram estar em boa concordância com os dados experimentais que, em muitos casos, são simplesmente desconhecidos. Assim sendo, são necessárias propriedades métricas

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adicionais para a avaliação da malha quanto à sua qualidade. Normalmente, uma malha mais refinada conduz a resultados mais precisos. No entanto, além de ser de fácil geração, uma malha geosseira requer menos tempo computacional e, em geral, converge mais facilmente. Assim sendo, a malha grosseira é a que, para efeitos de simulação, mais frequentemente usada para alcançar rapidamente resultados iniciais, que servirão de suporte para a criação de uma malha mais refinada.

Como anteriormente referido, a camada limite que se desenvolve na proximidade de superfícies sólidas integra também vórtices de pequenas escalas. Uma descrição adequada desses vórtices é posta em causa quando as células, sendo muito largas, não captam apropriadamente os efeitos de pequena escala. Portanto, além de impossibilitar que o método de resolução capture os vórtices, uma malha grosseira pode permitir que os vórtices se difundam de uma forma não natural devido à difusão numérica. Não obstante, um outro parâmetro a ter em conta é a razão entre o lado mais longo e o lado mais curto de uma mesma célula, a razão de aspeto é considerada ideal quando assume valor igual a 1. Embora o valor ideal não seja prático, nem necessário em muitos casos, a razão de aspeto não deve exceder 10. Entretanto, em regiões onde o escoamento possui direção dominante, como é o caso da proximidade das paredes das pás do rotor cicloidal, é aceitável um valor muito mais elevado da razão de aspeto. A assimetria de uma célula é normalmente medida através da função adimensional ‘’Equiangle Skew’’ que assume intervalo de valores de 0 (células equilaterais) para 1 (células degradadas). Valores abaixo de 0.25 e valores acima de 0.75 correspondem, respetivamente, a qualidade excelente e pobre.

Não raras vezes, a geometria do problema que envolve escoamento de um fluido integra partes que se movimentam relativamente a outras que, por sua vez, podem também estar em movimento, ou em repouso absoluto. Uma vez que, numericamente, analisar geometrias é analisar malhas, então aos movimentos relativos das geometrias correspondem movimentos relativos de malhas. Ora, o rotor cicloidal, cujas componentes se movimentam umas relativamente às outras, é, no presente trabalho, modelado com as chamadas malhas deslizantes. Relativamente a esta técnica, duas ou mais zonas têm de ser especificadas, cada uma limitada com pelo menos uma interface. Uma vez que umas zonas se movem relativamente a outras, o método de resolução atualiza a malha em cada passo - tempo.

Uma outra abordadem para o tratamento de subdomínios de cálculo com movimento relativo é o modelo MRF (Multiple Reference Frame). O modelo da estrutura de referência múltipla (MRF) é uma aproximação de estado estacionário em que zonas de células indivíduais movem a diferentes velocidades de rotação e/ou translação. O uso de referências múltiplas é relevante somente para escoamento em estado estacionário. No entanto, FLUENT pode permitir a resolução do escoamento em estado não-estacionário quando se usam estruturas de referências múltiplas. Neste caso, os termos não-estacionários são adicionados a todas as equações do governo. No entanto, deve-se verificar cuidadosamente os resultados obtidos por esta técnica

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uma vez que para escoamento não-estacionário, o cálculo através da técnica de malhas deslizantes (sliding mesh) produz geralmente melhores resultados (Luo et al. 1994).

Na implementação do modelo MRF pelo FLUENT, o domínio do cálculo é dividido em subdomínios. Cada subdomínio pode estar em rotação e/ou translação em relação ao referencial inercial. As equações governantes em cada subdomínio são escritas em relação à referência desse subdomínio. Assim, o escoamento em subdomínios estacionários e em translação é governado por equações que são diferentes das que governam o escoamento em sudomínios rotativos. Uma das diferenças é a expressão das equações em termos de velocidade relativa. Alem disso, a equação da quantidade de movimento em subdomínios rotativos inclui dois termos adicionais da aceleração: a aceleração de Coriolis e a aceleração centrípeta (Batchelor 2000).

Uma utilização potencial do modelo MFR é o cálculo do campo do escoamento que pode ser usado como condição inicial para cálculo com malhas deslizantes em estado não-estacionário. Isto pode eliminar a necessidade de um cálculo de inicialização.

Uma das limitações da estrutura de referência múltipla prende-se com a definição das interfaces que separam uma região em movimento relativamente a outras adjacentes. As interfaces devem ser orientadas de tal modo que a componente da velocidade da estrutura normal à fronteira seja nula. Esta condição requer, no caso do movimento de rotação, que as fronteiras sejam normalmente circulares. No caso do movimento de translação, tal condição requer que as fronteiras das zonas em movimento sejam paralelas ao vetor velocidade de translação.