Análise fatorial de fluido viscoplástico dependente da temperatura através de um método estabilizado de elementos finitos

Este trabalho apresenta uma análise fatorial, através de fluidodinâmica computacional, do escoamento e transferência de calor para fluidos viscoplásticos a partir de um cilindro confinado entre paredes paralelas. Considera-se que as propriedades reológicas sensíveis à temperatura, o que acopla os problemas térmico e fluidodinâmico de forma bilateral. Foi desenvolvida uma formulação baseada no método estabilizado de elementos finitos Galerkin Mínimos Quadrados (GLS – Galerkin Leart-Squares) para a aproximação de escoamentos não newtonianos com transferência de calor e propriedades reológicas termodependentes. Esta formulação foi implementada em um código computacional próprio. Para a modelagem das tensões viscosa, foi utilizado um modelo de líquido newtoniano generalizado, com função viscosidade dada pelo modelo de Herschel-Bulkley regularizado conforme Papanastasiou e propriedades termodependentes – a tensão inicial de escoamento e o índice de consistência. Os resultados numéricos foram investigados utilizando os adimensionais: número de Reynolds (Re), número de Herschel-Bulkley (Hb), número de Prandtl (Pr), índice de potência (n) e coeficientes de dependência térmica (a* e b*). Foi realizado um planejamento experimental fatorial completo 2K, com objetivo de avaliar a influência destes parâmetros na taxa de transferência de calor, através do número de Nusselt (Nu), e na perda de carga localizada devido à obstrução do canal pelo cilindro.