[pt] ESCOAMENTO DE CÁPSULAS SUSPENSAS EM UM LÍQUIDO NEWTONIANO ATRAVÉS DE UM CANAL E CAPILAR COM CONSTRIÇÃO

• Other Authors: MARCIO DA SILVEIRA CARVALHO
• Language: en
• Published: MAXWELL 2021
• Subjects: [pt] METODO DE ELEMENTOS FINITOS; [pt] METODO DE FRONTEIRA IMERSA; [pt] INTERACAO FLUIDO ESTRUTURA; [pt] CAPSULAS; [en] FINITE ELEMENT METHOD; [en] IMMERSED BOUNDARY METHOD; [en] FLUID-STRUCTURE INTERACTION; [en] CAPSULES
• Online Access: https://www.maxwell.vrac.puc-rio.br/Busca_etds.php?strSecao=resultado&nrSeq=52296@1; https://www.maxwell.vrac.puc-rio.br/Busca_etds.php?strSecao=resultado&nrSeq=52296@2; http://doi.org/10.17771/PUCRio.acad.52296

[pt] O escoamento de cápsulas suspensas em uma fase líquida através de canais e capilares micrométricos representa um problema complexo que ocorre em diferentes aplicações, de glóbulos vermelhos em hemodinâmica até escoamento em meios porosos. Em aplicações de meios porosos, a compreensão da dinâmica na microescala é fundamental para avaliar o comportamento macroscópico do escoamento. Canais e capilares com constrição podem ser usados para modelar uma garganta conectando dois poros adjacentes. O escoamento de uma cápsula suspensa através de tais modelos foi analisado para avaliar as características do escoamento considerando os efeitos inerciais (isto é, número de Reynolds finito), incluindo a máxima diferença de pressão necessária para empurrar uma cápsula através da constrição em função do raio da cápsula, a tensão inicial e o material da membrana, geometria do canal e do capilar, assim como as condições de escoamento. De fato, neste estudo, a resposta da pressão é fundamental para avaliar o efeito de bloqueio da cápsula. As fases líquidas internas e externas foram descritas pelas equações de Navier-Stokes, enquanto que a dinâmica da membrana da cápsula foi modelada por uma estrutura flexível 1-D tipo mola. O problema de interação fluido-estrutura foi resolvido usando o método de elementos finitos acoplado ao método de fronteira imersa. Os resultados mostraram a redução da mobilidade da fase contínua devido à presença da cápsula através da constrição. Tais resultados podem ser usados para projetar microcápsulas para bloquear caminhos preferenciais de fluxo da água no processo de deslocamento de óleo em meios porosos. === [en] The flow of capsules suspended in a liquid phase through small channels and capillaries poses a complex problem presented in different applications, from red blood cells on hemodynamics to flow in porous media. In applications of porous media, the understanding of microscale dynamics is fundamental to assess the macroscopic flow behavior. Constricted channels and capillaries can be used to model a pore throat connecting two adjacent pore bodies. The flow of a suspended capsule through such models was analyzed to evaluate the flow characteristics considering inertial effects (i.e. finite Reynolds numbers), including the maximum pressure difference required to push a capsule through the constriction as a function of capsule radius, initial membrane tension, membrane material, channel and capillary geometries, as well as flow conditions. In fact, in this study, the pressure response is fundamental in order to assess the capsule blocking mechanism. Inner and outer liquid phases were described by the Navier-Stokes equations and capsule membrane dynamics was modeled by a 1-D spring-like flexible structure. The fluid-structure interaction problem was solved using the finite element method coupled with the immersed boundary method. Results showed the mobility reduction of the continuous phase due to the presence of a capsule as it flows through the constriction. Such results can be used to design microcapsules to block preferential water flow paths in oil displacement process in porous media.