Contributions to the numerical analysis of isothermal and insoluble gas-liquid microflow

Abstract

Neste trabalho, um estudo computacional multifásico foi realizado em dispositivos de microcanais. O objetivo foi analisar um escoamento bifásico gás-líquido isotérmico e insolúvel dentro da estrutura de um microcanal retangular usando técnicas de CFD. Uma formulação transiente foi aplicada para capturar a formação do escoamento e as características não permanentes dos padrões avaliados. O método VOF foi utilizado para resolver o escoamento multifásico e uma análise rigorosa foi feita para garantir estabilidade, convergência e confiabilidade para as simulações. A molhabilidade e a tensão superficial foram analisadas em um estudo de caso real, o que permitiu investigar a influência do termo fonte interfacial da equação de conservação de momento no padrão de escoamento e visualizar a transição do padrão de escoamento entre intermitente e estratificado. Este trabalho ajuda a ilustrar alguns aspectos importantes relacionados à simulação multifásica com o método VOF aplicado a microdispositivos e mostra algumas diretrizes para garantir resultados físicos.

Abstract: In this work, a multiphase computational study was carried out in microchannel devices. The goal was to analyze a biphasic gas-liquid isothermal and insoluble flow inside a rectangular microchannel structure using CFD techniques. A transient formulation was applied to capture the flow development and the non-permanent flow characteristics. The VOF method was used to resolve the multiphase flow and a rigorous analysis was conducted to ensure stability, convergence and reliability for the simulations. Wettability and surface tension were analyzed on a real study case, allowing us to investigate the influence of the interfacial source term of the momentum conservation equation on the flow pattern and to visualize the flow pattern transition between intermittent and stratified. This work illustrates some critical aspects of the multiphase simulation with the VOF method applied to microdevices and shows some guidelines to ensure physical results.