Estudo de escoamentos de líquidos viscoelásticos em diferentes condições de cisalhamento

Abstract

No presente trabalho, é implementado computacionalmente o modelo constitutivo não-linear de duas equações chamado de Dumbbell-FENE. Este modelo é similar ao modelo Oldroyd-B, muito utilizado na descrição de fluidos viscoelásticos, mas incorpora em suas equações a descrição de fluidos Newtonianos Generalizados para a viscosidade aparente e um fator que limita a extensibilidade do fluido. Foram realizadas simulações computacionais para determinação de diferentes propriedades viscométricas do modelo Dumbbell-FENE. Em cisalhamento simples permanente, o modelo apresentou um comportamento pseudoplástico e identificou-se a primeira diferença de tensões normais. Uma das limitações deste modelo é a segunda diferença de tensões normais que é sempre nula. Em cisalhamento oscilatório, foi possível determinar os módulos viscoelásticos em regime de viscoelasticidade linear, em que estas propriedades se comportam de forma similar ao modelo de Maxwell. A partir do impulso de deformação, foi possível observar as propriedades de memória, associados a função relaxação de tensão, que possui um comportamento exponencial decrescente. Experimentos de cisalhamento simples permanente, cisalhamento oscilatório de pequena amplitude e impulso de deformação foram realizados com amostras de soluções poliméricas de poliacrilamida aniônica. Os fluidos ensaiados apresentaram comportamento pseudoplástico que foi bem representado pelo modelo de Cross. Os fluidos ensaiados também apresentaram uma resposta viscoelástica, composta por um complexo espectro de relaxação. A partir dos resultados experimentais, foram determinadas constantes materiais necessárias para a composição do modelo Dumbbell-FENE e adimensionalização do problema. Ademais, foi estudada a resposta do modelo Dumbbell-FENE em regime de viscoelasticidade não-linear, caracterizado por regimes de maiores deformações. Neste regime, o modelo apresentou um comportamento não-linear, em que a resposta da tensão, dado um escoamento, é formada por múltiplos modos vibracionais. Além disso, foi determinada a viscosidade extensional do fluido, em escoamento extensional, onde o modelo Dumbbell-FENE apresentou resultados que se alinham com a literatura, devido ao fator de extensibilidade finita que compõe o modelo. Os resultados demonstram que o modelo Dumbbell-FENE é capaz de representar fluidos viscoelásticos em diferentes condições de cisalhamento.