Hidrodinâmica Multiescala de Partículas Interagentes em Suspensões
Suspensões particuladas magnéticas, migração induzida por cisalhamento, Difusão Hidrodinâmica, magnetohidrodinâmica, Dinâmica Stokesiana, Método Lattice-Boltzmann.
Suspensões de partículas sólidas em fluidos são onipresentes na natureza e na indústria; entretanto, a previsão de sua reologia e transporte permanece desafiadora devido ao acoplamento entre interações hidrodinâmicas, interparticulares e eletromagnéticas. Este relatório de qualificação apresenta avanços em uma investigação de doutorado em andamento sobre suspensões particuladas, com foco em três problemas complementares. Primeiramente, desenvolve-se um modelo de contínuo equivalente para a migração induzida por cisalhamento em suspensões eletricamente condutoras submetidas a um campo magnético aplicado. Ao acoplar a migração de partículas às equações da magnetohidrodinâmica (MHD) em escoamento em canal, o modelo demonstra que campos magnéticos podem controlar ativamente a distribuição de partículas e a viscosidade efetiva por meio de sua influência nos gradientes de cisalhamento. Em seguida, é desenvolvido um arcabouço de simulação com resolução de partículas acelerado por GPU para suspensões magnéticas no regime de Stokes. O modelo incorpora interações hidrodinâmicas, forças de contato e repulsivas, bem como interações magnéticas dipolares. A validação frente a resultados clássicos de sedimentação demonstra sua acurácia, enquanto resultados preliminares fornecem estimativas da pressão e da viscosidade induzidas pelas partículas. O trabalho em andamento concentra-se na caracterização estatística das flutuações de velocidade e da formação de cadeias magnéticas, assim como em sua relação com as tensões geradas pelas partículas. Por fim, implementa-se um arcabouço baseado no método de lattice-Boltzmann como primeiro passo em direção a simulações para números de Reynolds arbitrários. Simulações da sedimentação de uma esfera rígida reproduzem correlações clássicas de arrasto nos regimes viscoso e inercial, estabelecendo a base para futuros estudos dos efeitos da inércia sobre a microestrutura da suspensão, as flutuações de velocidade e o comportamento constitutivo. Em conjunto, esses desenvolvimentos visam conectar a dinâmica em escala de partículas a modelos constitutivos em escala contínua para suspensões magnéticas nos regimes de Stokes e de inércia finita.