Dados do Trabalhos de Conclusão

INSTITUTO MILITAR DE ENGENHARIA
ENGENHARIA DE DEFESA (31007015011P8)
Dinâmica molecular de fluidos supercríticos
JAKLER NICHELE NUNES
DISSERTAÇÃO
05/02/2013

O objetivo deste trabalho é realizar simulações computacionais de fluidos supercríticos (SCF’s – supercritical fluids), baseadas em dinâmica molecular de equilíbrio (EMD – equilibrium molecular dynamics), para calcular propriedades físico-químicas de interesse da fluidodinâmica e melhor compreender o comportamento molecular dos SCF’s. A substância utilizada neste trabalho foi o argônio e as propriedades calculadas foram a capacidade térmica molar a volume constante, , capacidade térmica molar a pressão constante, , a viscosidade de cisalhamento, ηs, a viscosidade de expansão, ηb, e a condutividade térmica, κ. Os valores obtidos com a técnica EMD foram comparados aos dados disponibilizados nas tabelas do National Institute of Standards and Technology. Além das propriedades citadas, foram determinadas funções de distribuição radial do estado fluido supercrítico e examinada a isotropia do sistema. A literatura aponta comportamentos anômalos na região supercrítica próxima do ponto crítico que ainda carecem de melhor detalhamento e foram investigados neste trabalho. O estudo é de pesquisa básica, porém motivado por aplicações duais (militares e civis). Dentre as aplicações destacam-se problemas de balística interna, motores-foguete movidos a propelente líquido, extração de petróleo na camada do pré-sal e química verde. Os resultados obtidos com as simulações de EMD confirmaram as divergências conhecidas em em torno do ponto crítico. Para ηs, ηb e κ, foram observadas as descontinuidades conhecidas ao se cruzar o valor da temperatura crítica. São apresentados resultados preliminares de obtidos com a Eq. Generalizada de Mayer. De forma geral, os resultados alcançados nesta dissertação compararam favoravelmente com os dados experimentais, exceto para , o que carece de maior investigação. Alguns dos resultados obtidos por meio dos cálculos para tais propriedades referem-se a estados termodinâmicos cujos dados experimentais não são encontrados na literatura. As funções de distribuição radial determinadas para os SCF’s exibiram perfil intermediário ao comumente encontrado para gases e líquidos, como esperado. Adicionalmente, este trabalho sugere procedimentos e parâmetros da dinâmica molecular a serem usados para o cálculo de propriedades nesta região termodinâmica. Esta dissertação integra conhecimentos das áreas de físico-química teórica e computacional, termodinâmica, mecânica estatística, fenômenos de transporte e mecânica dos fluidos.

Fluidos supercríticos. Dinâmica molecular. Propriedades Termodinâmicas. Propriedades de Transporte.
The objective of this work is to perform computer simulations of supercritical fluids (SCF’s) based on equilibrium molecular dynamics (EMD) to calculate physicochemical properties of interest of fluid dynamics and to better understand the molecular behavior of SCF's. Argon was the substance used and the calculated properties were molar heat capacity at constant volume and at constant pressure, and , shear and expansion viscosity, ηs and ηb, and thermal conductivity κ. The computed EMD values were compared to data from the National Institute of Standards and Technology. Besides the mentioned properties, radial distribution functions (RDF’s) of the supercritical fluid were determined and the isotropy of the system was verified. Literature indicates anomalous behaviors in the supercritical region near the critical point that need further work and which were examined. This study is related to basic research, but it was motivated by dual use applications (military and civilian). Among them there are issues of internal ballistics, liquid propellant rocket motors, oil extraction in the pre-salt layer and green chemistry. The EMD results confirmed the divergence of around the critical point. The known discontinuities of ηs, ηb and κ were observed when crossing the critical temperature value. Preliminary results of were obtained using the Mayer Generalized Equation. The overall results achieved in this work agree very well to the experimental data, except for that needs further investigation. It is important to highlight that some of the results obtained refer to thermodynamic states which experimental data are not found in the literature. The RDF’s determined for the SCF's exhibit an intermediate behavior between the ones commonly found for gases and liquids as expected. In addition, this work suggests procedures and parameters of MD to be used to calculate thermodynamic properties in this thermodynamic region. This work integrates knowledge from computational and theoretical physical-chemistry, thermodynamics, statistical mechanics, transport phenomena and fluid mechanics areas.
Supercritics fluids, Molecular dynamics. Thermodynamics properties.
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PORTUGUES
INSTITUTO MILITAR DE ENGENHARIA
O trabalho possui divulgação autorizada

Contexto

ENGENHARIA DE DEFESA
MODELAGEM E SIMULAÇÃO EM SISTEMAS DE DEFESA
Termofluidodinâmica computacional multiescala para aplicações em defesa

Banca Examinadora

ITAMAR BORGES JUNIOR
DOCENTE - PERMANENTE
Sim
Nome Categoria
ITAMAR BORGES JUNIOR Docente - PERMANENTE
LEONARDO SANTOS DE BRITO ALVES Docente - COLABORADOR
ALAN BARROS DE OLIVEIRA Participante Externo

Financiadores

Financiador - Programa Fomento Número de Meses
COMANDO DO EXERCITO - Departamento de Ciência e Tecnologia 24

Vínculo

Servidor Público
Instituição de Ensino e Pesquisa
Ensino e Pesquisa
Sim