Simulação de processos de deslocamento imiscível utilizando modelos de gás em rede com mediadores de campo

Abstract

Visto como um problema dinâmico, o deslocamento imiscível em meios porosos é complicado, devido à existência de instabilidades dinâmicas na interface, provenientes da competição entre forças inerciais, de superfície e viscosas. O objetivo principal desse trabalho é a validação do Modelo de Gás em Rede Booleano com Mediadores de Campo (MLGA) desenvolvido por Santos (Santos, L. O., 2000, Desenvolvimento de Modelos de Gás em Rede para Escoamentos Monofásicos e Bifásicos, Tese de Doutorado, Departamento de Engenharia Mecânica, Universidade Federal de Santa Catarina) para a análise da dinâmica de deslocamentos imiscíveis bifásicos em geometrias porosas simplificadas bidimensionais, onde resultados experimentais e/ou teóricos estão disponíveis na literatura. O coeficiente de viscosidade em modelos booleanos depende da tabela de colisão específica usada na simulação. Dessa forma, regras de colisão adequadas foram desenvolvidas para a simulação de escoamentos bifásicos de fluidos com diferentes coeficientes de viscosidade, permitindo controlar a razão de mobilidade. A equação de Young-Laplace foi verificada a partir da configuração das fases em capilares após a configuração de equilíbrio mecânico ser alcançada. A dinâmica do processo de molhamento é analisada considerando o espalhamento de uma gota líquida em contato com uma superfície sólida plana. A ascensão capilar com influência da gravidade é simulada em um capilar bidimensional e comparada com um modelo teórico simplificado. A simulação da drenagem em uma junção entre uma constrição e um poro confirma resultados teóricos anteriores, que estabelecem que a invasão de um fluido não-molhante em um poro é também controlada pela resistência hidráulica de entrada. Configurações geométricas simplificadas são usadas para estudar problemas de aprisionamento em mecanismos de embebição e drenagem, e comparados com resultados experimentais. Finalmente, um meio poroso bidimensional idealizado é utilizado para estudar a influência da molhabilidade na eficiência do deslocamento e analisar a dinâmica de invasão em curvas de pressão capilar. Os resultados obtidos, aparentemente, confirmam a viabilidade do modelo MLGA na análise dinâmica de processos de deslocamento imiscível.