Fenômenos de Transporte em Meios Porosos e Interfaces Fractais / Transport Phenomena in Porous Media and Fractal Interfaces

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DATA DE PUBLICAÇÃO

2006

RESUMO

Neste trabalho investigamos diversos fenômenos de transporte tendo lugar através de meios irregulares por meio de simulação computacional. Inicialmente, tratamos do efeito da desordem crítica em redes percolantes de poros sujeitas à difusão e reação química. Verificamos a existência de três regimes distintos, determinados pelo parâmetro adimensional E=D/(Kl^2), onde D é a difusão molecular, K o coeficiente de reação química e l um comprimento característico. Para valores baixos de E, o fluxo de reagente que penetra a rede obedece à relação de escala clássica, F~LE^(1/2). Para valores intermediários de E, a influência da morfologia fractal do agregado de percolação resulta em um regime anômalo, F~L^(A/2)E^B, com um expoente B=0.34. Para valores altos de E, o fluxo de reagente atinge um limite de saturação, F_SAT, e escala com o tamanho do sistema na forma F_SAT=L^A, onde A=1.89 corresponde à dimensão fractal do agregado incipiente de percolação. Em uma segunda etapa do trabalho, analisamos o efeito da geometria irregular na desativação seqüencial de uma interface acessada por difusão. Aplicando o conceito de zona ativa, propomos uma conjectura que se constitui numa extensão do teorema de Makarov. Na terceira parte deste trabalho, investigamos o transporte estacionário de calor no escoamento de um fluido através de um tubo bidimensional, cujas paredes são interfaces irregulares. Mais uma vez, utilizando o conceito de zona ativa, investigamos o efeito da geometria da interface na eficiência de troca térmica do sistema em diferentes condições difusivo-convectivas. Em condições nas quais o mecanismo de transporte dominante é a condução, a comparação entre os resultados dos tubos liso e rugosos indica que o efeito da rugosidade é quase desprezível sobre a eficiência de dispositivos de transporte de calor. Por outro lado, quando a convecção torna-se dominante, a rugosidade passa a ter um papel importante e, em geral, o fluxo de calor e o comprimento da zona ativa aumentam com a rugosidade da interface de troca. Finalmente, mostramos que esse último comportamento está relacionado com as zonas de recirculação, presentes nas reentrâncias da geometria fractal.

ASSUNTO(S)

transport phenomena fractals statistical physics fractais física estística fisica da materia condensada fenômenos de transporte

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