Numerical simulation of granular materials: Brazil nut effect and sediment transport

Página do item simplificado
dc.contributor.advisorFaria, Allbens Atman Picardi
dc.contributor.advisor-coClaudin, Philippe
dc.contributor.advisorLatteshttp://lattes.cnpq.br/4216801992845696
dc.contributor.authorMartins, Gustavo Henrique Borges
dc.contributor.authorLatteshttp://lattes.cnpq.br/8927063386078425
dc.contributor.refereeFaria, Allbens Atman Picardi
dc.contributor.refereeClaudin, Phillipe
dc.contributor.refereeSobral, Yuri Dumaresq
dc.contributor.refereeMagalhães, Felipe Galvão Rafael
dc.contributor.refereeMorgado, Welles Antonio Martinez
dc.contributor.refereeFaria, José Geraldo Peixoto de
dc.date.accessioned2025-04-16T13:34:51Z
dc.date.available2025-04-16T13:34:51Z
dc.date.issued2021-08-30
dc.descriptionCorpo do texto em inglês
dc.description.abstractA simulação de materiais granulares é amplamente estudada em diversos centros de pesquisa ao redor do mundo, sendo aplicada em indústrias e empresas de engenharia. Para a compreensão e quantificação das propriedades dos materiais granulares, o Método dos Elementos Discretos (DEM) se destaca como uma das técnicas mais utilizadas para simular o comportamento desses materiais. Muitos dos desafios para entender o comportamento dos materiais granulares começam no fenômeno de segregação de grãos secos. Classicamente, temos o Efeito Brazil Nut (BNE) - que consiste em um material granular confinado contendo grãos de diferentes tamanhos que, quando agitados, exibem segregação, com os grãos maiores subindo para a superfície. Durante muitos anos, acreditou-se que essa segregação ocorria devido à presença de paredes que confinam o material. Na primeira parte desta tese, demonstramos que em sistemas com condições de contorno periódicas (pbc), o BNE também pode ocorrer. Também propomos que o BNE exibe efeito de ressonância, e diferenciamos sistemas com paredes e pbc utilizando a função de Grande Desvio (LDF). Na segunda parte desta tese, estudamos uma área diferente dos materiais granulares: o transporte de sedimentos. O transporte de sedimentos ocorre na interação entre grânulos e fluidos. Para simular o comportamento de materiais granulares imersos em um fluido, utilizamos uma técnica de Dinâmica dos Fluidos Computacional (CFD). Os sedimentos sólidos se movem no campo de velocidade transportado pelo fluido. Três parâmetros adimensionais são necessários para descrever o transporte: o número de Reynolds, que relaciona as forças inerciais com as forças viscosas, e consequentemente os efeitos de turbulência do fluido; o número de Shields, que está relacionado às forças de arrasto e às forças inerciais do fluido; e finalmente, a razão de densidade entre as fases sólida e fluida. É possível reproduzir os diferentes modos de transporte apenas alterando esses parâmetros adimensionais. Nesta tese, calculamos e caracterizamos o tempo de saturação para o modo de transporte de fundo no regime viscoso, e também prevemos o comprimento de saturação para este modo de transporte.
dc.description.abstractotherThe simulation of granular materials is studied widely in many research centers around the world, and applied in industries and engineering companies. For the understanding and quantification of granular materials properties, Discrete Element Method (DEM) is one of the most used technique to simulate the behavior of granular materials. Many of the challenges to understanding the behavior of granular materials begin in the dry grain segregation phenomenon. Classically, we have the Brazil Nut Effect (BNE) - which consists of a confined granular material containing grains of different sizes which, when agitated, displays segregation, with the larger grains rising up to surface. For many years, it was believed that this segregation occurred due to the presence of walls that confine the material. In the first part of this thesis, we show that in systems with periodic boundary conditions (pbc), BNE can also occur. We also proposed that BNE exhibits resonance effect, and we differentiate systems with walls and pbc by using Large-Deviation function (LDF). In the second part of this thesis, we studied a different area of granular materials: sediment transport. Sediment transport occurs in the interaction between granules and fluids. To simulate the behavior of granular materials immersed in a fluid, we use a Computational Fluid Dynamics (CFD) technique. The solid sediments move in the velocity field transported by the fluid. Three dimensionless parameters are required to describe the transport: the Reynolds number, which relates the inertial forces to the viscous forces, and consequently the fluid turbulence effects; the number of Shields, which is related to the drag forces and the inertial forces of the fluid; and finally, the density ratio between the solid and the fluid phases. It is possible to reproduce the different modes of transport only by changing such dimensionless parameters. In this thesis, we calculate and characterize the saturation time for bedload transport mode in the viscous regime, and we also predict the saturation length for this transport mode. This sediment transport was possible to studied thanks to the sandwich PhD. done in PMMH-ESPCI with CAPES grant No.88881.187077/2018-01.
dc.description.sponsorshipEste estudo do transporte de sedimentos foi possível graças ao doutorado sanduíche realizado no PMMH-ESPCI com bolsa CAPES nº 88881.187077/2018-01.
dc.identifier.urihttps://repositorio.cefetmg.br//handle/123456789/1227
dc.language.isopt
dc.publisherCentro Federal de Educação Tecnológica de Minas Gerais
dc.publisher.countryBrasil
dc.publisher.initialsCEFET-MG
dc.publisher.programPrograma de Pós-Graduação em Modelagem Matemática e Computacional
dc.titleNumerical simulation of granular materials: Brazil nut effect and sediment transport
dc.typeTese

Arquivos

Pacote Original
Agora exibindo 1 - 1 de 1
Imagem de Miniatura
Nome:
Numerical simulation of granular materials Brazil nut effect and sediment transport.pdf
Tamanho:
23.22 MB
Formato:
Adobe Portable Document Format
Baixar
Licença do Pacote
Agora exibindo 1 - 1 de 1
Nenhuma Miniatura disponível
Nome:
license.txt
Tamanho:
1.39 KB
Formato:
Item-specific license agreed to upon submission
Descrição:
Baixar

Coleções

Doutorado em Modelagem Matemática e Computacional