Desenvolvimento de metodologia numérica para simulações de escoamentos multicamadas

O presente projeto tem como objetivo desenvolver uma metodologia numérica avançada para simulação de escoamentos multicamadas com superfície livre, implementada na plataforma OpenFOAM e compatível com diferentes modelos reológicos. A motivação central decorre da crescente demanda industrial por ferramentas capazes de simular processos complexos, como extrusão e extrusão‑sopro, nos quais múltiplas camadas de materiais são utilizadas para combinar propriedades complementares, como barreira, resistência mecânica e sustentabilidade. Apesar da relevância desses processos, não existem atualmente ferramentas abertas e integradas capazes de tratar adequadamente sistemas multicamada com modelos constitutivos gerais. A simulação de escoamentos multicamadas apresenta desafios específicos, incluindo o tratamento de interfaces internas, o acoplamento entre materiais com propriedades distintas e a representação precisa da superfície livre. Esses desafios exigem técnicas avançadas de discretização, estratégias de acoplamento e algoritmos robustos para garantir estabilidade numérica. O OpenFOAM, por ser uma plataforma aberta, paralelizável e amplamente utilizada em problemas multifísicos, oferece a base ideal para o desenvolvimento de um solver multicamada. O grupo de pesquisa possui experiência consolidada na implementação de modelos reológicos avançados, incluindo o modelo integral K‑BKZ, e no tratamento de superfícies livres. Durante o pós‑doutoramento na Universidade do Minho, foram desenvolvidas melhorias estruturais importantes, como a reformulação da gestão dos pontos de integração, a eliminação da necessidade de múltiplas condições iniciais e a habilitação do uso de passo de tempo variável. Esses avanços criaram uma base sólida para a extensão dos solvers existentes para um solver multicamada. Embora modelos integrais continuem sendo de interesse do grupo e serão utilizados como casos de teste avançados, o foco do projeto é a criação de uma infraestrutura numérica geral, compatível com qualquer modelo constitutivo implementado no framework. O solver será projetado para tratar múltiplas camadas com propriedades distintas, interfaces internas e superfícies livres, permitindo sua aplicação a processos industriais complexos. O projeto está alinhado aos Objetivos de Desenvolvimento Sustentável (ODS) da ONU, contribuindo para a ODS 9 (Indústria, Inovação e Infraestrutura), ODS 12 (Consumo e Produção Responsáveis), ODS 4 (Educação de Qualidade) e ODS 17 (Parcerias e Meios de Implementação), além de impactar indiretamente a ODS 13 (Ação Contra a Mudança Global do Clima). O plano de trabalho está estruturado em quatro eixos principais: (1) revisão teórica e consolidação da base existente; (2) desenvolvimento e implementação do solver multicamada; (3) validação numérica em casos clássicos e aplicações representativas; e (4) produção científica e documentação. Ao final dos 24 meses, espera-se obter um solver multicamada funcional, estável e documentado, além de publicações científicas e fortalecimento da cooperação internacional.