Prof. Rafael Gabler Gontijo, Ph.D.

Projetos

SIMMSUS

Simulação de suspensões de partículas magnéticas

SIMMSUS é um programa computacional de código aberto voltado à simulação de sistemas de partículas magnéticas suspensas num líquido base. Este código pode ser utilizado para obtenção do comportamento de propriedades de transporte de fluidos magnéticos na ação de um campo externo. As aplicações destes tipos de sistema vão desde o amortecimento de vibrações em sistemas de auto-falante até o aquecimento de tumores sujeitos à magnetohipertermia.

FHDFOAM

Simulação de escoamentos de fluidos magnéticos

FHDFOAM é um projeto de construção de códigos open-source baseados em modificações a partir de solvers originais da biblioteca de CFD openFoam. O objetivo do projeto consiste no desenvolvimento de ferramentas gratuitas voltadas à simulação computacional de escoamentos de fluidos magnéticos sob a ação de campos com ou sem transferência de calor. O nome do projeto se baseia na sigla em inglês para Ferrohidrodinâmica (fhd), área da física responsável pela modelagem matemática do comportamento de escoamentos de fluidos magnéticos.

CIÊNCIA E BRISA

Divulgando ciência e conhecimento

CIÊNCIA E BRISA é um projeto pessoal de divulgação e disseminação de conhecimento científico que utiliza o YouTube como plataforma. O canal conta com cursos inteiros de graduação e pós-graduação em disciplinas vinculadas ao contexto das ciências exatas, que vão desde a Mecânica dos Fluidos à Transferência de calor, passando pela Termodinâmica, Eletromagnetismo, Microhidrodinâmica, Modelagem numérica da turbulência e Mecânica dos Meios Contíncuos.

Linhas de Pesquisa

MAGNETOHIPERTERMIA

Uma abordagem para tratar o câncer

CONVECÇÃO TERMOMAGNÉTICA

Otimização de processos de troca de calor

MICROHIDRODINÂMICA DE SUSPENSÕES MAGNÉTICAS

Prevendo propriedades de fluidos magnéticos

A magneto-hipertermia é uma técnica terapêutica auxiliar no tratamento de pequenos tumores. Essa técnica consiste na injeção de um fluido magnético biocompatível no interior de um tumor para em seguida, sob a ação de um campo magnético transiente de alta frequência, induzir o aquecimento da região. O mecanismo físico responsável pelo aquecimento da região está associado a não-instantaneidade entre a ação do campo e a resposta (magnetização) do material. Quando as partículas magnéticas contidas no fluido respondem ao campo, ele já mudou. De tal sorte que existe sempre uma parcela da resposta do material em fase com a excitação e outra parcela fora de fase. Essa histerese magnética leva como consequência à dissipação da energia do campo magnético na forma de calor. O aquecimento desses tecidos acaba por levar à morte das células cancerígenas que são menos resistentes ao aquecimento. Essa linha de pesquisa vem sendo abordada por meio do desenvolvimento de códigos computacionais voltados à simulação do comportamento de tumores sujeitos à magnetohipertermia.

Suspensões líquido-sólido constituem uma classe especial de materiais complexos nos quais as propriedades efetivas desta junção de fases são diferentes das propriedades de cada fase individual que constitui a suspensão em si. Essas suspensões aparecem tanto na natureza quanto em diversas aplicações industriais e podem ser classificadas em diferentes tipos a depender das características geométricas e mecânicas do soluto que se mistura ao solvente para formar o que chamamos de suspensão. Um caso particular de suspensão de interesse científico, tecnológico e industrial são as suspensões formadas pela adição de partículas sólidas ferromagnéticas no interior de um líquido base carreador. A física destas partículas magnéticas na microescala é responsável pela determinação do comportamento das propriedades efetivas de transporte dessas suspensões magnéticas. Essa linha de pesquisa pretende utilizar simulações de muitos corpos na escala das partículas magnéticas para estudar o comportamento de propriedades efetivas de suspensões magnéticas como magnetização, viscosidade e condutividade térmica.

No fenômeno da convecção termomagnética um ferrofluido, ou fluido magnético, submetido a um gradiente de temperatura e campo magnético responde a este estímulo externo por meio da manifestação de novas correntes convectivas secundárias. Essas correntes podem tanto auxiliar no aumento quanto na diminuição das taxas de troca de calor entre o fluido e uma parede aquecida. As aplicações para este tipo são inúmeras e vão desde o resfriamento de transformadores elétricos a componentes eletrônicos de circuitos integrados utilizados em ambientes de microgravidade. Nesta linha de pesquisa pretende-se modelar matematicamente um sistema de equações diferenciais parciais que seja capaz de reger o comportamento hidrodinâmico, térmico e magnético deste tipo particular de escoamento. Além disso, pretende-se também desenvolver bancadas experimentais customizadas capazes de coletar dados relevantes para a quantificação do fenômeno em si. Essa quantificação se dá por meio de medições das taxas de troca de calor entre um fluido magnético confinado e uma parede aquecida quando o mesmo encontra-se submetido à ação de um campo magnético externo.

REDES NEURAIS APLICADAS À SISTEMAS FÍSICOS

Identificação de padrões complexos usando IA

O comportamento de sistemas físicos complexos é geralmente regido por um conjunto de equações diferenciais acopladas, cuja solução por métodos exatos se restringe a um número muito pequeno de problemas reais. Em contextos tridimensionais, transientes ou em problemas envolvendo geometrias complexas, a saída viável para uma abordagem robusta de diferentes sistemas físicos consiste na realização de simulações computacionais. Essas simulações possuem um custo computacional, relacionado ao tempo necessário para o processamento de grandes quantidades de dados. Esse custo aumenta com o grau de complexidade da física de interesse. Uma saída para esse problema consiste na criação e treinamento de algoritmos de inteligência artificial voltados à identificação de padrões complexos que a partir de uma determinada entrada de dados executa uma predição de uma ou mais variáveis de interesse associadas a um determinado conjunto de parâmetros físicos.

MODELAGEM E SIMULAÇÃO E ESCOAMENTOS DE FLUIDOS MAGNÉTICOS

Desenvolvimento de códigos e modelos matemáticos em Ferrohidrodinâmica

Um fluido magnético é um líquido responsivo à ação de um campo magnético externo. Esse fluido é formado pela mistura de um líquido base carreador com nanopartículas de material ferromagnético. A possibilidade de controlarmos o comportamento deste material inteligente aplicando um ímã sobre a região do espaço onde o fluido escoa tem aberto as portas para uma série de aplicações que vão desde o tratamento de câncer a processos de otimização das taxas de troca de calor em componentes eletrônicos. O entendimento de como este material escoa passa pelo desenvolvimento de códigos computacionais voltados à simulação do comportamento destes fluidos em diferentes contextos. Esta linha de pesquisa visa o desenvolvimento de novos programas voltados à simulação de escoamentos de fluidos magnéticos em diferentes geometrias, principalmente em contextos de troca de calor entre fluido e parede.

MODELAGEM NUMÉRICA DA TROCA DE CALOR EM TURBULÊNCIA

Simulação e experimentos em escoamentos turbulentos

A turbulência é um dos fenômenos físicos mais intrigantes da mecânica clássica. O surgimento de estruturas tridimensionais, vinculadas à fortes flutuações temporais em escoamentos de fluidos Newtonianos é intrínseco à natureza de qualquer escoamento que cruze um certo limite operacional vinculado à razão entre efeitos inerciais em viscosos. Apesar de indesejada em termos de performance aerodinâmica, a turbulência ajuda na promoção de maiores taxas de troca de calor entre o escoamento e uma parede aquecida ou resfriada. A quantificação dessas taxas de troca de calor depende de uma modelagem precisa do comportamento do escoamento. Essa modelagem traz consigo diversos desafios matemáticos e computacionais. Nessa linha de pesquisa pretende-se tanto simular o comportamento de escoamentos turbulentos por meio de modelos com baixo custo computacional utilizando médias estatísticas apropriadas, quanto desenvolver experimentos capazes de mensurar os efeitos da promoção de turbulência nas taxas de troca de calor do sistema.

Cursos ministrados

• Fenômenos de transporte;

• Mecânica dos Fluidos 1;

• Mecânica dos Fluidos 2;

• Transferência de calor 1;

• Transferência de calor 2;

• Termodinâmica;

• Magnetohipertermia;

• Programação científica em Fortran;

Cursos de graduação

Cursos de pós-graduação

• Mecânica dos Meios Contínuos;

• Fluidos Magnéticos;

• Transferência de calor Avançada;

• Microhidrodinâmica;

• Modelagem numérica da Turbulência;