Neste trabalho é realizado um estudo fundamental do método de Boltzmann em rede do pseudopotencial (MBR-P) aplicado em simulações bifásicas do tipo gás-líquido com e sem mudança de fase. O intuito é promover o desenvolvimento do método e contribuir para a sua futura aplicação em simulações de fenômenos de ebulição realistas. Para a realização deste estudo, são identificados pontos chaves relacionados ao método que necessitam de mais esclarecimentos na literatura como, por exemplo: as formas de discretização, o papel das equações de estado e os mecanismos físicos relacionados à mudança de fase. Um amplo estudo dos fundamentos do MBR-P e atuais aplicações é apresentado. A partir de uma análise teórica são discutidas estratégias de discretização do método. Duas abordagens são desenvolvidas, uma baseada na força de interação e outra no tensor de pressão. Diversos testes benchmarks são utilizados na validação dessas abordagens. Descobriu-se que a abordagem da força é consistente para simulações bifásicas enquanto a do tensor de pressão apresentou algumas inconsistências, ainda necessitando de novos estudos. Posteriormente, apresentou-se um estudo sobre o papel da equação de estado na acurácia e estabilidade do MBR-P. Avaliou-se o efeito do aumento da espessura da interface e também testou-se um procedimento de modificação da equação de estado, proposto recentemente na literatura. Descobriu-se que este último, apesar de aumentar a acurácia do método em alguns testes, reduz drasticamente a estabilidade do método em testes dinâmicos. Isto motivou o desenvolvimento de um procedimento próprio que foi capaz de apresentar bons resultados nos testes de consistência termodinâmica e elevada estabilidade. Por fim, estudou-se os mecanismos de mudança de fase do método. Para um sistema bifásico simples, com transferência de calor de uma superfície aquecida para o líquido, conseguiu-se prever em quais condições o sistema entra em ebulição e forma uma nova fase de vapor. Este processo está diretamente ligado à equação de estado utilizada no modelo que determina quais estados termodinâmicos são estáveis ou instáveis. Também descobriu-se que a magnitude do campo gravitacional pode afetar a temperatura de ebulição do sistema devido à alteração no campo de pressões.

In this work a fundamental study of the pseudopotential lattice Boltzmann method (LBM-P) applied in two-phase gas-liquid simulations with and without phase change is carried out. The aim is to promote the development of the method and contribute to its future application in simulations of realistic boiling phenomena. In order to carry out this study, key points related to the method requiring further clarification in the literature are identified, such as: discretization forms, the role of state equations, and physical mechanisms related to phase change. A comprehensive study of MBR-P fundamentals and current applications is presented. Based on a theoretical analysis, discretization strategies of the method are discussed. Two approaches are developed, one based on the interaction force and the other on the pressure tensor. Several benchmarks tests are used to validate these approaches. It was found that the force approach is consistent for two-phase simulations while the pressure tensor approach showed some inconsistencies, still needing further studies. Subsequently, a study was presented on the role of the state equations in the accuracy and stability of the LBM-P. The effect of increasing the interface thickness was evaluated and a state equation modification procedure recently proposed in the literature was tested. It was found that the latter, drastically reduces the stability of the method in dynamic tests, despite increasing the accuracy. This motivated the development of a novel procedure able to present good results in thermodynamic consistency tests and high stability. Finally, the phase change mechanisms of the method were studied. For a simple two-phase system, with heat transfer from a heated surface to the liquid, it was possible to predict under which conditions the system boils and forms a new vapor phase. This process is directly linked to the state equation used in the model that determines which thermodynamic states are stable or unstable. It was also found that the magnitude of the gravitational field can affect the boiling temperature of the system due to changes in the pressure field.