Neste trabalho, o foco principal é o uso do método de Boltzmann em rede (LBM) com o método do pseudopotencial para simulações bidimensionais vapor-líquido com e sem mudança de fase. Através de uma extensa revisão bibliográfica, nota-se grandes avanços no método, em quesitos como estabilidade, a consistência termodinâmica e controle de tensão superficial. No entanto, ainda existem pontos importantes que carecem discussões. Sendo assim, o objetivo do trabalho presente é, além de analisar e empregar técnicas da literatura do método do pseudopotencial, também contribuir, através de desenvolvimentos teóricos e numéricos, para melhor compreender pontos importantes ainda pouco discutidos como a convergência de resultados entre malhas. Por incluir um novo comportamento no tensor de pressão macroscópico através de uma força pseudopotencial, a estabilidade e convergência numérica do LBM precisam ter um equilíbrio de vários fatores e não somente aumentar o número de pontos. No trabalho presente, em um primeiro momento, investigou-se as diferentes técnicas de aprimoramento do método do pseudopotencial, realizando estudos teóricos e numéricos com simulações benchmark, a fim de formalizar um conjunto de ferramentas para prosseguir com as simulações de ebulição. Em seguida, com esse conjunto estabelecido, juntamente com o uso diferenças finitas para a evolução do campo de temperatura, uma metodologia de refinamento de malha é proposta e aplicada em problemas de referência e na ebulição em piscina bidimensional. Em seguida, o procedimento de refinamento foi confrontado com recentes proposições da literatura de conversão consistente entre as unidades de rede e unidades físicas. Com os resultados, foi possível observar um comportamento convergente entre as malhas para os problemas de referência. No entanto, o problema de Stefan e a ebulição bidimensional mostraram que essa convergência é afetada pela compressibilidade do fluido estudado, além de sofrer influências também do modelo de molhabilidade empregado. A metodologia de refinamento do trabalho presente é coerente com as proposições recentes da literatura de conversão de unidades físicas e de rede. Com os parâmetros comumente empregados na literatura, mostrou-se que a simulação de um sistema físico de tamanho razoável seria inviável, em tempo computacional necessário. Um estudo paramétrico mostra que seria possível reduzir consideravelmente uma simulação de um sistema físico real a ponto de torná-lo viável. No entanto, os limites foram testados teoreticamente, sendo ainda necessário um estudo numérico mais profundos para comprovar a viabilidade do método em simulações de sistemas físicos reais.

In this work, main focus is the application of the lattice Boltzmann method (LBM) with pseudopotential method for two-dimensional vapor-liquid simulations with and without phase change. Through an extensive literature review, one may observe significant enhancements achieved in aspects such as stability, thermodynamic consistency, and surface tension control. However, there are still important matters that require discussions. Hence, the main goal of present work is, besides analyzing and employing pseudopotential method techniques from literature, to contribute through theoretical and numerical developments to better undestand important matters yet not very well discussed such as the results convergence between distinct meshes. Due to the modification of the macroscopic pressure tensor through a pseudopotential force, numerical stability and convergence in LBM depend on an equilibrium between multiple factors, and it is not only a matter of increasing the number of points. In the present work, initially, we investigate different techniques to enhance the original pseudopotential method, conducting theoretical and numerical studies with benchmark simulations in order to formalize a set of tools to proceed with boiling simulations. Subsequently, with this set defined along with finite differences for the temporal evolution of the temperature field, a mesh refinement methodology is proposed and applied in reference problems and in two-dimensional pool boiling. Afterward, the refinement procedure consistency was checked against recent proposals from the literature regarding consis- tent conversion between lattice and physical units. The results have shown a convergent behavior among the meshes for reference problems. However, the Stefan problem and two-dimensional boiling showed that this convergence is affected by the fluid compressibility and also by the wettability model employed. The mesh refinement methodology of this work is consistent with recent propositions from the literature regarding conversion of physical and lattice units. With parameters commonly employed in the literature, it was shown that simulating a reasonably sized physical system would be computationally infeasible in terms of computational time. A parametric study indicates that it would be possible to significantly reduce simulation clock time of a real physical system, reducing it to a feasible time. However, the limits were only tested theoretically, and a more comprehensive numerical study is still necessary to verify the methods viability in simulations of real physical systems.