Tese (doutorado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico. Programa de Pós-Graduação em Engenharia Mecânica / Made available in DSpace on 2012-10-22T17:53:25Z (GMT). No. of bitstreams: 1 230069.pdf: 18786227 bytes, checksum: 37219692730c9c351c5735e1c75ef0b3 (MD5) / Este trabalho propõe uma metodologia numérica para a simulação do escoamento multifásico em reservatórios de petróleo utilizando o Método de Volumes Finitos baseado em Elementos (EbFVM). Este método emprega malhas não-estruturadas com elementos triangulares e/ou quadrangulares, o que lhe confere maior flexibilidade e generalidade. Os poucos métodos disponíveis na literatura de petróleo que utilizam malhas não-estruturadas tratam os fluxos nas interfaces dos volumes de controle de forma inadequada. Isto causa dificuldades quando triângulos obtusos são empregados e origina interpretações equivocadas da transmissibilidade. Propõe-se neste trabalho um novo cálculo do fluxo da forma exata e que flexibiliza o processo de construção de malhas que representem com maior fidelidade as heterogeneidades, poços horizontais e verticais, e falhas, o que contribui para a diminuição do tempo de simulação. A solução das equações resultantes foi obtida empregando-se os métodos IMPES (Implicit Pressure Explicit Saturation) e Totalmente Implícito. O sistema linear foi resolvido pelo método multigrid baseado na correção aditiva, que aglomera os blocos da malha levando em consideração os coeficientes do sistema linear. A operação de refinamento localizado é facilitado pela adoção de um sistema de coordenadas locais que permite um tratamento similar a todos os elementos da malha o que elimina a imprecisão numérica das técnicas de refino tradicionais. Demonstra-se que é possível lidar com os mapas de permeabilidade em sua forma completa e sem médias, um aspecto importante na simulação de reservatórios heterogêneos e anisotrópicos. O modelo resultante é fisicamente consistente e leva a uma clara interpretação das transmissibilidades, revelando que triângulos retângulos e obtusos podem ser usados sem maiores restrições. Ao comparar os resultados obtidos com os dos modelos usualmente empregados na simulação de reservatórios de petróleo, o método EbFVM proposto mostrou-se mais flexível e menos susceptível ao efeito de orientação de malha.

Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / Uma análise utilizando a série de Taylor é apresentada para se estimar a priori os erros envolvidos na solução numérica da equação de advecção unidimensional com termo fonte, através do Método dos Volumes Finitos em uma malha do tipo uniforme e uma malha não uniforme. Também faz-se um estudo a posteriori para verificar a magnitude do erro de discretização e corroborar os resultados obtidos através da análise a priori. Por meio da técnica de solução manufaturada tem-se uma solução analítica para o problema, a qual facilita a análise dos resultados numéricos encontrados, e estuda-se ainda a influência das funções de interpolação UDS e CDS e do parâmetro u na solução numérica. / An analysis based on Taylor series is presented for estimating a priori the errors involved in the numerical solution of advection equation one-dimensional with source term, using the Finite Volume Method in a mesh uniform and a nonuniform mesh. Also is accomplished a study to determine the magnitude of discretization error and corroborate the results obtained on analyzing a priori. By using the technique of solution manufactured is produced an analytical solution for the problem, which facilitates analysis of the numeric results, and was also studied the influence functions of interpolation UDS and CDS and of parameter u in the numerical solution.

Tese (doutorado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnologico / Made available in DSpace on 2016-01-08T20:52:24Z (GMT). No. of bitstreams: 1 104714.pdf: 3661917 bytes, checksum: 1f1974d9cb36287c52740faedb0847d3 (MD5) Previous issue date: 1996 / O presente trabalho trata de simulação numérica de problemas envolvendo mudança de fase. Existem dois tipos principais de solução; o método da temperatura e o método da entalpia, no qual não se conhece a posição da frente e o problema é resolvido com formulação única para todo o domínio. No método da entalpia a existência da mudança de fase só é "noticiada" por meio do termo-fonte da equação da energia, surgindo, então, uma infinidade de métodos baseados na maneira de tratar este termo-fonte. O método proposto neste trabalho não se classifica nestes dois tipos clássicos. Possui uma nova concepção, baseada principalmente na idéia de dar um melhor tratamento numérico à frente de mudança de fase, porém, sem os inconvenientes da aplicação de uma condição de interface, como no método da temperatura. O novo método leva a excelentes soluções unidimensionais. O método é generalizado utilizando-se de coordenadas curvilíneas não ortogonais e malhas móveis. São propostos dois tipos de malhas móveis, gerando duas metodologias diferentes, porém, com a mesma concepção. Este trabalho vem abrir um novo caminho para a simulação numérica de problemas de mudança de fase, estreitando os limites entre as duas linhas de pesquisa clássicas na área.

Orientador: Philippe Remy Bernard Devloo / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Civil, Arquitetura e Urbanismo / Made available in DSpace on 2018-08-13T10:14:35Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Lucci_PauloCesardeAlvarenga_M.pdf: 6661587 bytes, checksum: b77bb456093ce1f153056c6b2fa89626 (MD5) Previous issue date: 2009 / Resumo: Este trabalho é dedicado ao desenvolvimento de uma metodologia específica de mapeamento curvo aplicável a qualquer tipo de elemento geométrico regular. Trata-se de uma generalização do modelo matemático de representação geométrica apresentado em 1967 por Steven Anson Coons, denominado "Bilinearly Blended Coons Patches", o qual ajusta uma superfície retangular em um contorno delimitado por quatro curvas arbitrárias. A generalização proposta permitirá a utilização deste tipo de interpolação geométrica em elementos de qualquer topologia, através de uma sistemática única e consistente. / Abstract: In this work a methodology is developed for mathematical representation of curved domains, applicable to any type of finite element geometry. This methodology is a generalization of the mathematical model of a geometric representation presented in 1967 by Steven Anson Coons, called "Bilinearly Blended Coons Patches", which patch a rectangular surface in four arbitrary boundary curves. The proposed methodology is a kind of geometric transfinite interpolation applicable to elements of any topology, using a single and consistent systematic. / Mestrado / Estruturas / Mestre em Engenharia Civil

Orientador: Kamal Abdel Radi Ismail / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Mecanica / Made available in DSpace on 2018-08-14T07:25:07Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Paixao_LouryvalCoelho_M.pdf: 3782849 bytes, checksum: a8900089f4a65a6ee50cdc15b2dba208 (MD5) Previous issue date: 2009 / Resumo: O processo de solidificação de um material de mudança de fase em uma região anular ao redor de um cilindro resfriado pela passagem de um fluido em seu interior é estudado numérica e experimentalmente, objetivando aplicações em sistemas de armazenamento de calor latente. A solução do problema de mudança de fase é feita utilizando o método de imobilização de fronteiras, onde se aplica a transformada de coordenadas de forma que no novo sistema a fronteira móvel e irregular seja fixa e paralela às demais. O método de volumes finitos é usado para discretização das equações do modelo matemático que em seguidas são resolvidas computacionalmente. Os experimentos são realizados para 4 temperaturas e 3 números de Reynolds do fluido de trabalho: -5, -10, -15, -20ºC e 741, 1484, 2280 respectivamente. Posteriormente, foi introduzido um promotor de turbulência helicoidal para aumentar o coeficiente de transferência de calor onde foram realizados 6 experimentos para temperaturas de -10, -15ºC e, com os mesmos números de Reynolds anteriores. Os resultados experimentais foram comparados com os resultados numéricos. / Abstract: The process of solidification of a material of change of phase in a region annular around of a cylinder cooled by fluid passing in its interior is studied numerical and experimentally, objectifying applications in systems of storage of latent heat. The boundary immobilization technique is used for solving for phase-change problem. The coordinate transformation is performed so that in the new system the moving and irregular boundary become fixes and parallel to the others. The finite-volume methodology is used discretization of the equation from the mathematical model witch are than solved by a computer program. The experiments are made for 4 temperatures and 3 Reynolds numbers of the fluid: 741, 1484, and 2280 respectively. A turbulence promoter was insert inner tube to enhancement the coefficient of heat transference, where 6 experiments were made to -10 and -15ºC temperature with the previous Reynolds numbers. The experimental results had been compared with the numerical results. / Mestrado / Termica e Fluidos / Mestre em Engenharia Mecânica

[pt] Com o objetivo de aumentar a capacidade dos poços petrolíferos, métodos convencionais de recuperação são utilizados, os quais consistem na injeção de água ou gás para a manutenção da pressão do reservatório. A produção do óleo ocorre através do deslocamento do mesmo no espaço poroso, onde a água, fluido deslocante, é injetada para ocupar gradualmente o espaço do óleo, fluido deslocado. Devido aos efeitos capilares e às heterogeneidades do meio poroso, uma parcela de óleo residual acaba ficando retida no reservatório, apresentando baixo fator de recuperação de óleo devido a elevada viscosidade do óleo em relação à viscosidade do fluido injetado e altas tensões interfaciais entre os fluidos. A adição de polímeros à água garante um aumento na sua viscosidade, melhorando a razão de mobilidade água/óleo no meio poroso. Uniformizando a frente de avanço e melhorando a eficiência de varrido devido à melhora no deslocamento do óleo. O presente trabalho analisa o comportamento viscoelástico do polímero, isolando o efeito viscoso e elástico em função das taxas de cisalhamento e extensão, implementado em um modelo de simulação de injeção de polímeros na escala de reservatórios. O efeito das propriedades reológicas da solução polimérica mostram nos resultados de produção uma frente de avanço mais estável e consequentemente uma melhora na taxa de recuperação de óleo quando avaliou-se o comportamento puramente cisalhante. Entretanto uma melhora na taxa de recuperação e na estabilidade da frente de avanço para o comportamento puramente extensional só pode ser observado quando o número de capilaridade foi aumentado consideravelmente. / [en] Aiming to increase the capacity of oil fields, conventional recovery methods are used. These methods consist in the injection of water or gas to maintain the reservoir pressure. The oil production typically takes place by displacing this oil in the porous media, where the displacing fluid (water) is injected to gradually occupy the space of the displaced fluid (oil). Since due to capillary effects and the heterogeneity of the porous media, a residual oil portion ends up trapped in the reservoir. These methods lead to low values of oil recovery factor, which occurs mainly by two factors: high viscosity of the reservoir s oil in relation to the viscosity of the injected fluid and high interfacial tension between the fluids. The addition of polymers to the water ensures an increase in the viscosity of the injected fluid, improving mobility ratio between water and oil in the porous media. Thus, standardizing forward swept and improving the swept efficiency due to improved oil displacement, which reduces the formation of preferential paths in the reservoir, usually called fingers. This paper analyzes the viscoelastic behavior of the polymer, by isolating the viscous and elastic effect in function of its extension and shear rates, implemented in a polymer injection simulation model in a reservoir scale. The effect of the rheological properties of the polymer solution show in the production results a more stable injection front and consequently an oil recovery rate improvement when evaluated as a purely shear behavior. However an improvement in the recovery rate and stability of the injection front for pure extensional behavior can only be observed when the capillary number is increased considerably.

[pt] Os efeitos catastróficos de terremotos que frequentemente acontecem na costa ocidental da América do Sul motivaram a realização desta pesquisa. O Equador, em particular, encontra-se localizado em uma zona de alta atividade sísmica devido a processos de subducção de placas tectônicas que originam sismos de grande magnitude, como o terremoto de magnitude Mw igual 7.8 acontecido em 16 de abril de 2016 na cidade costeira de Pedernales, que produziu grandes danos à infraestrutura e perdas de vidas humanas. A presente pesquisa tem como objetivo estudar o comportamento dinâmico de dois tipos de estruturas de terra: um talude de encosta composto de solo coluvial de altura aproximada de 70 m e a barragem de enrocamento de Mazar construída com altura de 166 m para fins de aproveitamento hidrelétrico. A barragem de Mazar, em função da sua altura, é classificada como barragem de grande tamanho pela International Commission on Large Dams (ICOLD) e qualificada pela Norma Equatoriana da Construção (NEC, 2014) como estrutura de importância essencial, com obrigatoriedade de verificação do seu desempenho sísmico para dois terremotos de projeto: o terremoto operacional base (OBE) e o máximo terremoto provável (MCE) com períodos de retorno de 475 anos e 2500 anos, respectivamente. As análises efetuadas neste trabalho incluíram a geração de sismos de projeto, investigação da estabilidade estática e pseudoestática de taludes, determinação de deslocamentos permanentes mediante métodos analíticos simplificados e simulações numéricas. Diferenças significativas nos deslocamentos permanentes máximos foram observadas empregando as abordagens analítica e numérica. / [en] The catastrophic effects of earthquakes that frequently occur on the West coast of South America motivated this research. Ecuador, in particular, is located in a zone of high seismic activity due to processes of tectonic plate subduction that give rise to earthquakes of great magnitude, such as the seismic motion of magnitude Mw equal 7.8 that struck the coastal city of Pedernales on April 16 2016, producing great damages to the infrastructure and losses of human lives. The present research aims to study the dynamic behavior of two types of earth structures: a slope composed of colluvial soil of approximately 70 m height and the Mazar rockfill dam constructed for hydroelectric generation. The Mazar dam, according to its height (166 m), is classified as a large dam by the International Commission on Large Dams (ICOLD) and qualified by the Ecuadorian Construction Standard (NEC, 2014) as a structure of essential importance, with mandatory analysis of seismic performance under two seismic design ground motions: the operating basis earthquake (OBE) and the maximum credible earthquake (MCE) with return periods of 475 years and 2500 years, respectively. The analyses carried out in this work included the generation of the OBE and MCE earthquakes, investigation of static and pseudo static stability of slopes, determination of permanent displacements using simplified analytical methods and numerical simulations. Significant differences in the maximum permanent displacements were observed using analytical and numerical approaches.

[pt] O entendimento dos processos que levam à instabilidade de taludes rochosos é de grande importância em análises de risco. Normalmente, desplacamentos e quedas de blocos de rocha ocorrem em épocas sem chuva, levando a crer que existem outros fatores deflagradores que devem ser analisados. Estudos relativamente recentes tem levantado a importância das tensões térmicas na propagação de fissuras e noacúmulo de tensões de tração. De forma a avaliar o impacto da ciclagem térmica sobre a rocha, foram realizadas análises termomecânicas utilizando o software de elementos finitos Abaqus 6.14. Nas simulações efetuadas foram utilizadas geometrias simplificadas, representativas de placas rochosas reais de áreas costeiras do Brasil. O maciço rochoso foi considerado isotrópico e homogêneo e os parâmetros térmicos utilizados (condutividade, calor específico e coeficiente de expansão térmica) foram adotados de acordo com valores obtidos na literatura para rochas de origem e constituição similar às rochas presentes na costa da região sudeste do Brasil (Gnaisses e Granitos). As condições de contorno de temperatura foram obtidas através de campanhas experimentais extraídas de estudo anterior. Admitiu-se ainda, apenas a ocorrência do modo I de propagação de fraturas, sendo a análise da propagação restrita a comparação entre K1c e os valores K1 desenvolvidos. Os resultados das simulações numéricas mostraram que a ocorrência de baixas temperaturas e de altos gradientes térmicos entre as faces externa e interna da placa ocasionam os maiores valores de K1, cuja magnitude é comparável aos valores de K1c típicos para rochas encontradas na região sudeste do Brasil. / [en] The understanding of the processes that lead to instability of rock slopes is of great importance in risk analysis. Normally, detachments and rockfalls occur in times without rain, leading to belief that there are other triggering factors that need to be evaluated. Relatively recent studies have raised the importance of thermal stresses in the propagation of cracks and in the accumulation of tensile stresses. In order to evaluate the impact of thermal cycling on the rock, thermomechanical analyzes were performed using Abaqus 6.14 finite element software. In the simulations, simplified geometries were used, representative of real rock plates of coastal areas of Brazil. The rock mass was considered isotropic and homogeneous and the thermal parameters (conductivity, specific heat and coefficient of thermal expansion) were adopted according to values obtained in the literature for rocks of origin and constitution similar to the rocks present in the coast of the southeastern region of Brazil (Gneisses and Granites). The temperature contour conditions were obtained through experimental campaigns extracted from a previous study. Only the occurrence of mode I of fracture propagation was allowed, with propagation analysis being restricted to the comparison between K1c and the K1 values developed. The results of the numerical simulations showed that the occurrence of low temperatures and high thermal gradients between the outer and inner faces of the plate cause the highest values of K1, whose magnitude is comparable to the values of K1c typical for rocks found in the southeastern region of Brazil.

[pt] Reservatórios carbonáticos contêm entre 50 e 60 por cento de petróleo e gás do mundo. No entanto, estas rochas têm apresentado problemas operacionais consideráveis durante as etapas de perfuração e produção. Tais problemas são originados pelas dificuldades na caracterização adequada destas rochas em função da complexa distribuição espacial de sua micro e macro estrutura. Enquanto ambas as escalas possuem importância no entendimento do comportamento de carbonatos, o presente trabalho trata da análise da microestrutura. Nesse âmbito, a proposta deste trabalho integra o processamento e análises de imagens digitais adquiridas mediante microtomografia de raios-X, elaboração de malhas de elementos finitos e simulação numérica de forma a prever propriedades elásticas, com o objetivo de correlacionar a microestrutura e o módulo de Young. Foram utilizadas imagens digitais de amostras de afloramento (travertinos) considerados como possíveis análogas a rochas carbonáticas de reservatório. A metodologia implementada permitiu obter sub-amostras que incluem uma gama de microestruturas e porosidades numa única amostra para assim simular numericamente o módulo de Young. Os resultados dos ensaios virtuais foram comparados com os resultados de ensaios reais executados em amostras da mesma rocha e dados encontrados na literatura. A aplicação da metodologia e os resultados obtidos indicam o potencial e as limitações atuais desta técnica. Conclui-se neste estudo que o valor do módulo de Young das amostras simuladas numericamente é afetado pela distribuição espacial, conectividade dos poros e pela microporosidade da rocha. Os valores encontrados no ensaio virtual tendem a serem superiores aos obtidos em ensaios reais devido à dificuldade de inserir, no modelo de micro estrutura, os contatos entre os grãos assim como regiões mais compressíveis não determinadas na aquisição das imagens. / [en] Carbonate reservoirs contain between 50 and 60 per cent of oil and gas in the world. However, these rocks have presented considerable operational problems during drilling and production steps. Such problems are caused by the difficulties in proper characterization of these rocks due the complex spatial distribution of their micro and macrostructure. Although both scales have importance in understanding the behavior of carbonates, the present work deals with the analysis of the microstructure. In this context, the proposal of this work integrates the processing and analysis of digital images acquired by x-ray microtomography, finite element mesh generation and numerical simulations to predict elastic properties in order to correlate the microstructure and the Young s modulus. We used digital images of samples of outcrop (travertine) considered as a possible analogous to carbonate rocks of reservoir. The methodology implemented allowed get sub-samples that include a range of microstructures and porosities in a single sample to determine numerically the Young s modulus. The virtual test results were compared with laboratory test results performed on samples from the same rock and data found in the literature. The application of the methodology and the results obtained indicate the potential and current limitations of this technique. This study concluded that the value of Young s modulus of numerically simulated samples is affected by spatial distribution, pore connectivity and microporosity of these rocks. The values found in the virtual test tend to be higher than those obtained in laboratory tests due to the difficulty of inserting, in the model of micro structure, contacts between the grains as well as more compressible regions not certain on the acquisition of the images.

[pt] Berger e Podolak apresentaram uma interpretação geométrica do resultado seminal de Ambrosetti e Prodi sobre o comportamento das soluções de certas equações diferenciais parciais elípticas semi-lineares. Consideram-se extensões deste ponto de vista, a partir das quais se desenvolve um algoritmo numérico para resolver as equações. / [en] Berger and Podolak obtained a geometric interpretation of the seminal result of Ambrosetti and Prodi regarding the behavior of solutions of certain semilinear elliptic partial differential equations. We consider extensions of such interpretation to develop a stable numerical algorithm that solves the equations.