Neste trabalho é analisado o transporte de massa em meios porosos rígidos, homogêneos e saturados com um fluido incompressível e monofásico, para os regimes de escoamento laminar e turbulento. A equação de transporte de massa macroscópica para o fluido é obtida com o auxílio do conceito de dupla decomposição, donde surge o termo de "dispersão mássica turbulenta". Os fluxos mássicos devido à dispersão, que aparece no processo de aplicação das médias temporal e volumétrica, são representados por um modelo de difusão proporcional ao gradiente da média intrínseca da fração mássica média no tempo. Os tensores de difusidade mássica resultantes desse modelo são obtidos de dois modos: a) para as componentes turbulentas, devidas às flutuações temporais da velocidade e fração mássica, é utilizado o modelo de difusividade mássica turbulenta onde a viscosidade turbulenta macroscópica é obtida através do modelo macroscópico, e b) para as componentes de dispersão, devido aos desvios espaciais da velocidade e fração mássica, são utilizados os resultados obtidos para os campos microscópicos de velocidade e fração mássica em uma célula unitária com condições de contorno periódicas para o escoamento e um gradiente de fração mássica imposto.

O presente trabalho tem por objetivo avaliar os efeitos de não-equilíbrio químico sobre a solução das equações de camada limite na região de estagnação de veículos hipersônicos. Foram obtidas soluções para altitudes entre 33 km e 63 km e velocidades entre 1,9 km/s e 7,5 km/s considerando-se três situações distintas: equilíbrio químico, escoamento congelado e não-equilíbrio químico. A solução das equações de camada limite laminar foi obtida usando-se o conceito de solução similar. Foi adotado um mecanismo de reações químicas que considera os fenômenos de dissociação e recombinação e a coexistência de até cinco espécies químicas no ar (N2, O2, NO, O e N). A partir dos perfis de velocidade, temperatura e de composição química no interior da camada limite, concluiu-se que os efeitos de não-equilíbrio químico são significativos para escoamentos com Mach acima de 10. Observou-se também que a partir deste ponto ocorre uma elevação do fluxo de calor no ponto de estagnação em relação àquele previsto pelos cálculos sob a hipótese de equilíbrio químico. Para M entre 10 e 17, os resultados obtidos sob a hipótese de não-equilíbrio químico são semelhantes aqueles obtidos sob a hipótese de escoamento congelado. Em função das hipóteses e da metodologia de solução adotadas, a solução do problema sob a hipótese de não-equilíbrio químico foi restrita a M = 17. Para a condição de escoamento congelado, entretanto, tal limitação não se aplicou e o procedimento de solução foi estendido até M = 23. Os resultados obtidos para o fluxo de calor no ponto de estagnação foram comparados aos de Fay e Riddell (1958) e de De Filippis e Serpico (2000). Uma boa concordância entre os resultados deste trabalho e os de De Filippis e Serpico foi observada.

Este trabalho apresenta e valida um método de fronteira imersa de quarta ordem para escoamentos compressíveis e viscosos e sua aplicação no cálculo do ruído produzido por escoamentos em geometrias complexas. As equações de Navier-Stokes compressíveis e não-permanentes são resolvidas por meio de uma discretização em volumes finitos onde os fluxos são calculados pelo método explícito e anti-simétrico de quarta ordem de Ducros. O avanço temporal é feito usando um método Runge-Kutta de terceira ordem. O método de fronteiras imersas é aplicado de forma que as condições de contorno são impostas diretamente nos volumes de controle que contém os pontos da fronteira imersa, resultando em uma representação precisa da superfície sólida. Os resultados numéricos são apresentados e comparados com soluções analíticas para o escoamento subsônico laminar sobre uma placa plana e o escoamento supersônico laminar sobre um perfil dupla-cunha, com todos os casos mostrando boa concordância com os resultados analíticos. Resultados aeroacústicos são apresentados para o caso do escoamento subsônico turbulento sobre dois cilindros circulares em configuração tandem.

Este trabalho apresenta resultados numéricos para o escoamento formado por duas correntes coaxiais, confinados em tubo circular. O popular método de Patankar-Spalding para solução das equações de transporte é empregado. O modelo K-E, em sua forma "standard", é utilizado na modelagem de turbulência. Os resultados apresentados reproduzem primeiramente o caso laminar, com a finalidade de se qualificar o programa computacional desenvolvido. Em seguida, são mostrados soluções para o escoamento em desenvolvimento e desenvolvido no interior de dutos circulares. Os resultados obtidos mostram-se em concordância satisfatória com valores experimentais. Finalmente, resultados para jatos turbulentos, coaxiais, são apresentados e comparados com valores experimentais disponiveis.

Apresenta-se neste trabalho um modelo dinâmico para a análise de estruturas quirais multicamadas. Utilizando o formalismo de Fourier, que encaminha o problema para o domínio espectral, expressões simples e compactas para os campos eletromagnéticos transformados, no espaço livre e nas camadas quirais, são determinadas considerando-se a estrutura como um problema de contorno onde as densidades superficiais de corrente elétrica são as fontes virtuais desses campos. Expressões assintóticas para os campos distantes também são determinadas. Características de irradiação de dipolos impressos em estruturas com um e com duas camadas quirais são analisadas. Efeitos da quiralidade sobre essas características são discutidos. Destacam-se os fenômenos relacionados com a rotação e a deformação dos diagramas para campos distantes. Modos de propagação em guias planares com substratos quirais são analisados detalhadamente. Atenção especial é dedicada ao comportamento das componentes dos campos eletromagnéticos nas proximidades do plano de terrra e da interace entre o substrato quiral e o espaço livre. Campos próximos excitados por dipolos impressos também são discutidos. Integrais de Sommerfeld são calculadas numericamente para a obtenção dos campos no domínio espacial. O comportamento peculiar da componente do campo magnético perpendicular às intefaces da estrutura é analisado. Para o caso particular de uma antena de microfita retangular com substrato quiral, alimentada por uma prova coaxial, são estabelecidas as equações integrais para o cálculo, via método dos momentos, de sua impedância de entrada. A escolha do tipo e do número de funções base é realizada criteriosamente. Como resultado, nota-se que a quiralidade não afeta substancialmente a forma da impedância de entrada. Entretanto, o seu aumento provoca um decréscimo na freqüência de ressonância de antena com poralização linear e na freqüência na qual a razão axial de antenas circularmente polarizadas é ótima. Tal fenômeno éparticularmente importante para antenas eletricamente finas.

Este trabalho investiga o escoamento turbulento no entorno da interface entre um meio limpo e um meio poroso, com a finalidade de ajustar as condições de contorno de salto de tensão cisalhante e de fluxo difusivo de energia cinética de turbulência, usada na abordagem macroscópica. Como modelo para o meio poroso, são consideradas várias geometrias compostas de hastes de formas diversas (haste cilíndrica, haste elíptica longitudinal e haste elíptica transversal). O comportamento das propriedades do escoamento em função da morfologia da estrutura porosa é analisado. As equações que governam o escoamento são numericamente resolvidas na fase líquida ao redor das hastes sólidas. O método numérico empregado para a discretização das equações é o método dos volumes finitos com arranjo co-localizado num sistema de coordenadas generalizadas. O algoritmo PISO é usado para correção do campo de pressão. Após a obtenção destes resultados, denominado resultados distribuídos, foi utilizado o conceito de média volumétrica, em uma célula de cálculo para transferir os resultados distribuídos do domínio "microscópico" para o domínio macroscópico - denominado resultados integrados. A partir do ajuste de curva dos valores pontuais de velocidade e energia cinética de turbulência no meio poroso e no meio limpo, foram estimados os coeficientes de salto de tensão, ß e de salto de fluxo difusivo de energia cinética, ßk. A metodologia de integração desenvolvida para obtenção dos coeficientes de salto, além de preservar a maioria das informações do escoamento distribuído, resulta em valores fisicamente coerentes de tensão e de fluxo difusivo de energia cinética. Para os casos analisados, os valores do coeficiente de salto de tensão, ß, que melhor acomodam a transferência de quantidade de movimento na interface são, ß=1,4824, para escoamento laminar, e ß=0,6536, para escoamento turbulento, evidenciando a dependência do coeficiente de salto ao regime de escoamento. Além disso, é apresentado o coeficiente de salto de fluxo difusivo de energia cinética de turbulência modificado, ß#c=1,6244, que ajusta a troca de fluxo difusivo de (K)v entre as camadas de fluido acima e abaixo da interface, independentemente dos valores de porosidade, fc, analisados.

O presente trabalho desenvolve uma metodologia numérica de análise do escoamento em grades lineares de perfis aerodinâmicos com aplicação direcionada ao dimensionamento de máquinas de fluxo axiais. O método consiste na realização de uma interação entre dois modelos computacionais: o potencial (ausência de efeitos viscosos) e o de camada limite, obtendo-se resultados muito próximos dos experimentais e com baixo custo computacional. O código potencial, baseado no método dos painéis, utiliza a formulação de Hess & Smith [1

Nesse trabalho, é estudado o emprego de uma técnica de especificação de condições de contorno em geometrias complexas e/ou móveis conhecida por fronteiras imersas ou immersed boundaries. É dada uma visão introdutória da técnica de fronteiras imersas, onde o conceito é explicado com uma visão geral do problema. Também é abordado um breve histórico dessa técnica, através do comentário de alguns trabalhos pioneiros e relevantes sobre o assunto. As equações de Navier-Stokes são colocadas em conjunto com as hipóteses de modelamento do fluido utilizadas e com as relações constitutivas adotadas. São comentados também os processos de média e adimensionalização adotados, bem como as modificações nas equações originais para inclusão dos termos de fronteiras imersas. Por fim, é apresentada a formulação do termo de força de superfície, que completa a formulação empregada. São abordados os métodos de discretização temporal e espacial com ênfase no algoritmo utilizado para a discretização das equações de Euler: o método upwind de Steger e Warming. São comentadas também a implementação de condições de contorno não reflexivas em fronteiras remotas, e a implementação do método de fronteiras imersas. Também é apresentado o esquema de multi-malhas empregado. Uma série de problemas modelo é utilizada para comprovar a correta implementação numérica da formulação apresentada. São apresentados e comentados os resultados obtidos com o código validado para o escoamento subsônico a Mach 0,40 sobre um aerofólio NACA 0012 com ângulo de ataque nulo e número de Reynolds de 105. É demonstrada a relação entre a necessidade de refinamento de malha e a espessura da camada limite. Conseqüentemente, são apresentadas as dificuldades na aplicação do método de fronteiras imersas para problemas com números de Reynolds mais elevados em conjunto com sugestões para novas abordagens do tema.

Neste trabalho é apresentado um modelo dinâmico para a análise de uma estrutura multicamadas anisotrópicas uniaxiais, com o eixo óptico normal ao plano das interfaces. Utilizando o formalismo de Fourier, que encaminha o problema para o domínio espectral, são obtidas expressões simples e fechadas para as amplitudes dos campos transformados, nas diversas camadas da estrutura. O modelo é empregado, inicialmente, na análise de uma antena de microfita excitada por uma abertura localizada no plano terra de uma linha de fita. São determinadas e analisadas suas funções de Green espectrais. Modos de propagação em um guia de placas paralelas com substratos anisotrópicos uniaxiais são também estudados, pois tais modos poderão ser excitados nos substratos da linha de fita que alimenta a antena em consideração. Para o caso particular de uma antena de fenda retangular, coberta por uma camada de proteção e alimentada com uma linha de fita, são estabelecidas as equações integrais para o cálculo, via método dos momentos, da densidade de corrente magnética ao longo da fenda, da densidade de corrente elétrica, da impedância característica, da constante de propagação e do coeficiente de reflexão da linha de fita que alimenta a fenda. Efeitos da anisotropia uniaxial sobre os parâmetros acima citados são apresentados e discutidos. Desses, são particularmente interessantes os produzidos sobre as impedâncias de entrada da antena de fenda e da linha de fita terminada abruptamente. Outros resultados importantes, que auxiliaram na validação do programa desenvolvido, foram obtidos para estruturas com substratos isotrópicos. Esses resultados estão em boa concordância com os calculados por programas comerciais.