O estudo do escoamento ao redor de corpos submersos tem sido foco de muitas pesquisas. Escoamentos ao redor de cilindros constituem sistemas de grande interesse prático em vários campos da engenharia e outras ciências. Neste trabalho procurou-se estudar a dinâmica do escoamento ao redor de um cilindro circular submetido a um movimento forçado analisando as alterações ocorridas na formação da esteira de vórtices. Para a realização das simulações foi utilizada a técnica de Simulação Numérica Direta (DNS), com um esquema de diferenças finitas compacto de sexta ordem, em associação com um método de representação virtual das fronteiras do cilindro. Quatro tipos de trajetória foram estudadas: uma trajetória com oscilação transversal, onde o cilindro é forçado a mover-se na direção transversal em relação ao escoamento, uma trajetória elíptica, uma trajetória em arco e uma trajetória em oito. Buscou-se identificar as principais características destes escoamentos, como os modos e freqüências de desprendimento de vórtices na esteira formada, coeficientes hidrodinâmicos e parâmetros estatísticos pertinentes ao fenômeno estudado. As simulações foram realizadas com diferentes amplitudes longitudinais de movimento sendo que a freqüência de movimento do cilindro foi mantida constante para as trajetórias elíptica, em arco e em oito. Os resultados para o caso do cilindro com oscilação transversal representaram bem os fenômenos físicos ocorridos neste tipo de escoamento. Foi possível identificar as fronteiras da região de lock-in primário através das variações bruscas nos coeficientes hidrodinâmicos e do ângulo de fase entre o deslocamento do cilindro e a força de sustentação. No caso das simulações com trajetória elíptica e número de Reynolds Re = 140, alterações significativas foram identificadas na esteira de vórtices à medida que a amplitude longitudinal do movimento era modificada. Nas simulações com Re = 400 e trajetória transversal, notou-se a formação de uma esteira com dois vórtices e duas camadas cisalhantes. Comparando esta simulação com os resultados das simulações em trajetória elíptica, foram observadas alterações no padrão de desprendimento, sendo formado um par de vórtices na região superior da esteira e um vórtice simples na região inferior (padrão assimétrico P+S). Comparando as simulações com trajetória elíptica e sentidos de movimento opostos, notou-se que o escoamento se inverte, evidenciando um efeito de memória deste escoamento que é função do sentido adotado para a trajetória. Tanto a amplitude de deslocamento longitudinal quanto o tipo de trajetória imposta ao cilindro influenciam significativamente os padrões da esteira de vórtices formada. / The study of flow around submerged bodies has been the focus of many researches. Flow around cylinders are systems of great practical interest in many fields of engineering and other sciences. This work aims to study the flow dynamics around a circular cylinder under a forced movement by analysing changes in the patterns of the wake. The simulations were performed through the Direct Numerical Simulation technique (DNS), with a sixth-order compact finite differences scheme associated to a virtual boundary method to represent the cylinder surface. Four trajectories were studied: a trajectory with transversal oscillation; a trajectory on elliptical curve; a trajectory in arc curve and a trajectory in eight curve. The main features of these flows were identified, e.g. modes and vortex shedding frequencies, hydrodynamic coefficients and statistical parameters. The simulations were performed with different streamwise movement amplitude, where the movement frequency was held constant for the elliptical, arc and eight trajectories. The results for the cylinder in transversal oscillation successfully represented the physical phenomena. It was possible to identify the boundaries of the primary lock-in region through jumps in the hydrodynamical coefficients and the phase angle between the cylinder displacement and the lift force. For the simulations with elliptical trajectory and Reynolds number Re = 140, significant changes were identified in the wake as the streamwise displacement of the cylinder was modified. In simulations with Re = 400 and transversal trajectory, two vortex and two shear layers could be observed. Comparing this simulation with simulations in elliptical trajectory, changes in the vortex shedding pattern were observed. A vortex pair was formed in the top of the wake and a single vortex in the lower wake ( asymmetrical mode P+S). Comparing the simulations with elliptical trajectory and opposite directions of movement, it was noted that the flow is reversed showing some effect of memory due to the direction of the trajectory. Both the amplitude of streamwise displacement and the trajectory type may result in different patterns in the wake.

O estudo do escoamento ao redor de corpos submersos tem sido foco atual de muitas pesquisas. Em especial, escoamentos ao redor de obstáculos rombudos constituem sistemas de grande interesse prático em vários campos da engenharia e outras ciências como, por exemplo, na engenharia automobilística, na concepção de edificações submetidas à ação do vento, no estudo de correntes fluviais e marítimas sobre pilares de pontes, em risers, cabos de ancoragem e plataformas de captação de petróleo. O presente trabalho teve como objetivo principal o estudo por Simulação Numérica Direta do escoamento ao redor de um cilindro com dois graus de liberdade, submetido a Vibração Induzida por Vórtices (VIV), buscando o esclarecimento a cerca dos fenômenos tridimensionais de formação e evolução do escoamento em função da interação fluido-cilindro. As equações de Navier-Stokes e da continuidade são resolvidas numericamente usando esquemas de diferenças finitas compacto de sexta ordem na discretização espacial, em associação com um método de representação das fronteiras do cilindro, denominado Método de Fronteiras Imersas. Inicialmente foram realizadas simulações para os casos de cilindro fixo e em movimento forçado, onde os resultados mostraram que o código computacional consegue modelar satisfatoriamente os fenômenos físicos de acordo com os resultados encontrados na literatura. Para as simulações com cilindro fixo, em movimento forçado e em VIV, nota-se que as estruturas do escoamento tridimensional apresentam modos com comprimentos de onda alterados em função do movimento imposto. Os resultados das simulações em VIV com dois graus de liberdade, para Re = 1250 mostraram que as estruturas tridimensionais do escoamento sofrem significativas alterações espaciais e temporais em função dos parâmetros do modelo dinâmico. Foram identificados diferentes fenômenos de formação e emparelhamento dos vórtices que são modificados em função das condições impostas ao modelo massa-mola amortecimento. / The study of flow around submerged bodies has been the focus of many researches. In special, the flow around bluff bodies are systems of great practical interest in many fields of engineering and other sciences, e.g., the flow around vehicles, buildings submitted to the action of the wind, river and sea currents over pillars of the bridges, risers and cables in the oil platforms. The present work aims to study through Direct Numerical Simulation (DNS) the flow dynamics around a circular cylinder under Vortex-Induced Vibration with two degrees of freedom, searching for identify the changes in the three-dimensional structures of the street wake imposed by the interactions between the flow and the immersed cylinder. The simulations were performed using a sixth-order compact finite differences scheme associated to a Immersed Boundary Method (IBM) to represent the cylinder surface. Firstly, simulations of the flow around fixed and forced movement were accomplished. The computational code Incompact3d presented results in agreement with the literature. The validation of the code shown that is possible to obtain satisfactory results relate to the street wake behind cylinder and the force coefficients are in agreement with others experimental and numerical works. In case of free oscillating cylinder, several changes in the three-dimensional vortex shedding modes are observed as the parameters of the oscillating dynamic model was changed. It was observed that different three-dimensional structures are formed in the wake depending on the initial conditions of the mass-stiffness damping model. The results of the simulations at Reynolds numbers equal to 1250 presenting some hydrodynamic phenomena as paring and turbulent structures in the flow that are modifying during the time and in the computational domain.

O estudo do escoamento ao redor de corpos submersos tem sido foco atual de muitas pesquisas. Em especial, escoamentos ao redor de obstáculos rombudos constituem sistemas de grande interesse prático em vários campos da engenharia e outras ciências como, por exemplo, na engenharia automobilística, na concepção de edificações submetidas à ação do vento, no estudo de correntes fluviais e marítimas sobre pilares de pontes, em risers, cabos de ancoragem e plataformas de captação de petróleo. O presente trabalho teve como objetivo principal o estudo por Simulação Numérica Direta do escoamento ao redor de um cilindro com dois graus de liberdade, submetido a Vibração Induzida por Vórtices (VIV), buscando o esclarecimento a cerca dos fenômenos tridimensionais de formação e evolução do escoamento em função da interação fluido-cilindro. As equações de Navier-Stokes e da continuidade são resolvidas numericamente usando esquemas de diferenças finitas compacto de sexta ordem na discretização espacial, em associação com um método de representação das fronteiras do cilindro, denominado Método de Fronteiras Imersas. Inicialmente foram realizadas simulações para os casos de cilindro fixo e em movimento forçado, onde os resultados mostraram que o código computacional consegue modelar satisfatoriamente os fenômenos físicos de acordo com os resultados encontrados na literatura. Para as simulações com cilindro fixo, em movimento forçado e em VIV, nota-se que as estruturas do escoamento tridimensional apresentam modos com comprimentos de onda alterados em função do movimento imposto. Os resultados das simulações em VIV com dois graus de liberdade, para Re = 1250 mostraram que as estruturas tridimensionais do escoamento sofrem significativas alterações espaciais e temporais em função dos parâmetros do modelo dinâmico. Foram identificados diferentes fenômenos de formação e emparelhamento dos vórtices que são modificados em função das condições impostas ao modelo massa-mola amortecimento. / The study of flow around submerged bodies has been the focus of many researches. In special, the flow around bluff bodies are systems of great practical interest in many fields of engineering and other sciences, e.g., the flow around vehicles, buildings submitted to the action of the wind, river and sea currents over pillars of the bridges, risers and cables in the oil platforms. The present work aims to study through Direct Numerical Simulation (DNS) the flow dynamics around a circular cylinder under Vortex-Induced Vibration with two degrees of freedom, searching for identify the changes in the three-dimensional structures of the street wake imposed by the interactions between the flow and the immersed cylinder. The simulations were performed using a sixth-order compact finite differences scheme associated to a Immersed Boundary Method (IBM) to represent the cylinder surface. Firstly, simulations of the flow around fixed and forced movement were accomplished. The computational code Incompact3d presented results in agreement with the literature. The validation of the code shown that is possible to obtain satisfactory results relate to the street wake behind cylinder and the force coefficients are in agreement with others experimental and numerical works. In case of free oscillating cylinder, several changes in the three-dimensional vortex shedding modes are observed as the parameters of the oscillating dynamic model was changed. It was observed that different three-dimensional structures are formed in the wake depending on the initial conditions of the mass-stiffness damping model. The results of the simulations at Reynolds numbers equal to 1250 presenting some hydrodynamic phenomena as paring and turbulent structures in the flow that are modifying during the time and in the computational domain.

O estudo do escoamento ao redor de corpos submersos tem sido foco de muitas pesquisas. Escoamentos ao redor de cilindros constituem sistemas de grande interesse prático em vários campos da engenharia e outras ciências. Neste trabalho procurou-se estudar a dinâmica do escoamento ao redor de um cilindro circular submetido a um movimento forçado analisando as alterações ocorridas na formação da esteira de vórtices. Para a realização das simulações foi utilizada a técnica de Simulação Numérica Direta (DNS), com um esquema de diferenças finitas compacto de sexta ordem, em associação com um método de representação virtual das fronteiras do cilindro. Quatro tipos de trajetória foram estudadas: uma trajetória com oscilação transversal, onde o cilindro é forçado a mover-se na direção transversal em relação ao escoamento, uma trajetória elíptica, uma trajetória em arco e uma trajetória em oito. Buscou-se identificar as principais características destes escoamentos, como os modos e freqüências de desprendimento de vórtices na esteira formada, coeficientes hidrodinâmicos e parâmetros estatísticos pertinentes ao fenômeno estudado. As simulações foram realizadas com diferentes amplitudes longitudinais de movimento sendo que a freqüência de movimento do cilindro foi mantida constante para as trajetórias elíptica, em arco e em oito. Os resultados para o caso do cilindro com oscilação transversal representaram bem os fenômenos físicos ocorridos neste tipo de escoamento. Foi possível identificar as fronteiras da região de lock-in primário através das variações bruscas nos coeficientes hidrodinâmicos e do ângulo de fase entre o deslocamento do cilindro e a força de sustentação. No caso das simulações com trajetória elíptica e número de Reynolds Re = 140, alterações significativas foram identificadas na esteira de vórtices à medida que a amplitude longitudinal do movimento era modificada. Nas simulações com Re = 400 e trajetória transversal, notou-se a formação de uma esteira com dois vórtices e duas camadas cisalhantes. Comparando esta simulação com os resultados das simulações em trajetória elíptica, foram observadas alterações no padrão de desprendimento, sendo formado um par de vórtices na região superior da esteira e um vórtice simples na região inferior (padrão assimétrico P+S). Comparando as simulações com trajetória elíptica e sentidos de movimento opostos, notou-se que o escoamento se inverte, evidenciando um efeito de memória deste escoamento que é função do sentido adotado para a trajetória. Tanto a amplitude de deslocamento longitudinal quanto o tipo de trajetória imposta ao cilindro influenciam significativamente os padrões da esteira de vórtices formada. / The study of flow around submerged bodies has been the focus of many researches. Flow around cylinders are systems of great practical interest in many fields of engineering and other sciences. This work aims to study the flow dynamics around a circular cylinder under a forced movement by analysing changes in the patterns of the wake. The simulations were performed through the Direct Numerical Simulation technique (DNS), with a sixth-order compact finite differences scheme associated to a virtual boundary method to represent the cylinder surface. Four trajectories were studied: a trajectory with transversal oscillation; a trajectory on elliptical curve; a trajectory in arc curve and a trajectory in eight curve. The main features of these flows were identified, e.g. modes and vortex shedding frequencies, hydrodynamic coefficients and statistical parameters. The simulations were performed with different streamwise movement amplitude, where the movement frequency was held constant for the elliptical, arc and eight trajectories. The results for the cylinder in transversal oscillation successfully represented the physical phenomena. It was possible to identify the boundaries of the primary lock-in region through jumps in the hydrodynamical coefficients and the phase angle between the cylinder displacement and the lift force. For the simulations with elliptical trajectory and Reynolds number Re = 140, significant changes were identified in the wake as the streamwise displacement of the cylinder was modified. In simulations with Re = 400 and transversal trajectory, two vortex and two shear layers could be observed. Comparing this simulation with simulations in elliptical trajectory, changes in the vortex shedding pattern were observed. A vortex pair was formed in the top of the wake and a single vortex in the lower wake ( asymmetrical mode P+S). Comparing the simulations with elliptical trajectory and opposite directions of movement, it was noted that the flow is reversed showing some effect of memory due to the direction of the trajectory. Both the amplitude of streamwise displacement and the trajectory type may result in different patterns in the wake.

El documento digital no refiere asesor / Señala los conceptos básicos de la hidraúlica que se utilizan en el diseño mecanico y construcción de componentes de las maquinarias. Describe las especificaciones técnicas, características generales y cálculos hidraúlicos para la construcción de un cilindro hidraúlico telescópico de tres cuerpos. Finalmente explica como realizar el correcto montaje y fijación del cilindro en un volquete de descarga hacia atrás. / Trabajo de suficiencia profesional

Dissertação (mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnologico / Made available in DSpace on 2016-01-08T18:39:20Z (GMT). No. of bitstreams: 1 98097.pdf: 16110861 bytes, checksum: 77f29fdd76c4d31699853a892609f4d5 (MD5) Previous issue date: 1994 / Demonstração teórica e experimental dos conceitos e potencialidades da holografia eletrônica como uma ferramenta efetiva de análise experimental em ensaios não destrutivos para detecção de defeitos. Apresenta-se uma abordagem genérica sobre os ensaios não destrutivos, discutindo sua importância e tendências atuais, e reunindo informações acerca das potencialidades e limitações das principais técnicas utilizadas em ensaios de materiais e peças. Dentre estas técnicas, verificou-se que nenhuma traz uma solução satisfatória para o problema analisado: descolamentos na interface metal-borracha de cilindros revestidos, utilizados em laminação. Aplicando a holografia eletrônica e analisando-se em profundidade este problema, de interesse de um setor industrial, foram desenvolvidos dispositivos e métodos de ensaio que possibilitaram a identificação destes defeitos internos e de outras imperfeições contrutivas presentes nos cilindros revestidos. Procurando tornar estas imperfeições mais perceptíveis, foram testados e implementados métodos de processamento de imagens, por meio dos quais conseguiu-se uma interpretação qualitativa mais fácil e direta dos resultados da holografia eletrônica.

Orientador: João Carlos de Menezes / Dissertação (mestrado profissional) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Mecânica, Faculdade de Engenharia Eletrica e de Computação e Instituto de Química / Made available in DSpace on 2018-08-16T19:47:41Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Nahas_LeandroLafiandre_M.pdf: 2528374 bytes, checksum: 557f889189fdbae7ea36996fe0893714 (MD5) Previous issue date: 2010 / Resumo: Este projeto originou-se quando a família de motores objeto deste estudo foi introduzida no mercado e já os primeiros lotes de motores produzidos apresentaram esta falha, vulgarmente conhecida como degola da camisa. Esta falha compreende a trinca e propagação por todo o perímetro da camisa de cilindro e consequentemente a descida da camisa para a parte inferior do bloco do motor. Durante a descida, a camisa choca-se com elementos girantes do motor e vem por sua vez colapsar por completo. Este trabalho tem como base a extrapolação dos limites especificados em projeto da camisa de cilindro do tipo seca. Veremos que mínimas variações dimensionais no projeto da camisa de cilindro podem ter consequências gravíssimas para o conjunto. Analisaremos um caso real onde a mínima variação no projeto foi fatal para o componente e suas conseqüências, catastróficas para o motor. Para a determinação da causa raiz e consequentemente a solução do problema, foi utilizada a metodologia ¿Six Sigma¿. / Abstract: This project has been started as a consequence of repeated failures reported by users of a family of diesel engines introduced in the Brazilian market. The reported imperfections were investigated and in all cases a failure of the engine sleeve could be observed as the main cause of the engines breakdown. Cracks propagations have been in the region of the flange of cylinder sleeves. As the cracks propagate at the inner region of the flanged of the sleeve, where high stresses can be anticipated, a rupture of the flange, separating this part from the sleeve, used to occur. This occurrence is vulgarly named as the "decapitation of the sleeve". As a consequence of this phenomenon, the sleeve descends to the lower part of the engine block crashing against the moving parts of the engine, causing a complete collapse of the internal parts of the engine. The present work reports all phases of the investigation which revealed the main cause of the failures. In order to accomplish this research, the "Six Sigma" method has been employed as a supporting methodology. / Mestrado / Dinâmica / Mestre em Engenharia Automobilistica

Este trabalho apresenta um estudo experimental a respeito do fenômeno da biestabilidade em cilindros finitos com média razão de aspecto. Na biestabilidade, há uma esteira estreita a jusante de um dos cilindros e uma esteira larga a jusante do outro. Pode estar presente em muitas situações práticas da engenharia dependendo da distância entre os cilindros. Em cilindros finitos ainda é pouco compreendida e explorada. Para compreender o mecanismo do desprendimento de vórtices, são estudados o escoamento em torno de um único cilindro finito, com cilindros de diâmetros entre 25 e 60 mm e razão de aspecto entre 1 e 4 e após, o escoamento em torno de dois cilindros finitos dispostos lado a lado, com cilindros de diâmetros entre 25 e 32 mm e razão de aspecto entre 3 e 4. A técnica experimental aplicada consiste na medição das flutuações de velocidade em canal aerodinâmico, utilizando a técnica de anemometria de fio quente e na visualização do escoamento no mesmo canal, mantendo os parâmetros, utilizando gelo seco e laser. Além disso, foi realizada a visualização do escoamento em canal hidráulico com as mesmas dimensões do canal aerodinâmico, utilizando injeção de tinta através de agulhas. Para o estudo foram utilizados Re=2,00×104 para um cilindro finito e 3,86×103 ≤ Re ≤ 4,81×104 para cilindros finitos dispostos lado a lado. Os dados medidos em canal aerodinâmico são tratados através de ferramentas estatísticas, espectrais e de ondaletas, e os resultados das visualizações do escoamento são apresentados por meio de imagens obtidas das filmagens realizadas com uma câmera digital. Além disso, os vídeos são tratados com softwares de edição de vídeo e com ferramentas estatísticas. Os resultados confirmam a existência do fenômeno da biestabilidade para dois cilindros finitos dispostos lado a lado, que é um dos objetivos do estudo, nas três posições estudadas. A técnica de visualização de escoamento reforça a interpretação dos resultados obtidos através da técnica de anemometria de fio quente. Neste trabalho é considerada a existência de três escoamentos concomitantes: o escoamento ascendente, caracterizado pela estrutura de vórtices na base; o escoamento descendente, caracterizado pela estrutura de vórtices no topo; e o aqui chamado escoamento principal, caracterizado pelo desprendimento de vórtices a meia altura dos cilindros. / This work presents an experimental study on the bistability phenomenon in finite cylinders with a mid-aspect ratio. In the bistability phenomenon the flow to form two wakes behind the cylinders, a large wake behind a cylinder and a narrow wake after another. It can be present in many practical engineering situations depending on the distance between the cylinders. In finite cylinders, it is still poorly understood and explored. To understand the vortex shedding mechanism are studied the flow in a single finite cylinder with diameters between 25 and 60 mm and aspect ratio between 1 and 4 is studied. After that, the flow of two finite cylinders placed side by side with cylinders of diameters between 25 and 32 mm and aspect ratio between 3 and 4 was studied. The experimental technique of hot wire anemometry in aerodynamic channel is applied in the measurement of velocity fluctuations of the flow. The flow visualization was performed on the same aerodynamic channel, keeping the parameters, through using dry ice and laser. In addition, flow visualization is performed on the hydraulic channel with the same dimensions of the aerodynamic channel using ink injection through needles. All images are captured with a camera digital. For the study, Re=2.00×104 for a finite cylinder and 3.86×103 ≤ Re ≤ 4.81×104 for finite cylinders arranged side by side were used. The data measured in aerodynamic channel are treated through statistics, spectral and wavelet tools and the videos are treated through video editing software and with statistical tools. The results show the existence of two different levels of mean velocity in time series, corresponding to two flow modes confirming the phenomenon of bistability for two finite cylinders placed side by side, which is one of the objectives of the study. The flow visualization technique strengthens the interpretation of the results obtained through the hot wire anemometer technique. In this work the existence of three concomitant flows is considered: the upwash flow, characterized by the vortex structure in the base; the downwash flow, characterized by the vortex structure at the top; and the so-called main flow, characterized by the vortex shedding at half height of the cylinders.

Estuda-se o escoamento rotativo de um gás compressível entre dois cilindros coaxiais (o externo girante e o interno estacionário), nas condições do numero de Knudsen da ordem de grandeza da unidade junto ao cilindro interno.Devido à centrifugação da massa, dá-se a formação de um núcleo rarefeito, sendo, então, utilizadas condições de contorno de escorregamento (slip) e de salto de temperatura (temperatura jump) nesta região. O problema é resolvido para coeficientes de transporte (i.e. viscosidade e condutividade térmica) constantes e variáveis. Obtém-se as distribuição de velocidade, temperatura e, conseqüentemente de vários outros parâmetros. Verifica-se a influencia da condição de contorno junto ao cilindro interno sobre o resto do escoamento.

The bluff body flow is often related to engeneering problems and because of it this kind of flow is largely studied. Most of the laboratory works are done with two-dimensinal (2D) or infinite flow, however the flows of industrial applications are normally three-dimensional (3D) and includes complex interactions among its shear layers. In this work, the flow over two finite circular cylinders mounted on a flat plate is studied. Passive flow control is applied on the finite cylinders, using single tripwire located at different azimuthal positions, is experimentally investigated. The influence of this disturbance on the near wake flow structures, vortex shedding characteristics and surface pressure are presented for two different aspect ratios, 3 and 6. Abrupt variations on mean measured parameters are observed for both aspect ratios and a critical angular position is found. Furthermore the changes due to aspect ratio variation are pointed out, specially on the near wake flow fields obtained by PIV measurements which are influenced by the inflow induced by the tip vortices. Drag and pressure fluctuations reduction as well as mean lift are observed. Further results suggest that the near wake characteristics are close to those of the infinite circular cylinder (2D) for the larger aspect ratio and that there exist a bi-stable regime of the flow in the presence of the tripwire.