O desprendimento de vórtices é responsável por vibrações prejudiciais a estruturas e pelo aumento de seus coeficientes de arraste. Portanto o correto entendimento e o controle do desprendimento de vórtices é de grande interesse de modo a diminuir custos de manutenção de estruturas estáticas e custos com combustíveis de estruturas móveis, por exemplo. O caráter tridimensional do desprendimento de vórtices a baixos números de Reynolds, entre 100 e 300, é aqui estudado através de Simulações Numéricas Diretas (DNS) do escoamento ao redor de cilindros circulares em duas e três dimensões. O controle do desprendimento de vórtices foi estudado nesta dissertação, através do uso de placas de separação do escoamento em simulações numéricas bidimensionais para números de Reynolds 100, 160 e 300, mostrando que para estes números de Reynolds é possível reduzir as freqüências de desprendimento, e em alguns casos até suprimi-las. A simulação tridimensional para Re = 300 mostrou um escoamento aparentemente bidimensional que afeta sensivelmente a freqüência de desprendimento quando em comparação o caso 2D. Para a realização das simulação numéricas foi utilizado um esquema compacto de diferenças finitas em associação com um método de representação virtual de obstáculos imersos em escoamentos, que permite a representação de geometrias complexas sobre uma malha cartesiana.

O desprendimento de vórtices é responsável por vibrações prejudiciais a estruturas e pelo aumento de seus coeficientes de arraste. Portanto o correto entendimento e o controle do desprendimento de vórtices é de grande interesse de modo a diminuir custos de manutenção de estruturas estáticas e custos com combustíveis de estruturas móveis, por exemplo. O caráter tridimensional do desprendimento de vórtices a baixos números de Reynolds, entre 100 e 300, é aqui estudado através de Simulações Numéricas Diretas (DNS) do escoamento ao redor de cilindros circulares em duas e três dimensões. O controle do desprendimento de vórtices foi estudado nesta dissertação, através do uso de placas de separação do escoamento em simulações numéricas bidimensionais para números de Reynolds 100, 160 e 300, mostrando que para estes números de Reynolds é possível reduzir as freqüências de desprendimento, e em alguns casos até suprimi-las. A simulação tridimensional para Re = 300 mostrou um escoamento aparentemente bidimensional que afeta sensivelmente a freqüência de desprendimento quando em comparação o caso 2D. Para a realização das simulação numéricas foi utilizado um esquema compacto de diferenças finitas em associação com um método de representação virtual de obstáculos imersos em escoamentos, que permite a representação de geometrias complexas sobre uma malha cartesiana.

O desprendimento de vórtices é responsável por vibrações prejudiciais a estruturas e pelo aumento de seus coeficientes de arraste. Portanto o correto entendimento e o controle do desprendimento de vórtices é de grande interesse de modo a diminuir custos de manutenção de estruturas estáticas e custos com combustíveis de estruturas móveis, por exemplo. O caráter tridimensional do desprendimento de vórtices a baixos números de Reynolds, entre 100 e 300, é aqui estudado através de Simulações Numéricas Diretas (DNS) do escoamento ao redor de cilindros circulares em duas e três dimensões. O controle do desprendimento de vórtices foi estudado nesta dissertação, através do uso de placas de separação do escoamento em simulações numéricas bidimensionais para números de Reynolds 100, 160 e 300, mostrando que para estes números de Reynolds é possível reduzir as freqüências de desprendimento, e em alguns casos até suprimi-las. A simulação tridimensional para Re = 300 mostrou um escoamento aparentemente bidimensional que afeta sensivelmente a freqüência de desprendimento quando em comparação o caso 2D. Para a realização das simulação numéricas foi utilizado um esquema compacto de diferenças finitas em associação com um método de representação virtual de obstáculos imersos em escoamentos, que permite a representação de geometrias complexas sobre uma malha cartesiana.

El proyecto tuvo como objetivo lograr la automatización de la prueba en cilindros telescópicos. Con la automatización se logra: disminuir el tiempo de prueba, tener un estándar de pruebas que verifiquen la integridad de los cilindros, y desarrollar las pruebas con la mínima intervención del usuario. El proceso de prueba se desarrolla tomando como referencia la norma SAE J1334 “Hydraulic Cylinder Integrity Test” y parámetros internos de la empresa proveedora de los cilindros. No obstante, para efectos de la automatización fue necesario establecer variables cuantificables como indicadores de la calidad del cilindro (fugas internas, fugas externas).Para el diseño del concepto preliminar se consideraron bancos que operen tanto de forma asistida o automática y sistemas que puedan ejecutar la secuencia de operaciones definida. Es necesario el desarrollo de un concepto preliminar pues establece las condiciones limitantes para la automatización y la elección de componentes. El desarrollo de esta tesis está organizado del siguiente modo: Análisis contextual, en este capítulo se describe de forma específica el componente que se desea probar y el sistema al que pertenece; adicionalmente se muestran los procesos desarrollados actualmente en taller asociados al sistema de levante. Estado de la tecnología, en este capítulo se hace un estudio de sistemas similares que desarrollen pruebas en cilindros hidráulicos y las consideraciones que se tomaron en su diseño. Diseño conceptual, se desarrolla la secuencia de operación del sistema, y en base a esta se determina los componentes que se requieren para automatizar la prueba; se evalúan los posibles conceptos y se llega a una solución óptima por medio de un análisis técnico económico. Selección de componentes, una vez alcanzado el concepto definitivo, se determina de forma específica que componentes se van a utilizar, se comprueba que los componentes tengan un rango de acción acorde a las variables del sistema. Programación del controlador, se desarrolla el programa de control del sistema usando el software TIA PORTAL para interactuar con PLC’s de la marca SIEMENS, se muestra la lógica previa a la programación y los diagramas de flujo. Planos y estimación de costos, en este capítulo se presentan los planos eléctricos e hidráulicos del sistema, seguidamente se estima el costo final del proyecto. Conclusiones y recomendaciones, finalmente se concluye el alcance que tuvo la tesis y se plantean recomendaciones sobre el proceso de pruebas planteado. / Tesis

O escoamento ao redor de cilindros próximos de um contorno é um problema de grande interesse para muitas aplicações de engenharia. Vários parâmetros afetam o desprendimento de vórtices neste tipo de escoamento, tais como a espessura e o tipo da camada limite (laminar ou turbulenta), a distância do cilindro à placa, bem como o número de Reynolds. Devido à quantidade de parâmetros envolvido, este escoamento é bem mais complexo do que o caso de um cilindro isolado. No presente trabalho, o problema da interação entre camada limite e desprendimento de vórtices de um cilindro circular, foi dividido em quatro casos fisicamente mais simples, os quais permitiram avaliar o efeito isolado do cisalhamento e do confinamento provocado pela placa, bem como a combinação destes. Para este estudo foi utilizada a técnica de Simulção Numérica Direta (DNS) para a solução das equações de Navier-Stokes. As simulações foram realizadas para número de Reynolds na faixa de 60 a 300. Os resultados obtidos das simulações bidimensionais, para os quatro casos propostos e considerando a faixa de parâmetros analisados, demonstraram que a supressão do desprendimento de vórtices só ocorre quando existe a combinação do cisalhamento e do confinamento, e que o valor crítico no qual ocorre a supressão dos vórtices depende da intensidade do cisalhamento. Os resultados tridimensionais obtidos para o caso de escoamento livre com cisalhamento constante, mostraram que o aumento do cisalhamento tende a retardar a formação de estruturas tridimensionais. Além disso, o cisalhamento afeta o comprimento axial das estruturas tridimensionais, quando comparado com os observados no caso de escoamento uniforme. No caso de escoamento próximo à placa, os resultados tridimensionais mostram que a redução do afastamento provoca a supressão das estruturas tridimensionais. Esta observação foi associada à redução do número de Reynolds local. Além disso, os resultados tridimensionais obtidos para ambos os casos mostraram que existe uma variação ao longo do eixo do cilindro dos coeficientes hidrodinâmicos, a qual foi associada com a formação das estruturas longitudinais próximas à base do cilindro. Os resultados tridimensionais também permitiram visualizar a ocorrência do emparelhamento de vórtices longitudinais. / The flow around a circular cylinder close to a plane wall is of great interest to many engineering fields, due to its practical applications. In this kind of flow many parameters affect the vortex shedding, such as the boundary layer thickness, laminar or turbulent flow, the distance between the cylinder and the plate (gap) and the Reynolds number. Due to the number of parameters involved, this flow is much more complex than the flow around an separately circular cylinder. In the present work the interaction between the boundary layer and the vortex shedding from a cylinder was divided in four simple cases. These four cases allowed evaluating the isolated effect of the shear, the confinement and the combination of them. For this study the Direct Numeric Simulation (DNS) of the Navier-Stokes equation was chosen. The simulations were done at low Reynolds number, in the range of 60−300. The results of the two-dimensional simulations, considering the four cases and the range of parameters, have showed that the suppression of vortex shedding only takes place when there is a combination of shear and confinement, and the value of the critical gap, wherever it takes place, depends on the shear intensity. In the three-dimensional simulation the results of the free constant shear flow have indicated that the increase of the shear parameter tends to delay the formation of three-dimensional structures when compared to the uniform flow case. On the other hand, the results for the cylinder close to a wall have indicated the suppression of the three-dimensional structures with the reduction of the gap. This effect was also associated with the reduction of local Reynolds number. Moreover, the three-dimensional results have showed a variation of the hydrodynamic coefficients along the cylinder axis. This variation was associated with the streamwise vortex formed near the base of the cylinder. The three-dimensional results also permit to visualize the merging of the streamwise vortex.

Dissertação (mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnologico / Made available in DSpace on 2016-01-08T21:14:06Z (GMT). No. of bitstreams: 1 109367.pdf: 8340767 bytes, checksum: 9e56279664fbc8c49ce33401d63fe342 (MD5) Previous issue date: 1996 / Apresenta-se uma metodologia numérica, bem como testes e resultados obtidos na simulação do escoamento laminar e da transferência de calor no interior do cilindro de um compressor alternativo. O modelo resolve as equações da conservação da massa, da quantidade de movimento e da energia em um domínio bidimensional axissimétrico que contrai e expande acompanhando a variação de volume causada pelo movimento alternativo do pistão. As equações diferenciais governantes do problema de mecânica dos fluidos e de transferência de calor são discrezadas pelo método dos volumes finitos, fornecendo os campos de velocidade, pressão e temperatura no interior do cilindro. O desenvolvimento do modelo inicia-se com a análise sobre um cilindro adiabático sem entrada ou saida de massa pelas fronteiras do dominio, onde realiza-se comparações com um modelo termodinâmico. Estende-se tal análise prescrevendo temperatura nas superficies sólidas do modelo, analisando então a transferência de calor entre o gás e as paredes. Destaque é dado à diferença de fase encontrada entre o fluxo de calor e a diferença de temperatura entre o gás e as paredes. Explora-se neste trabalho expressões que permitam correlacionar o fluxo de calor com a diferença de temperatura, apresentando comparações entre o modelo numérico utilizado neste trabalho, modelo termodinâmico, e correlações empíricas freqüentemente utilizadas na modelação de compressores alternativos. Aproxima-se o modelo em questão com a realidade dos compressores, ao considerar-se a entrada e saída de massa no cilindro, promovida através de orificio e válvula centrados na tampa do cilindro.

O escoamento ao redor de cilindros próximos de um contorno é um problema de grande interesse para muitas aplicações de engenharia. Vários parâmetros afetam o desprendimento de vórtices neste tipo de escoamento, tais como a espessura e o tipo da camada limite (laminar ou turbulenta), a distância do cilindro à placa, bem como o número de Reynolds. Devido à quantidade de parâmetros envolvido, este escoamento é bem mais complexo do que o caso de um cilindro isolado. No presente trabalho, o problema da interação entre camada limite e desprendimento de vórtices de um cilindro circular, foi dividido em quatro casos fisicamente mais simples, os quais permitiram avaliar o efeito isolado do cisalhamento e do confinamento provocado pela placa, bem como a combinação destes. Para este estudo foi utilizada a técnica de Simulção Numérica Direta (DNS) para a solução das equações de Navier-Stokes. As simulações foram realizadas para número de Reynolds na faixa de 60 a 300. Os resultados obtidos das simulações bidimensionais, para os quatro casos propostos e considerando a faixa de parâmetros analisados, demonstraram que a supressão do desprendimento de vórtices só ocorre quando existe a combinação do cisalhamento e do confinamento, e que o valor crítico no qual ocorre a supressão dos vórtices depende da intensidade do cisalhamento. Os resultados tridimensionais obtidos para o caso de escoamento livre com cisalhamento constante, mostraram que o aumento do cisalhamento tende a retardar a formação de estruturas tridimensionais. Além disso, o cisalhamento afeta o comprimento axial das estruturas tridimensionais, quando comparado com os observados no caso de escoamento uniforme. No caso de escoamento próximo à placa, os resultados tridimensionais mostram que a redução do afastamento provoca a supressão das estruturas tridimensionais. Esta observação foi associada à redução do número de Reynolds local. Além disso, os resultados tridimensionais obtidos para ambos os casos mostraram que existe uma variação ao longo do eixo do cilindro dos coeficientes hidrodinâmicos, a qual foi associada com a formação das estruturas longitudinais próximas à base do cilindro. Os resultados tridimensionais também permitiram visualizar a ocorrência do emparelhamento de vórtices longitudinais. / The flow around a circular cylinder close to a plane wall is of great interest to many engineering fields, due to its practical applications. In this kind of flow many parameters affect the vortex shedding, such as the boundary layer thickness, laminar or turbulent flow, the distance between the cylinder and the plate (gap) and the Reynolds number. Due to the number of parameters involved, this flow is much more complex than the flow around an separately circular cylinder. In the present work the interaction between the boundary layer and the vortex shedding from a cylinder was divided in four simple cases. These four cases allowed evaluating the isolated effect of the shear, the confinement and the combination of them. For this study the Direct Numeric Simulation (DNS) of the Navier-Stokes equation was chosen. The simulations were done at low Reynolds number, in the range of 60−300. The results of the two-dimensional simulations, considering the four cases and the range of parameters, have showed that the suppression of vortex shedding only takes place when there is a combination of shear and confinement, and the value of the critical gap, wherever it takes place, depends on the shear intensity. In the three-dimensional simulation the results of the free constant shear flow have indicated that the increase of the shear parameter tends to delay the formation of three-dimensional structures when compared to the uniform flow case. On the other hand, the results for the cylinder close to a wall have indicated the suppression of the three-dimensional structures with the reduction of the gap. This effect was also associated with the reduction of local Reynolds number. Moreover, the three-dimensional results have showed a variation of the hydrodynamic coefficients along the cylinder axis. This variation was associated with the streamwise vortex formed near the base of the cylinder. The three-dimensional results also permit to visualize the merging of the streamwise vortex.

Dissertação (mestrado)—Universidade de Brasília, Faculdade UnB Gama, Faculdade de Tecnologia, Programa de Pós-Graduação em Integridade de Materiais da Engenharia, 2014. / Submitted by Ana Cristina Barbosa da Silva (annabds@hotmail.com) on 2014-11-05T19:03:37Z No. of bitstreams: 1 2014_JhonyJamerOrdonezLopes.pdf: 2961399 bytes, checksum: 32605fb302a81165c428f7ed1530a144 (MD5) / Approved for entry into archive by Raquel Viana(raquelviana@bce.unb.br) on 2014-11-06T17:46:23Z (GMT) No. of bitstreams: 1 2014_JhonyJamerOrdonezLopes.pdf: 2961399 bytes, checksum: 32605fb302a81165c428f7ed1530a144 (MD5) / Made available in DSpace on 2014-11-06T17:46:23Z (GMT). No. of bitstreams: 1 2014_JhonyJamerOrdonezLopes.pdf: 2961399 bytes, checksum: 32605fb302a81165c428f7ed1530a144 (MD5) / As pesquisas acerca do escoamento sobre cilindros são amplamente estudadas tanto de forma experimental como através de simulações numéricas. A configuração lado a lado de cilindros circulares, sob escoamentos turbulentos, são geometrias importantes encontradas em muitas aplicações da engenharia. O escoamento turbulento sobre cilindros de configuração lado a lado produz importantes efeitos de interferência entre as esteiras viscosas. São influenciados, primeiramente, pelo espaçamento longitudinal e transversal entre os cilindros, bem como pelo número de Reynolds. Estes parâmetros geométricos influenciam na magnitude das forças aerodinâmicas, na mecânica de desprendimento de vórtices e nas características das flutuações de velocidade a jusante dos cilindros. Utilizando técnicas numéricas, foram simuladas as características médias e dinâmicas do escoamento turbulento em torno de dois cilindros dispostos lado-a-lado. Para tanto serão utilizados os modelos de turbulência k-ω SST e SAS-SST em regime transiente. O número Reynolds foi baseado na velocidade característica do escoamento, U∞, o diâmetro do tubo, ‘d’, e a viscosidade cinemática, . As simulações foram executadas para um número de Reynolds 20700. Neste trabalho o principal parâmetro geométrico é a relação adimensional p/d. O passo entre os tubos, p, indica a distância entre os centros dos tubos e d, o diâmetro dos mesmos. Os espaçamento avaliados neste trabalho foram p/d=1,26, p/d=1,60 e p/d=2,00. υO enfoque dos resultados no presente trabalho foi o comportamento dos campos médios de pressão, das flutuantes de pressão, os coeficientes de arrasto, os coeficientes sustentação, as flutuações de velocidade e os auto espectros de velocidade. As análises espectrais foram adimensionalizadas em forma de número de Strouhal. Os modelos k-ω SST e SAS-SST foram utilizados somente para o espaçamento p/d=1,60 para verificar que modelo comportou-se melhor. Para os espaçamentos p/d=1,26 e 2,00 foi utilizado apenas o modelo SAS-SST. Os resultados dos coeficientes de pressão calculados numericamente apresentaram resultados similares aos experimentais para ambos os modelos. Sendo o modelo SAS-SST mais próximo do resultado experimental. As flutuações de velocidade apresentaram-se coerentes com as esperadas. Verificou-se também que os resultados das características do escoamento sobre cilindros lado a lado se dá de forma diferente do observado em um cilindro isolado. As simulações feitas conseguiram mostrar o fenômeno da biestabilidade com exceção do espaçamento p/d=2,00. Os resultados dos auto espectros confirmaram os dois picos de frequência que indicam o bom comportamento das simulações feitas. ______________________________________________________________________________ ABSTRACT / Researches regarding the flow over cylinders are extensively studied experimentally and numerically. The configuration of cylinders mounted side by side under turbulent flows are important geometries found in many engineering application. The turbulent flow over cylinders on side by side configurations produces significant interference effects between the viscous Wakes. These effects are primarily determined by longitudinal and transversal spacing between the cylinders as by the Reynolds number. These geometrical parameters affect the magnitude of the aerodynamic forces, mechanical vortex shedding and characteristics of velocity fluctuations downstream of the cylinders.The mean and dynamic characteristics of turbulent flow around two cylinders placed side-by-side were simulated using numerical techniques. The turbulence models k-SST and SAS-SST will be used in transient regime. The Reynolds number was based on the free stream velocity, U∞, the tube diameter, d, and kinematics viscosity, υ . The simulations were performed for Reynolds number 20700. In this work the main geometric parameter is the dimensionless relation p/d. The pitch between the tubes, p indicates the distance d between the centers of the cylinders and d the diameter. The pitch used in this work is p/d=1,26, p/d=1,60 and p/d=2,00.The approach of the results in this work was the behavior of the mean pressure fields, the fluctuating pressure, the drag coefficients, the lift coefficients, the velocities fluctuations and velocity auto spectrum. The spectral analysis were dimensionless in the form of Strouhal number. The k-ω SST and SAS-SST models were only used for gap p/d = 1,60 to verify that the model behaved better. For p/d = 1,26 and 2,00 gaps was used only the SAS-SST model.The results of the pressure coefficients calculated numerically were similar to the experimental results, for both models. The SAS-SST model shown better results compared to the k-ω SST model. Velocity fluctuations were consistent with the expectations. It was also found that the results of the flow characteristics of side-by-side cylinders occurs differently from that seen in the isolated cylinder. The simulations were able to show the phenomenon of bistability except for the gap p/d = 2,00. The results of the auto spectral confirmed the two frequency peaks, which indicate good behavior of simulations.

O escoamento ao redor de cilindros próximos de um contorno é um problema de grande interesse para muitas aplicações de engenharia. Vários parâmetros afetam o desprendimento de vórtices neste tipo de escoamento, tais como a espessura e o tipo da camada limite (laminar ou turbulenta), a distância do cilindro à placa, bem como o número de Reynolds. Devido à quantidade de parâmetros envolvido, este escoamento é bem mais complexo do que o caso de um cilindro isolado. No presente trabalho, o problema da interação entre camada limite e desprendimento de vórtices de um cilindro circular, foi dividido em quatro casos fisicamente mais simples, os quais permitiram avaliar o efeito isolado do cisalhamento e do confinamento provocado pela placa, bem como a combinação destes. Para este estudo foi utilizada a técnica de Simulção Numérica Direta (DNS) para a solução das equações de Navier-Stokes. As simulações foram realizadas para número de Reynolds na faixa de 60 a 300. Os resultados obtidos das simulações bidimensionais, para os quatro casos propostos e considerando a faixa de parâmetros analisados, demonstraram que a supressão do desprendimento de vórtices só ocorre quando existe a combinação do cisalhamento e do confinamento, e que o valor crítico no qual ocorre a supressão dos vórtices depende da intensidade do cisalhamento. Os resultados tridimensionais obtidos para o caso de escoamento livre com cisalhamento constante, mostraram que o aumento do cisalhamento tende a retardar a formação de estruturas tridimensionais. Além disso, o cisalhamento afeta o comprimento axial das estruturas tridimensionais, quando comparado com os observados no caso de escoamento uniforme. No caso de escoamento próximo à placa, os resultados tridimensionais mostram que a redução do afastamento provoca a supressão das estruturas tridimensionais. Esta observação foi associada à redução do número de Reynolds local. Além disso, os resultados tridimensionais obtidos para ambos os casos mostraram que existe uma variação ao longo do eixo do cilindro dos coeficientes hidrodinâmicos, a qual foi associada com a formação das estruturas longitudinais próximas à base do cilindro. Os resultados tridimensionais também permitiram visualizar a ocorrência do emparelhamento de vórtices longitudinais. / The flow around a circular cylinder close to a plane wall is of great interest to many engineering fields, due to its practical applications. In this kind of flow many parameters affect the vortex shedding, such as the boundary layer thickness, laminar or turbulent flow, the distance between the cylinder and the plate (gap) and the Reynolds number. Due to the number of parameters involved, this flow is much more complex than the flow around an separately circular cylinder. In the present work the interaction between the boundary layer and the vortex shedding from a cylinder was divided in four simple cases. These four cases allowed evaluating the isolated effect of the shear, the confinement and the combination of them. For this study the Direct Numeric Simulation (DNS) of the Navier-Stokes equation was chosen. The simulations were done at low Reynolds number, in the range of 60−300. The results of the two-dimensional simulations, considering the four cases and the range of parameters, have showed that the suppression of vortex shedding only takes place when there is a combination of shear and confinement, and the value of the critical gap, wherever it takes place, depends on the shear intensity. In the three-dimensional simulation the results of the free constant shear flow have indicated that the increase of the shear parameter tends to delay the formation of three-dimensional structures when compared to the uniform flow case. On the other hand, the results for the cylinder close to a wall have indicated the suppression of the three-dimensional structures with the reduction of the gap. This effect was also associated with the reduction of local Reynolds number. Moreover, the three-dimensional results have showed a variation of the hydrodynamic coefficients along the cylinder axis. This variation was associated with the streamwise vortex formed near the base of the cylinder. The three-dimensional results also permit to visualize the merging of the streamwise vortex.

Estágio realizado na Empresa ADIRA, S.A. e orientado pelo Eng.º Tiago Faro / Tese de mestrado integrado. Engenharia Mecãnica. Faculdade de Engenharia. Universidade do Porto. 2010