No presente trabalho é feito um estudo do escoamento incompressível sobre corpos rombudos planos, através de modelos simples que descrevem os parâmetros importantes deste escoamento. Com base na equação da conservação da energia é desenvolvido um modelo para o escoamento médio na região de formação. O acoplamento deste modelo com a teoria da linha de corrente livre permite a determinação teórica dos coeficientes médios de arrasto e pressão na base de alguns corpos rombustos. Para generalizar os resultados acima, foi desenvolvido um método numérico para a solução do modelo da linha de corrente livre. Analisando-se o escoamento sobre um corpo rombudo com placa divisória ("splitter plate"), mostra-se a importancia do comprimento da região de formação na determinação teórica dos coeficientes médios de arrasto e pressão na base. Observa-se também, que o comprimento acima pode modelar, de uma forma indireta, a influência da forma da base dos obstáculos (parte do corpo imersa na esteira). Uma análise paramétrica dos dados experimentais de diversos corpos rombudos planos resultou em um novo número adimensional que descreve a similaridade entre as esteiras. Este parâmetro adimensional é utilizado na formulação de um método empírico para a correção de resultados experimentais, de modo a retirar os efeitos causados pela interferência das paredes de um túnel. Com a teoria da avenida de vórtices de von Karman ("Karman vortex street") e com o critério de estabilidade de Kronauer, determinam-se os parâmetros que caracterizam a esteira de diversos corpos rombudos, verificando-se boa concordância entre teoria e experiência.

No presente trabalho, o efeito da razão de bloqueio nos parâmetros (coeficiente de pressão na base, os coeficientes de arrasto, sustentação, e momento, comprimento da região de formação, numero de Strouhal e largura de esteira media no final da região deformação) do escoamento plano sobre corpos rombudos e analisado.Foram ensaiadas quatro geometrias diferentes (cunha, cilindro circular, placa plana e aerofólio NACA 0012), para três razoes de bloqueio a dois números de Reynolds cada. Os principais pontos contidos neste trabalho são: (i) Uma nova técnica experimental para o estudo da configuração da esteira próxima e apresentada. (ii) São verificadas relações empíricas apresentadas em outros trabalhos, para geometrias especificas, que mostraram-se independentes do bloqueio no intuito de verificar se as mesmas podem ter um caráter genérico. (iii) E apresentado um novo parâmetro que relaciona o comprimento da região de formação com o numero de Strouhal, em função da razão do bloqueio. (iv) O método para correção do efeito de bloqueio recentemente apresentado por Girardi e testado para as geometrias presentes. (v) Observou-se também que o bloqueio influi diretamente na estrutura da esteira próxima de um corpo rombudo, aparentemente modificando sua topologia.

Com o advento de tecnologias de propulsão de veículos a velocidades supersônicas e hipersônicas, questões referentes a elevadas taxas de transferência de calor e magnitude de força de arrasto têm sido analisadas sob vários pontos de vista científicos, como física de plasmas, aerodinâmica, resistência estrutural, dentre outros. Neste trabalho, com o objetivo de se analisar o efeito de adição de energia na forma contínua a um escoamento de alta velocidade, foram realizados cálculos numéricos, por meio do software Fluent, de escoamento considerando a adição de energia sob a forma de calor em uma pequena região a montante de um corpo rombudo. São considerados efeitos pertinentes apenas à dinâmica dos gases, e desconsideram-se efeitos reativos, de formação de plasma e outros que possam surgir devido à energização do fluido em alta velocidade. Os resultados obtidos indicam que o principal efeito da adição de energia ao escoamento consiste em modificar o trajeto de elementos de fluido, desviando as linhas de corrente de tal forma que a onda de choque a montante de um corpo rombudo torna-se mais fraca e com geometria mais alongada. Foi observado que a redução do arrasto causada pela adição de energia contínua pode ser superior a 50% do valor referente ao escoamento sem fonte de calor, embora na aplicação prática desse tipo de processo seja necessário considerar a economia de potência dispendida na fonte de energia e na fornecida ao veículo em comparação com a potência necessária para o veículo manter um voo de cruzeiro. Uma análise paramétrica no que diz respeito ao efeito das variações de potência e localização da fonte de calor, dispersão da energia depositada e número de Mach sobre o arrasto de onda do corpo foi também realizada.

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.

No presente trabalho, são apresentados os campos de velocidade na esteira próxima de cunhas. Em uma primeira série de experimentos, utiliza-se um único modelo de cunha e verifica-se o efeito da variação do número de Reynolds (Re) entre 0,6x103 e 3,0x103. Na segunda série de experimentos, o número de Reynolds é fixado e o ângulo de separação (semi-ápice) da cunha é variado 15, 30e 45. Na terceira série, para o mesmo Re foram ensaiados dois modelos de cunha com dimensões diferentes da base (semi-ápice de 45) para obter a influência da razão de bloqueio (9,8% e 19,7%). Um aspecto importante deste trabalho foi o desenvolvimento da metodologia experimental para a obtenção de resultados confiáveis, usando um anemômetro laser. Além disto, foi possível realizar medidas em valores baixos de número de Reynolds, em uma faixa onde resultados experimentais não são disponíveis. A freqüência de liberação de vórtices foi determinada experimentalmente (cálculo do número de Strouhal) com o auxilio do LDA. A partir dos campos de velocidade média (u e v) e flutuante (uRMS e vRMS) é possível determinar a posição do núcleo do vórtice médio e a posição onde ocorrem os máximos de uRMS e vRMS. Estas posições, permitem a ampliação da discussão sobre a posição do final da região de formação. Com os campos de velocidade foi determinada a velocidade no ponto de separação e, indiretamente, o coeficiente de pressão na base.

O presente trabalho tem como foco principal os aspectos físicos da camada limite de um corpo rombudo. Os dados experimentais foram obtidos através da técnica de anemometria à Laser e os dados numéricos foram obtidos através de Simulação Numérica Direta (DNS). O modelo é composto de uma semi-elipse seguida de uma base reta, este modelo foi extensivamente estudado pelo Prof. P. Bearman nos anos 60, por esta razão será aqui chamado de corpo de Bearman. A razão de esbeltez (AR) é definida por c/h, onde c é a corda do modelo e h é a altura da base. Por se tratar de uma geometria com ponto de separação fixo, torna-se possível o estudo da influência da camada limite nos parâmetros médios da esteira. Os experimentos foram realizados entre os números de Reynolds de 600 e 3000 e as razões de esbeltez estudadas são AR=3, AR=5 e AR=7. Com o auxílio de simulações DNS, desenvolveu-se uma metodologia para definir o momento exato do desprendimento em função da variação dos parâmetros médios, tais como vazão instantânea e pressão na base. Na parte experimental, mostrou-se que o aumento da espessura da camada limite com o aumento da razão de esbeltez acarreta na diminuição da frequência de desprendimento. Em geral, os resultados numéricos e experimental mostraram boa concordância exceto o comprimento de formação dos vórtices.

O objetivo deste trabalho é o estudo da esteira formada atrás de um modelo de ônibus, devido à variação da superfície frontal do modelo. Desta maneira, deseja-se verificar as influências que esta provoca no veículo, principalmente na região do escoamento na traseira do mesmo. A primeira parte deste trabalho teve como objetivo a determinação experimental dos coeficientes de arrasto, força lateral e momento de guinada de um modelo de ônibus cuja, parte frontal podia ser modificada. Os ensaios foram realizados para ângulos de guinada no intervalo de -15 e 12 utilizando para estes ensaios de uma balança de 3 componentes especialmente projetada para obter os esforços aerodinâmicos. Foram testadas cinco diferentes configurações de maneira a se determinar a influência das inclinações das superfícies lateral e superior. Os resultados são apresentados na forma de coeficientes aerodinâmicos em função do ângulo de guinada. Observou-se uma variação acentuada do CD com as alterações na parte frontal do veículo, porém os coeficientes de momento de guinada e de força lateral tiveram apenas pequenas modificações. Na segunda parte foram realizados os mapeamentos dos campos de velocidade média e de flutuação (valor RMS), utilizando-se um anemômetro de fio quente conectado a um sistema de posicionamento de 3 eixos. Este mapeamento foi realizado para diferentes valores do ângulo de guinada, de maneira a se obter as variações que ocorrem na esteira. Por fim, foi realizado um estudo do impacto causado pela instalação de elementos de interferência na base do modelo. Medidas de pressão na base também foram realizadas com o objetivo de se correlacionar as mudanças na esteira com alteração na distribuição de pressão na base do modelo quando fixadas as placas divisórias.

O método WENO (Esquema Ponderada Essencialmente Não-Oscilatório) é o produto evolutivo de uma sequência de estudos adicionais, que começou com o trabalho seminal de Godunov nos últimos anos da década de 50 do século passado. A partir da reconstrução clássica de Riemann de Godunov os esquemas de alta resolução passaram pelos esquemas MUSCL ("Esquema Monotonicamente Centrado para Leis de Conservação"), o ENO ("Esquema Essencialmente Não-Oscilatório"), chegando finalmente ao estágio do esquema WENO. Esquemas WENO são esquemas de ordem mais alta precisão projetados para problemas com soluções contínuas por partes contendo descontinuidades. A idéia-chave reside no nível de aproximação, quando um procedimento não-linear adaptativo é utilizado para escolher automaticamente o estêncil mais suave localmente, evitando assim que descontinuidades surjam no procedimento de interpolação como tanto quanto possível. Seguindo de perto este caminho evolutiva, uma outra característica muito importante está relacionada com a aproximação tão acurada quanto possível, dos fluxos de Riemann nas junções entre as fronteiras das células. Muitas idéias para essa aproximação apareceram ao longo do caminho. Os esquemas de Lax-Friedrichs, Roe, Steger-Warming, AUSM, AUSMPW, HLL, HLLE, estão todos em uso hoje. Um código computacional baseado em algoritmos de alta ordem e alta resolução, baseado nos algoritmos WENO e MUSCL, chamado HYNE2D, para a simulação de escoamentos viscosos em altas velocidades e com eventualmente soluções constantes por partes, foi desenvolvido pelos autores. Muitos dos esquemas mais eficientes para o cálculo do fluxo foram implementadas, e, neste trabalho, uma comparação completa entre Lax-Friedrichs, Roe, AUSM+ e AUSMPW será explorado estritamente para uma formulação em volumes finitos baseada em arestas em malhas não-estruturadas. Os problemas de validação são todos os casos teste de aferição normalmente encontrados na literatura.

Dissertação(mestrado) - Universidade Federal do Rio Grande, Programa de Pós-Graduação em Engenharia Oceânica, Escola de Engenharia, 2008. / Submitted by Lilian M. Silva (lilianmadeirasilva@hotmail.com) on 2013-04-19T22:08:47Z No. of bitstreams: 1 Desenvolvimento De Uma Instalação Experimental Para Estudo De Fenômenos De Interação Fluido-estrutura.pdf: 1830430 bytes, checksum: fbf20ca5696e6496fdf803ca403c6632 (MD5) / Approved for entry into archive by Bruna Vieira(bruninha_vieira@ibest.com.br) on 2013-06-03T19:29:51Z (GMT) No. of bitstreams: 1 Desenvolvimento De Uma Instalação Experimental Para Estudo De Fenômenos De Interação Fluido-estrutura.pdf: 1830430 bytes, checksum: fbf20ca5696e6496fdf803ca403c6632 (MD5) / Made available in DSpace on 2013-06-03T19:29:51Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Desenvolvimento De Uma Instalação Experimental Para Estudo De Fenômenos De Interação Fluido-estrutura.pdf: 1830430 bytes, checksum: fbf20ca5696e6496fdf803ca403c6632 (MD5) Previous issue date: 2008 / O estudo experimental de problemas de interação fluido-estrutura é de fundamental importância para o entendimento dos processos dinâmicos envolvidos. Esses processos podem ser bastante complexos em função da alta não-linearidade do problema, especialmente para os casos em que o acoplamento entre a dinâmica do fluido e a dinâmica da estrutura é forte, ou para casos em que ocorram instabilidades dinâmica tanto no fluido quanto na estrutura. O estudo experimental de fenômenosde interação fluido-estrutura necessita de instalações de laboratório capazes de impor movimento relativo entre o fluido e a estrutura. Neste contexto, nesta dissertação apresentam-se o projeto, a construção e a avaliação de um canal de reboque otimizado para o estudo da interação fluido-estrutura em corpos rombudos cilíndricos de alta razão de aspecto. A instalação consiste de um canal de 16 m de comprimento com seção transversal 0,71m de largura por 0,79 m de altura e de uma plataforma de reboque para movimento da estrutura sobre o fluido. Além do movimento retilíneo, a plataforma de reboque é capaz de impor, simultaneamente, movimentos oscilatórios em até dois grupos de estruturas de forma independente. Esta capacidade permite o estudo da influência da amplitude, da freqüência e da fase do movimento oscilatório na interação entre o fluido e as estruturas. A dissertação contém uma discussão sobre a formulação geral dos problemas de interação fluido-estrutura e os principais parâmetros adimensionais relevantes. São tratados os problemas específicos da instalação experimental tais como especificação dos parâmetros hidrodinâmicos, projeto das estruturas de suporte do canal e da plataforma de reboque, o projeto mecânico da plataforma de reboque e uma breve descrição do sistema de controle dos movimentos da plataforma, bem como apresentam-se a descrição dos ensaios de avaliação de desempenho do sistema e a discussão dos resultados. Finalmente, a dissertação apresenta as conclusõesdos aspectos construtivos e capacidade da instalação em uma faixa do número de Reynolds, bem como as sugestões para trabalhos futuros. / The experimental study of fluid-structure interaction problems is of fundamental importance for the understanding of the dynamic phenomena involved. The dynamics of these phenomena can be very complex as a result of the high non-linearity of the problem, in particular for the cases with strong coupling between the dynamic of the fluid and the dynamic of the structure, or in cases in which instabilities in the fluid or in the structure are present. The experimental study of fluid-structure interaction requires laboratory facilities capable of impose relative motion between the fluid and the structure. In this context, that work presents the design, the construction and the evaluation of a towing canal optimized for the study of the interaction fluid-structure in cylindrical bluff bodies of high aspect ratio. The facility consists of 16 m long canal with cross section 0.71 m of width by 0.79 m of height and a towing platform for the motion of the structure in the fluid. In addition to the linear motion, the towing platform is capable of impose simultaneously independent transverse oscillatory motion in up to two structure groups. This capacityallows the study of the influence of the amplitude, of the frequency and of the phase of the oscillatory motion in the interaction between the fluid and the structure. This work presents a discussion on the general formulation of the fluid-structure interaction problems and on the main dimensionless parameters that are relevant to the problem. Next, it deals with the specification of the experimental facility such as hydrodynamic parameters, design of structures for supporting the canal itself and the towing platform, the mechanical design of the towing platform and a brief description of the system of control of the towing platformmotions. Next, it presents the description of the evaluation tests for the platform performance and the discussion of the results. Finally, the work presents the conclusions of the aspects of capacity building and installation on a range of Reynolds number, as well as suggestions for future work.