CoordenaÃÃo de AperfeiÃoamento de Pessoal de NÃvel Superior / Realizou-se o levantamento de curvas de eficiÃncia utilizando odelos numÃricos RANS de uma e duas equaÃÃes para um erogerador com 3m de diÃmetro, utilizando pÃs projetadas para operar em diferentes condiÃÃes de λ com perfis NACA 0012, 4412 e 6412. A parametrizaÃÃo da geometria da malha para a dimensÃo do rotor, juntamente com a parametrizaÃÃo do refinamento frente à capacidade dos modelos RANS obteve a independÃncia da malha à soluÃÃo. Posteriormente a anÃlise numÃrica realizou a comparaÃÃo do melhor resultado â pà projetada λ=6 com o perfil NACA 6412 â com dados experimentais. O aparato experimental foi capaz de coletar dados de rotaÃÃo e torque do rotor simultaneamente com a mediÃÃo da velocidade do vento, no qual foi obtido um valor mÃximo de eficiÃncia de aproximadamente 25% e uma faixa de operaÃÃo limitada a λ=6. Conclui-se que os modelos fornecem boa precisÃo em predizer a faixa operacional de λ, no entanto os valores de Cp foram subestimados. O modelo k-ω SST apresentou o melhor resultados dentre todos. / A survey was conducted, consisting of efficiency curves applying RANS turbulence numerical models of one and two equations for a wind turbine with a diameter of 3m, using blades designed to operate under different λ with NACA 0012, 4412 and 6412 profiles. The parameterization of the mesh geometry to the size of the rotor, together with the parameterization of the refinement level compared to the ability of RANS models reached independence from the grid to the solution. Later, a numerical analysis was performed to compare the best result â a blade designed to operate under λ = 6 with the NACA 6412 profile - against experimental data. The experimental apparatus was able to collect data rotation and torque of the rotor simultaneously with the measurement of wind velocity, which obtained a maximum efficiency of approximately 25% and an operating range limited to λ = 6. It can be concluded that the models provide good accuracy in predicting the operating range of λ, however the values of Cp were underestimated. The k-ω SST model showed the best results among all.

Conselho Nacional de Desenvolvimento CientÃfico e TecnolÃgico / Neste trabalho, foram estudados vÃrios tipos de escoamentos laminares de fluidos incompressÃveis Newtonianos e nÃo-Newtonianos. Isto foi feito atravÃs do estudo da interaÃÃo destes escoamentos com geometrias complexas atravÃs de modelagem computacional e da soluÃÃo numÃrica das equaÃÃes de conservaÃÃo do momento e continuidade de massa. Numa primeira etapa, a modelagem computacional de uma rede de poros foi usada para a gerar padrÃes de agregados granulares resultando de mecanismos de erosÃo-deposiÃÃo de grÃos leves. A geometria da rede de poros foi alterada dinamicamente de acordo com a transferÃncia de momento do escoamento para as partÃculas localizadas em cada vÃrtice da rede de poros. Os resultados mostraram que, para esse processo irreversÃvel, o modelo foi capaz de reproduzir padrÃes tÃpicos de processos de erosÃo bem-conhecidos. Numa segunda etapa, um separador de partÃculas semelhante à estrutura pulmonar foi proposto com base nas propriedades de escoamento em uma estrutura ramificada e nas propriedades de transporte inercial das partÃculas, quantificadas atravÃs do nÃmero de Stokes. Os resultados indicaram que a variaÃÃo dos parÃmetros de construÃÃo da estrutura ramificada leva a um regime eficiente do processo de separaÃÃo em um amplo espectro de valores do nÃmero de Stokes. Por Ãltimo, o escoamento de vÃrios fluidos nÃo-Newtonianos atravÃs de meios porosos desordenados em trÃs-dimensÃes foi estudado. Os resultados mostraram, para fluidos do tipo lei-de-potÃncia, que o escoamento pode ser descrito como uma curva universal se o nÃmero de Reynolds e a permeabilidade hidrÃulica forem redefinidos de maneira apropriada. Fluidos de Bingham tambÃm foram estudados atravÃs do modelo de Herschel-Bulkley. Neste caso, as simulaÃÃes revelaram que as interaÃÃes entre a geometria complexa do espaÃo poroso, as propriedades reolÃgicas do fluido e os efeitos inerciais do escoamento sÃo responsÃveis por uma melhora substancial da permeabilidade hidrÃulica do sistema em valores intermediÃrios do nÃmero de Reynolds. / In this work many types of incompressible laminar Newtonian and Non-Newtonian flows are studied. The interplay of these flows with complex geometries was investigated using computational modeling and numerical solution of the conservation of momentum and mass continuity equations. As a first step, the computational modeling of a network of pores was adopted to reveal the formation patterns caused by the mechanism of erosion-deposition of light grains. The geometry of the pore network was changed dynamically according to the flow momentum transfer for particles located on each vertex of the pore network. The results showed that, for this irreversible processes, the model is capable of reproducing patterns of formation of well-known erosion processes. In a second step, a particle separator inspired on the lung structure was proposed based on the flow properties in a branched structure and transport of inertial particles, quantified in terms of the Stokes number. The results indicated that the variation of construction parameters of the branched structure leads to an efficient design of the separation process in a wide range of values of the Stokes number. Finally, the flow of non-Newtonian fluids through three-dimensional disordered porous media has been studied. The results showed, for power-law fluids that the flow can de described as a universal curve if the Reynolds number and the hydraulic permeability are redefined properly. The flow of Bingham fluids was also studied using the model of Herschel-Bulkley. In this case, the simulations showed that the interaction between the complex geometry of the pore space, the rheological properties of the fluid and the inertial effects of the flow is responsible for a substantial improvement of the hydraulic permeability of the system at intermediate values of the Reynolds number.