O presente trabalho apresenta uma investigação experimental sobre a influência da presença de uma zona de recirculação interna (ZRI) no processo de combustão de gás natural. Basicamente os experimentos foram conduzidos para verificar a influência da ZRI no limite de "blow out", balanço de energia e emissões de CO e NO. Um queimador com configuração especial foi projetado para permitir mudanças na intensidade da ZRI e os experimentos foram conduzidos em uma câmara de combustão horizontal refrigerada e de escala laboratorial. A intensidade da ZRI foi caracterizada pelo número de "swirl" e o número de Reynolds do jato de gás natural, ambos calculados pela geometria do queimador e condições dos escoamentos dos reagentes. Os resultados mostraram que aumentando o número de "swirl" é possível estender o limite de "blow out", principalmente para baixos números de Reynolds. Outra observação importante é a tendência da redução do NO quando a intensidade da ZRI aumenta e a emissão desse poluente não é muito influenciada pelo número de Reynolds do jato. Contudo, o número de Reynolds tem uma importante influência na emissão de CO, maior números de Reynolds aumentam o processo de mistura entre o ar e o jato de combustível por efeito de carreamento. Mas aumentando a intensidade de ZRI para minimizar a emissão de NO pode produzir altos níveis de CO. Desta forma, os resultados apontaram que a ZRI ideal para conciliar as emissões de CO e NO é uma solução de compromisso.

A presente proposta tem como objetivo investigar numericamente a influência de uma inserção porosa em um tubo com contração súbita, no qual duas contrações abruptas diferentes foram empregadas com razão entre as seções de 0,285 e 0,10. Casos com escoamento em regime laminar e turbulento são estudados. Na simulação numérica, são empregadas as equações macroscópicas de conservação de massa, quantidade de movimento e de grandezas turbulentas baseadas no conceito da dupla decomposição, as quais são válidas em todo o domínio computacional. Para o fechamento das equações, modelos de turbulência macroscópico k-e lineares de Alto e Baixo Reynolds e não linear de Alto Reynolds são empregados. Primeiramente, os resultados da simulação, sem a inserção porosa, são comparados com dados obtidos de experimentos existentes na literatura, onde o principal parâmetro de comparação é o coeficiente de perda de carga localizada (kc) devido às súbitas mudanças de seção. Em seguida, o escoamento no duto é simulado numericamente com uma inserção porosa. Parâmetros como porosidade, permeabilidade e espessura são variados, onde, para cada caso, as perdas de carga no duto e o comportamento do escoamento na região de contração são analisados e comparados com os respectivos casos sem inserção porosa. No escoamento em dutos com contração súbita, observa-se uma bolha de recirculação logo após a contração que causa uma diminuição da área útil de passagem de fluido, fenômeno conhecido como vena contracta. A contração adicional (vena contracta) gera uma perda de carga ainda mais elevada, assim uma inserção porosa colocada logo após a contração pode diminuir ou eliminar essa recirculação reduzindo seu efeito no aumento da perda de carga. Porém, por outro lado, a própria inserção porosa gera uma perda de carga adicional. Além disso, em muitas situações na engenharia é desejável eliminar ou reduzir a recirculação, bem como uniformizar o escoamento à jusante da contração no duto. No entanto, dependendo de certos parâmetros, tais como porosidade, espessura e permeabilidade da inserção porosa, a perda de carga gerada pode ser muito elevada. Logo, este trabalho visa investigar o problema de forma a obter um melhor entendimento da interdependência dos parâmetros que compõem o meio poroso no comportamento global do escoamento. No cálculo da perda de carga localizada no duto para os casos sem inserção porosa em escoamento turbulento, os resultados obtidos utilizando o modelo de turbulência não linear apresentam uma melhor concordância com os resultados experimentais encontrados na literatura se comparados aos obtidos através dos modelos lineares. Para os casos com inserção porosa, os resultados mostram que apesar da redução ou eliminação da recirculação, as perdas de carga são sempre mais elevadas se comparadas aos casos sem inserção porosa. Além disso, este trabalho mostra o quanto a bolha de recirculação é amortecida e, ao mesmo tempo, o quanto de perda de carga adicional é gerada dependendo de cada inserção porosa considerada, o que pode ser de extrema utilidade em muitos projetos termo-mecânicos, onde, por exemplo, se deseja reduzir ou eliminar a bolha de recirculação e aumentar a troca de calor.

Procurar uma turbina axial eficiente é evitar desperdício de energia, já que o aumento da eficiência dos componentes de uma turbina a gás refletem em uma máquina mais eficiente, que fornece trabalho com um menor custo de combustível. Com a dinâmica dos fluidos computacional é possivel obter informações quantitativas do desempenho da turbina axial pela simulação do escoamento entre suas pás. Permite também visualizar detalhadamente os pontos onde há separação, ondas de choque, gradientes elevados; fenômenos diretamente relacionados à geração de perdas. Este é o estudo da análise do desempenho de turbinas axiais de alto desempenho utilizando uma ferramenta para simulação computacional do seu escoamento tridimensional e viscoso, em regime permanente. Um software comercial foi empregado para resolver as equações de Navier-Stokes com média de Reynolds com modelo de turbulência Spalart-Allmaras. A simulação em diversos pontos de operação permitiu a construção de um mapa de desempenho e sua comparação foi feita com o gerado usando uma metodologia de previsão de desempenho que contabiliza as perdas por meio das correlações de Ainley-Mathieson e Kacker-Okapuu.

Injetores supersônicos são instalados em túneis de vento transônicos com a finalidade de estender o envelope operacional baseado no número de Reynolds, sem demandar maior potência do compressor principal. O objetivo deste trabalho é estudar numericamente o processo de injeção do Túnel Transônico Piloto do CTA. A câmara de injeção contém cinco bicos injetores localizados no piso e cinco no teto do túnel, os quais operam com número de Mach 1,9, fornecendo quantidade de movimento adicional à corrente principal do circuito do túnel. Tal câmara na verdade é a própria seção de transição do túnel, a qual, por sua vez, localiza-se imediatamente antes do difusor. Devido à grande diferença entre as dimensões dos injetores e da seção transversal do túnel, onde os mesmos encontram-se montados, o tratamento tem que ser necessariamente tridimensional. Para tanto foi desenvolvido um código numérico baseado nas equações de Navier-Stokes com média de Reynolds, seguindo-se o princípio do algoritmo diagonal em diferenças finitas, e efeitos de turbulência foram previstos por meio do esquema de Spalart e Allmaras. Várias hipóteses simplificadoras foram introduzidas para tornar o problema factível e a integração numérica é realizada dividindo o domínio de cálculo em sub-regiões. Mesmo assim, devido ao grande número de pontos, foi aplicada uma técnica de malhas seqüenciais para economizar o tempo computacional. O escoamento na região de mistura foi simulado com sucesso e os resultados foram todos consistentes. Com os valores dos parâmetros conhecidos em todo o domínio computacional, foram calculados o coeficiente de perda de carga, o ganho e a eficiência do processo de injeção - parâmetros estes de grande importância na engenharia de túneis de vento. Entre diversos aspectos físicos muito interessantes, destaca-se a formação de domos de choque e expansão ao longo da direção longitudinal no processo de mistura.

A utilização do modelo potencial linearizado para a análise de escoamentos compressíveis é bastante disseminada e fornece bons resultados para escoamentos subsônicos e supersônicos. No entanto, o cálculo de perfis e asas sujeitos a escoamentos transônicos necessita de um modelo não-linear, como a equação do potencial transônico com pequenas perturbações. A solução do problema por meio de singularidades requer distribuições ao longo do domínio, assim como painéis na fronteira, caracterizando o método das singularidades estendido ao campo. O presente trabalho mostra resultados de cálculos da equação do potencial transônico com pequenas perturbações utilizando o método da reciprocidade dual, que permite o cálculo de integrais apenas na fronteira do problema, sem a necessidade de distribuições no campo. Essa abordagem requer menos tempo computacional. O problema é resolvido iterativamente a partir da solução da teoria potencial linear. Os resultados obtidos mostram boa concordância com os de outras abordagens existentes na literatura.

In complex flow situations, it is common to use numerical tools to evaluate the aerodynamic unsteady behavior. The present work presents an alternate formulation for the state space representation of aeroelastic systems based on digital control theory that is shown to be effective and accurate for the coupling of numerical solutions with such systems. The application of the z transform allows for direct frequency domain representations of the aerodynamic solutions without the need for approximating models, as generally occurs in other state space formulations. This fact makes this new methodology also a more straightforward procedure for aeroelastic analyses. A survey on the numerical calculation of impulsive and indicial unsteady aerodynamic responses with modern CFD solvers is also presented. A brief historical background on this subjected is introduced, and it is shown how new interpretations of CFD solvers as discrete-time systems change the way impulsive and indicial responses can be directly obtained. The objective is to demonstrate that the rigorous relationships theoretically established among the aerodynamic responses to impulsive, indicial, harmonic and smooth inputs can be reproduced numerically with modern CFD solvers. Although the numerical results presented herein are obtained with a single CFD tool, the argument is valid for every numerical solution scheme. The CFD tool in question solves the two-dimensional Euler equations with an explicit time march, using a finite volume discretization which supports fully unstructured grids. The results are compared both in the time and in the frequency domains, which yields a more complete understanding of details of the numerical solutions. Finally, typical section models of a flat plate and a NACA 0012 airfoil at subsonic and transonic speed are used as test-cases in order to assess the correctness and accuracy of the proposed aeroelastic analysis methodology. The present results are compared with data obtained from continuous-time state space formulations and through the direct integration of the structural dynamic and aerodynamic equations.

As aplicações do escoamento de um jato em fluxo cruzado estão em diversas áreas, como na descarga do ar da cabine de aeronaves, no resfriamento das pás das turbinas a gás, no sistema de propulsão de foguetes. No presente trabalho foi realizada uma simulação numérica do escoamento em regime permanente utilizando o software FLUENT. Para validar o modelo numérico empregado baseou-se no trabalho realizado por Calay e Holdo [

O propósito desse trabalho é simular, através de técnicas de CFD, o escoamento interno em bocais propulsores bidimensionais convergente-divergentes (2D-CD) vetorados (de empuxo direcionável). Bocais de diversas configurações geométricas são submetidos a diferentes razões de pressão. Coeficiente de descarga, coeficiente de tração, ângulo de vetoração efetivo e pressão estática ao longo dos flaps superior e inferior são medidos. Dados obtidos computacionalmente por um Software da NASA (PAB3D), além dos obtidos experimentalmente pela mesma agência são utilizados para validação. Um mapa de desempenho de um bocal propulsor 2D-CD é obtido utilizando-se resultados de CFD. O software utilizado para simulação do escoamento foi o Fluent e o de geração de malhas computacionais, o GAMBIT.

O presente trabalho propõe uma metodologia de projeto para a seleção da deflexão ótima e da geometria do flape de bordo de fuga para uma aplicação específica ou ajudar a estabelecer uma configuração característica das que não forem mostradas aqui. O projeto otimizado de um Flape de Dupla Fenda (Double Slotted Flap) com gota fixa ée o resultado de um processo que inclui o conhecimento dos efeitos do flape sobre o avião (efeitos sobre a sustentação e o arrasto), verificação preliminar do desempenho da aeronave na decolagem e pouso para se obter as respectivas deflexões "ótimas" (ver se cumpre o requisito). O flape totalmente defletido (configuração de pouso) deve fornecer o CLmax necessário para atender os requisitos de pouso do avião. O flape de decolagem apresenta menor deflexão do que a configuração de pouso e deve proporcionar o menor comprimento de pista possível de decolagem. Além disso, deve-se verificar se o avião possui o gradiente de subida mínimo no 2 segmento com falha de motor. Após ter-se obtido a deflexão "ótima" do flape para decolagem e pouso, refinou-se os valores de CL e CD através da Mecânica dos Fluidos Computacional (CFD) utilizando-se o software MSES, onde um perfil flapeado com geometrias pré-definidas de modo a fornecer boas características aerodinâmicas, foi modificado a fim de melhorar ainda mais o seu desempenho e eficiência. Esse procedimento foi realizado para um avião de transporte regional de 33 assentos, o RJ2, e obteve-se a melhor configuração de flape para decolagem e pouso, isto é, um flape de dupla fenda com gota fixa otimizado. As ferramentas utilizadas para a realização desse trabalho foram os softwares MATLAB 6.1 e MSES 2.92, na qual, parte do tempo dedicado ao trabalho foi exclusivamente para aprender a utilizar tal tecnologia.

Inicialmente, é apresentada no Capítulo 1 uma exposição bibliográfica sobre o tema e conceitos gerais da Dinâmica Estrutural. Os métodos aplicados neste trabalho são revisados e um resumo da teoria de cascas finas cilíndricas é apresentado.. No Capítulo 2, utilizando a teoria de viga de Euler-Bernoulli considerando o Principio de Hamilton, as equações de movimento são obtidas através das equações de Lagrange, que descreve o movimento em um plano transversal. Para esse fim aplica-se o Método dos Elementos Finitos, onde o elemento de viga possui dois pontos nodais e três graus de liberdade em cada nó, dois deslocamentos e uma rotação. Como resultado, cada elemento produz 6 equações diferenciais. As matrizes de massa, giroscópica, e rigidez, são obtidas pela integração das equações das energias, e pelas diferenciações envolvidas nas equações de Lagrange; No Capítulo 3 é apresentado o mesmo procedimento utilizado no Capítulo 2, porém, utilizando-se uma formulação que considera elementos de cascas cilíndricas circulares. Finalmente, no Capítulo 4 é apresentada uma formulação onde o escoamento estável de um fluido é descrito pela teoria clássica do escoamento potencial, e o movimento da casca pela teoria de cascas finas de Sanders. As equações do movimento para casca e fluido são resolvidas através do Método dos Elementos Finitos. Com as matrizes obtidas, um código computacional escrito em Matlab efetua a montagem das matrizes globais do tubo e simula a resposta do tubo de acordo com as dimensões estabelecidas, o material, a velocidade do fluido, pré tensão e pressão hidrostática. Para se obter a resposta no domínio do tempo, o procedimento de integração de Newmark foi adotado. Este programa computacional foi testado e comparado com sucesso com casos relatados pela literatura. Os resultados obtidos com a variação da velocidade do fluido mostram uma auto-excitação nas proximidades da velocidade critica.