Dissertação (mestrado)—Universidade de Brasília, Faculdade de Tecnologia, Departamento de Engenharia Mecânica, 2006. / Submitted by Thaíza da Silva Santos (thaiza28@hotmail.com) on 2011-02-12T16:29:32Z No. of bitstreams: 1 2006_RafaelGarciaLeal.pdf: 6615078 bytes, checksum: 2cd0474c0c32ba37d473ead5e78327cf (MD5) / Approved for entry into archive by Daniel Ribeiro(daniel@bce.unb.br) on 2011-02-15T23:55:25Z (GMT) No. of bitstreams: 1 2006_RafaelGarciaLeal.pdf: 6615078 bytes, checksum: 2cd0474c0c32ba37d473ead5e78327cf (MD5) / Made available in DSpace on 2011-02-15T23:55:25Z (GMT). No. of bitstreams: 1 2006_RafaelGarciaLeal.pdf: 6615078 bytes, checksum: 2cd0474c0c32ba37d473ead5e78327cf (MD5) / O presente trabalho tem como objetivo a simulação numérica das interações entre as ondas de choque e as regiões viscosas presentes nos escoamentos transversais transônicos turbulentos, subcríticos e supercríticos, ao redor de um cilindro bidimensional. Para tanto, resolvem-se numericamente as equações de Navier-Stokes, em sua forma compressível, utilizando-se uma discretização em volumes finitos. Para o cálculo dos fluxos utiliza-se a forma anti-simétrica do método de Ducros, com quarta ordem de precisão no espaço, e para o avanço temporal utiliza-se o método de Runge-Kutta, modificado por Shu, com terceira ordem de precisão no tempo. Para o caso subcrítico (escoamento onde a camada limite é laminar até o ponto de descolamento) não se utilizam modelos de turbulência, uma vez que tais modelos assumem uma camada limite turbulenta, mais energética, que conduziria a um atraso forçado fisicamente inconsistente do descolamento. Para o caso supercrítico (escoamento onde a camada limite é turbulenta antes do descolamento), utiliza-se o modelo de turbulência SST-DES, proposto por Strelets, uma vez que tal modelo permite aliar-se a excelente capacidade do modelo RANS Menter-SST de capturar bem o ponto de descolamento, sem a utilização de malhas extremamente refinadas na região da camada-limite, com a característica de um modelo LES de não sobre-amortecer ou sobre-dissipar as estruturas que surgem na esteira turbulenta. Assim, primeiramente, a fim de validar-se a simulação de escoamentos subcríticos sem a utilização de modelos de turbulência, ataca-se o problema do escoamento subsônico subcrítico ao redor de um cilindro com número de Reynolds igual a 90.000 e número de Mach igual 0,2, uma vez que para tal condição de escoamentos existe uma quantidade considerável de resultados experimentais para comparação Ataca-se, então, o problema do escoamento transônico subcrítico ao redor de um cilindro com número de Mach igual a 0,8 e número de Reynolds igual a 166.000, sem uso de modelos de turbulência, e o problema do escoamento transônico supercrítico com número de Mach igual a 0,8 e número de Reynolds igual a 500.000, utilizando-se o modelo de turbulência SST-DES de Strelets. Comparam-se, então, os resultados obtidos numericamente com os resultados experimentais disponíveis na literatura. Por fim, analisa-se a complexa topologia do escoamento através de visualizações do campo de gradiente de temperatura, que permitem observar os vórtices e as ondas de choque que se formam. _________________________________________________________________________________ ABSTRACT / The main objective of the present work is to numerically simulate the shock-vortex interactions that arise in the transonic turbulent cross flow, subcritical and supercritical, around a circular cylinder. For doing so, the compressible Navier-Stokes equations are solved by means of a finite-volume discretization. For the flux calculation the skewsymmetric Ducros’ method with 4th order of accuracy is used. For the marching process the 3rd order Runge-Kutta method, with modifications as proposed by Shu, is used, giving the methodology 3rd order of accuracy in time. For the subcritical case (subcritical stands for a type of flow where the boundary layer is laminar up to the separation point) no closure models are used. This was so because the turbulence models assume a fully turbulent, more energetic, boundary layer that would lead to a physically inconsistent delay in the detachment. For the supercritical case (supercritical stands for a type of flow where the boundary layer is turbulent before the separation point) the SST-DES model, as proposed by Strelets, is applied. Such model was chosen because it allies the capability of Menter- SST model to capture with accuracy the separation point without the need of an extremely large resolution in the boundary layer region with the LES capability of a very large range of scales in the wake region without over-damping or over-dissipating them. So, firstly, the subsonic subcritical flow around the cylinder, with M=0.2 and Re=90000, is simulated without closure models. This simulation is aimed at validating the no turbulence models approach because such a case has a considerably large amount of experimental results for comparison. Then, the transonic subcritical flow around the cylinder, with M=0.8 and Re=166000, is simulated using no closure models and the transonic supercritical flow around the cylinder, with M=0.8 and Re=500000, is simulated using the SST-DES model proposed by Strelets. The calculated results are then compared with those experimental available in the literature. Then the complex topology present in such a type of flow is analyzed by means of the flow field visualizations that permit seeing the vortices and shock waves that arise.

A indústria automotiva vem dando muita atenção à área de dinâmica dos fluidos computacional, pois simular os efeitos do escoamento em geometrias automobilísticas ou através de peças componentes do motor vem a auxiliar na concepção dos projetos. Com o estudo da dinâmica dos fluidos, criar protótipos e realizar testes experimentais exaustivamente já não é necessário, o que implica em diminuir os custos de projeto. O presente trabalho consiste em modelar o escoamento através de um coletor semelhante ao presente num motor. O modelo é composto pelas equações de conservação da massa e de Navier-Stokes, sujeitas a condições iniciais e de contorno apropriadas. Elas são transformadas para o sistema de coordenadas generalizadas, discretizadas em diferenças finitas e, iterativamente, obtém-se as componentes do vetor velocidade satisfazendo a pressão em todo o domínio. Os resultados obtidos comparam adequadamente com dados experimentais e analíticos encontrados na literatura. / The automotive industry is paying more attention at computational fluid dynamics nowadays, because to simulate the flow over automobile geometries or engine components helps the design of such components. With the fluid dynamics analysis many experimental tests are not more necessary, reducing design costs. The aim of the present work is to model the flow through an intake system similar to the one found in an engine. The model is based on the mass conservation and N-Stokes equations, submitted to appropriate initial and boundary conditions. They are transformed into their generalized form, aproximated by finite differences and solved (iteratively) in order to obtain velocity fields satisfying pressure gradients over all domain. Obtained results showed to compare well with numerical and analytical data found in the literature.

Submitted by Isaac Francisco de Souza Dias (isaac.souzadias@ufpe.br) on 2016-01-20T17:20:51Z No. of bitstreams: 2 license_rdf: 1232 bytes, checksum: 66e71c371cc565284e70f40736c94386 (MD5) CARLOS VITOR DA SILVA SARMENTO-2015-ESTIMATIVA DE PARÂMETROS AERODINÂMICOS.pdf: 8960155 bytes, checksum: 851fb91ee392cc0fd675243f7ff16912 (MD5) / Made available in DSpace on 2016-01-20T17:20:51Z (GMT). No. of bitstreams: 2 license_rdf: 1232 bytes, checksum: 66e71c371cc565284e70f40736c94386 (MD5) CARLOS VITOR DA SILVA SARMENTO-2015-ESTIMATIVA DE PARÂMETROS AERODINÂMICOS.pdf: 8960155 bytes, checksum: 851fb91ee392cc0fd675243f7ff16912 (MD5) Previous issue date: 2015-05-22 / Estruturas estão constantemente sujeitas a ações dinâmicas do vento. O procedimento padrão de análise de esforços consiste na obtenção de parâmetros aerodinâmicos, dentre eles o coeficiente de arrasto (CA) e de força, para uma posterior aplicação de forças estáticas equivalentes aos nós ou superfície de influência do modelo numérico. De maneira geral o CA é obtido através de ábacos e tabelas disponíveis na literatura e normas vigentes. No Brasil a norma que fornece esses coeficientes é a NBR-6123/1988. Um problema surge em construções especiais, obras de arte e edificações não contempladas por aspectos normativos, e desta forma exigem uma análise especial. Uma alternativa surge com o emprego de ensaios em túnel de vento para estimativa do coefi-ciente de arrasto (CA). Entretanto, dificuldades adicionais podem surgir, como erros de escalas, ins-trumentação e incertezas do processo. Uma alternativa que já é bastante utilizada nas industrias ae-roespacial e automobilística e vem ganhando espaço na construção civil é a Dinâmica dos Fluidos Computacional (“Computational Fluid Dynamics-C.F.D.”). Através de simulações numéricas por meio de um solver para equações completas de Navier-Stokes é possível avaliar o CA para diversas formas geométricas e também para diferentes parâmetros de entrada. Na literatura é comum encon-trar a denominação: "Túnel de Vento Numérico", para esse tipo de abordagem. Neste trabalho foram analisados casos práticos. Simulações numéricas com o auxílio do software Ansys® CFX foram con-duzidas e os resultados foram posteriormente confrontados com as prescrições da NBR-6123/1988. Desta forma o CFD se mostrou bastante promissor em termos de custo computacional, estimativa do CA e versatilidade na mudança de parâmetros do problema. / Structures are constantly subjected to dynamic wind action. The Standard analysis procedure is to obtain aerodynamic parameters, including the drag and force coefficients, for a subsequent ap-plication of static equivalent forces on the numerical model. Generally, the drag coefficient is obtained by abacuses and tables available in the literature and design codes. In Brazil, the code that provides these coefficients is the NBR-6123/1988. However, a problem arises in special buildings and structures not covered by code provisions, demanding spe-cial analyses for a safe design. An alternative arises with the use of wind tunnel tests for estimation of the aerodynamic pa-rameters. On the other hand, additional difficulties may arise, such as: scales errors, instrumentation and uncertainties in the process. An other alternative that is already widely used in the aerospace and automotive industries and that is becoming more popular in civil engineering is the Computational Fluid Dynamics (CFD). Through numerical simulations using a solver for Navier-Stokes equations it is possible to evaluate the aerodynamic parameters for various geometric shapes and for different input data. In literature, this type of analysis is commonly referred as Numerical Wind Tunnel. Practical simulations using Ansys CFX software were conducted and the results were later confronted with the requirements of NBR-6123/1988 as well as wind tunnel tests. The CFD models proved quite promising in terms of accuracy, computational cost and versatility to structural engineer-ing analysis.

Made available in DSpace on 2014-06-12T17:35:07Z (GMT). No. of bitstreams: 2 arquivo2200_1.pdf: 3483266 bytes, checksum: 0d472243920d1475cdaf087ecf5baea4 (MD5) license.txt: 1748 bytes, checksum: 8a4605be74aa9ea9d79846c1fba20a33 (MD5) Previous issue date: 2008 / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / Este trabalho tem como objetivo o desenvolvimento de uma ferramenta computacional para simulação numérica de problemas de escoamentos fluidos compressíveis para três dimensões, utilizando como ponto de partida a ferramenta computacional desenvolvida por LYRA (1994) que, no caso, tratava problemas de escoamentos fluidos em domínios bidimensionais. Para o desenvolvimento desta ferramenta foi adotada uma discretização espacial utilizando o método dos elementos finitos com estrutura de dados baseada nas arestas dos elementos, e com o domínio sendo discretizado por uma malha de tetraedros. As equações de Euler são as equações que regem os fenômenos estudados neste trabalho. Para o desenvolvimento desta ferramenta foi utilizado o método de elementos finitos do tipo Galerkin, e este leva a soluções oscilatórias e instáveis em problemas hiperbólicos, por tratar-se de uma aproximação centrada do termo convectivo. Assim, herdando as técnicas de discretização tipo Upwind originadas do método das diferenças finitas e amplamente utilizadas no método dos volumes finitos, utilizou-se para estabilização a discretização tipo Upwind de primeira ordem de Roe, e posteriormente de MUSCL/LED (Monotonic Upstream-centered Schemes for Conservations Laws Local Extremum Diminishing) com funções limitadoras para estabilização de ordem superior e captura de choques sem oscilações e de forma acurada. É importante frisar que para a geração das malhas tetraédricas adotadas nas simulações utilizou-se o programa Gmsh. A estrutura de dados baseada em arestas demanda o cálculo de alguns coeficientes, que não são fornecidos por geradores de malhas convencionais. Assim, foi necessário desenvolver um pré-processador utilizando a linguagem C++, baseado no pacote de gerenciamento de malhas FMDB (Flexible Distributed Mesh Database) e programas em Matlab ou Octave para finalização do cálculo destes coeficientes. Este préprocessador foi desenvolvido separadamente do programa principal pelo motivo de que os coeficientes dependem apenas da geometria da malha e sendo assim, é executado uma única vez para cada malha. A linguagem computacional utilizada para o desenvolvimento do programa principal foi FORTRAN 90, a qual possibilitou uma melhor estruturação e modularidade quando comparados com o FORTRAN 77. Para a visualização dos resultados obtidos utilizaram-se os programas VisIt e ParaView. Por fim, alguns testes numéricos foram realizados e confrontados com resultados encontrados na literatura

Orientador: Carlos Alberto Gasparetto / Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia de Alimentos / Made available in DSpace on 2018-07-21T09:20:10Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Maia_MariaCristinaAntun_D.pdf: 4117425 bytes, checksum: 8f49801b127a3a07b6e8448cdb5183a4 (MD5) Previous issue date: 1996 / Resumo: Foram resolvidas pelo método numérico de diferenças finitas, com esquema implícito, as equações da quantidade de movimento e da continuidade aplicadas à região de entrada do escoamento axial incompressível isotérmico laminar em regime permanente num anular concêntrico. A solução do caso newtoniano serviu como parâmetro de validação do método, sendo os resultados comparados àqueles da literatura. Para o caso não newtoniano foi adotado comportamento tipo lei da potência, pseudoplástico. Neste caso as equações de quantidade de movimento e continuidade foram transformadas de modo a obter um caso pseudonewtoniano, o que facilitou a solução, possibilitando a mesma técnica de solução do caso newtoniano. Os resultados de comprimento de entrada e de queda de pressão foram comparados àqueles disponíveis na literatura apesar destes se referirem a condições diferentes na geometria de entrada e na definição assintótica do comprimento de entrada; qualitativamente os resultados são similares para o campo de velocidades e queda de pressão, porém, quantitativamente há diferenças acentuadas / Abstract: The equations of momentum and continuity applied to the entry region of an axial, incompressible, isothermal, laminar and steady flow in a concentric annulus, were solved through a finite difference implicit method. The solution for the newtonian case was used for validation of the method, as this was compared to reported results. For the non newtonian case a pseudoplastic power-Iaw model was assumed. In this case the equations were transformed in order to obtain a pseudo newtonian system which enhanced its solution through the same technique as used for the newtonian case. Comparison of the results for entry length and pressure drop with those available in the literature showed qualitative similarity but quantitatively differences are significative. This is attributed to the entry geometries and the defmition of assimptotic entry length that are both different from this work, in the only case found in the literature / Doutorado / Doutor em Engenharia de Alimentos

Orientadores: Sandra Cristina dos S. Rocha, G. S. Vijaya Raghavan / Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Quimica / Made available in DSpace on 2018-07-21T09:14:54Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Taranto_OsvaldirPereira_D.pdf: 4431529 bytes, checksum: 0f8039e2821aa056e6d9a69d0f04c7bd (MD5) Previous issue date: 1996 / Resumo: Este trabalho apresenta-se em duas partes que tratam do estudo da dinâmica e do recobrimento de partículas em leito de jorro bidimensional. A parte experimental desse trabalho foi realizada no laboratório de secagem (Drying Lab) da Faculty of Agricultural and Biosystems Engineering da McGill University, Montreal Canadá. A primeira parte do trabalho se ateve ao estudo dos regimes de operação em leitos de jorro. Nessa etapa foi desenvolvido um método de identificação e monitoramento de processos em leitos de jorro, a partir de somente uma das variáveis de estado, no caso a queda de pressão devida ao leito de partículas. As flutuações da queda de pressão do leito foram medidas a uma taxa de 100 medições por segundo, e a partir desses dados, uma rotina de transformada de Fourier produziu espectros que permitem a identificação e monitoramento de possíveis regimes em leitos dejorro: jorro estável, leito fixo e regime de slugging. Os experimentos foram realizados com milho e soja em dois tamanhos de leitos de jorro bidimensionais. A segunda etapa foi centrada sobre o recobrimento de partículas em leito de jorro bidimensional. Esse estudo cobriu as duas áreas de maior interesse no que se refere ao processo de recobrimento de partículas: a área farmacêutíca, com o recobrimento de comprimidos e a área agrícola, com o recobrimento de sementes. A pesquisa envolveu o estudo da transferência de calor gás-partículas, para o processo de recobrimento, e o estudo da cinética de crescimento de partículas e eficiência do processo em leitos de jorro bidimensionais, utilizando-se placas internas (draft plates). Placebo e soja foram utilizados como partículas nos experimentos realizados em dois leitos de 50 e 90 cm de largura, respectivamente. A partir dos dados experimentais obtidos, foram ajustadas correlações para a estimativa dos valores dos coeficientes de transferência de calor, para as regiões de jorro e anular, separadamente, e também para a eficiência do processo / Abstract: This work is presented in two parts that focus on the study of the dynamics of coating of particles in two-dimensional spouted bed. The experimental part was carried out at the Faculty of Agricultural and Biosystems Engineering of McGill University, Montreal, Canada. The first part of the work attained to the study of operation regimes in spouted beds. It was developed a method for identification and monitoring for process in spouted beds, utilizing only one of the state variables, the bed pressure drop. The experiments were carried out with two diferent-size two-dimensional spouted beds and with com and soybeans as particles. The fluctuations of pressure drop were measured and treated with a Fast Fourier Transform (FFT) routine that produced power spectra that allow the identification and monitoring of possible regimes in spouted beds: packed beds, steady spout and slugging beds. The second part was focused on the coating of particles in two-dimensional spouted beds. The experiments utilized also two different sizes of spouted beds and placebos and soybeans as particles, covering the two most important areas of research, concerning coating of particles, the pharmaceutical and agricultural. The work included the study of gas-particle heat transfer, the kinetics of particle growing and efficiency of the coating process for two-dimensional spouted beds, utilizing draft plates. The experimental data were fit to produce correlations to estimate the heat transfer coeficient, for both regions of the spouted bed, separately, and also for the process efficiency / Doutorado / Engenharia de Processos / Doutor em Engenharia Química

Orientador: Jose Ricardo Figueiredo / Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Mecanica / Made available in DSpace on 2018-07-22T00:21:27Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Oliveira_PauloCesar_D.pdf: 9460432 bytes, checksum: a4ee019f17e7647f5848af8566b1ec0b (MD5) Previous issue date: 1997 / Resumo: Neste trabalho, um novo procedimento de solução para as equações de escoamento discretizadas pelo esquema FLUX-SPLlNE é proposto seguindo a ótica do algoritmo SIMPLER. Demonstra-se através de problemas teste, que tal procedimento produz resultados mais acurados que os fornecidos pelo procedimento original idealizado pelo autor do esquema FLUX-SPLlNE. Tais modificações são usadas então para a simulação de escoamentos em cavidades abertas acionados por convecção natural, onde se faz a comparação dos resultados aos da literatura que usa o tradicional esquema POWER-LAW / Abstract: In this work, a new solution procedure to fluid flow discretized equations by FLUX-SPLlNE scheme is proposed following the point of view of the SIMPLER algorithm. By using test problems it is shown that this procedure yields results wich are superior to those obtained using the original solution proceduFeidealized by the author of the FLUX-SPLlNE scheme. Such modifications are used to simulate fluid flow in open cavities driven by natural convection. The numerical results are compared with reference solutions available in the literature that use the traditional POWER-LAW scheme / Doutorado / Termica e Fluidos / Doutor em Engenharia Mecânica

Orientador: Rubens Maciel Filho / Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Quimica / Made available in DSpace on 2018-07-22T11:23:38Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Bezerra_VanjaMariadeFranca_D.pdf: 10950014 bytes, checksum: 91aee9d3f4b9ff082d47d8711f6ca7ca (MD5) Previous issue date: 1997 / Resumo: Nesta tese, apresentam-se procedimentos de obtenção de campos vetoriais e escalares em reatores tanques agitados através da sistemática da fluido-dinâmica computacional. A metodologia do trabalho é enfatizada por meio de casos estudos com um fluido Newtoniano, a água, e um sistema não-Newtoniano, o poliestireno. Ambos os fluidos estão contidos em um reator tanque agitado. o sistema 'reator tanque agitado' é estudado com a variação da localização de agitador (es) tipo disco dentro do mesmo, bem como com a mudança em suas dimensões. A partir daí, utilizando-se um pacote de fluido-dinâmica computacional, o PHOENICS versão 2.1, verifica-se a influência das variações geométricas do tanque agitado nos campos vetoriais e escalares. Enfatizando-se a interação do estudo de reatores tanques agitados com a metodologia "cfd" ("computational fluid dynamics"), obtém-se um novo método de resolução de antigos problemas relacionados aos tanques agitados. Conclui-se que a tridimensionais é mais modelos bidimensionais.Apresentação de informativa que dados de modelos os relacionados a As saídas gráficas exibem, basicamente, velocidade, linhas de corrente e superfície. Perfis de Assim, a fluido-dinâmica computacional se apresenta como uma área interdisciplinar que depende fundamentalmente de avanços na área computacional e que auxilia, estrategicamente na resolução de fluido-dinâmica em sistemas importantes dentro da Engenharia Química. A teoria da mistura associada ao estudo de variações geométricas do impelidor (dentro do tanque), bem como a interação da "cfd" com outras áreas de conhecimento como medicina, mecânica é sugerida / Abstract: In this thesis, procedure for obtaintion of vector and scalar fields is shown and applied to stirred tank reactors. The methodology of the present work is emphasized through case studies with a Newtonian fluid, water, and a non-Newtonian system, polystyrene. Both fluids are contained inside a stirred tank reactor. The system 'stirred tank reactors' is studied relating to variation of location of disk type impeller (s) inside it, as well as with changes in its dimensions. From this step on, using a computational fluid dynamics package PHOENICS version 2.1, it is verified the influence of geometric variations on vector and scalar fields. Giving emphasis to the interaction of the study of chemical reaction engineering (stirred tank reactors) together with the "cfd" ("computational fluid dynamics") methodology, new methods of resolution of old problems are found. It is concluded that presentation of tridimensional models becomes more understandable and realistic than bidimensional ones. Graphical outputs display, basically, veloci ty profiles, streamlines and surfaces for the proposed case studies. In this way, the computational fluid dynamics approach is considered an interdisciplinary area that fundamentally depends cn advances in scientific computation Moreover, it helps strategically on the resolution of important systems inside chemical engineering. Mixture theory associated with the study of geometric variations of the impeller (inside the stirred tank), as well as interaction of cfd with other areas of knowledge , as: medicine and mechanics are suggested. / Doutorado / Desenvolvimento de Processos Químicos / Doutor em Engenharia Química

Orientador: Fernando de Almeida França / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Mecanica / Made available in DSpace on 2018-07-23T13:41:41Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Pedroso_DanielCleverson_M.pdf: 8686308 bytes, checksum: 746e664a661688fa371869d6e0988627 (MD5) Previous issue date: 1997 / Resumo: Foi desenvolvido projeto experimental com objetivo de estudar a fluidodinâmica do fluxo vertical bifásico em padrão pistonado, utilizando a técnica da sonda de fios paralelos. Parâmetros importantes para a caracterização do fluxo, como a frequência, velocidade e comprimento de golfadas de líquido, a espessura de filme descendente e a fração de vazio na golfada de líquido foram obtidos para uma extensiva série de testes experimentais utilizando sistemas ar-água e ar-líquidos viscosificados. Os dados obtidos são objeto de análise, bem como são avaliados, a título de comparação, os modelos de Fernandes, Sylvester e Orell-Rembrand. O caráter estocástico do escoamento em padrão pistonado é discutido, sendo apresentados e discutidos histogramas de distribuição das variáveis hidrodinâmicas para alguns testes experimentais. Os resultados obtidos permitem apresentar inúmeras conclusões sobre a viabilidade da utilização da técnica da sonda de fios paralelos em escoamentos pistonados, sobre as limitações e melhorias necessárias aos modelos existentes e sobre as implicações do caráter estocástico do fluxo pistonado na caracterização deste padrão de escoamento / Abstract: An experimental loop was designed and built to study the fluid dynamics of vertical upward two-phase slug flow, using two-wire parallel conductance probes. Some important parameters such as frequency, velocity and length of Taylor bubbles and liquid slugs were obtained for an extensive grid of experimental tests, using air-water and air-viscous liquid systems. The obtained data, as well as the models of Fernandes, Sylvester and Orell-Rembrand are analysed. The stochastic characteristic of slug flows is discussed, presenting histograms of some specific experimental tests. The results of this work allowed the drawing of some conclusions on the use of two-wire conductance probes in slug flows, their limitations, the need for improvements in the existing models and on the influence of the stochastic nature of slug flow on the characterisation of this flow pattern / Mestrado / Mestre em Engenharia de Petróleo

Orientador: Milton Mori / Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Quimica / Made available in DSpace on 2018-07-23T14:41:22Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Meier_HenryFranca_D.pdf: 8327831 bytes, checksum: 7ed2c6aacd625f5171192c69283228b1 (MD5) Previous issue date: 1998 / Resumo: Apresenta-se neste trabalho uma modelagem matemática fenomenológica baseada nos princípios de conservação da massa e da quantidade de movimento sob a ótica das médias volumétricas, e generalizada para representar o escoamento multifásico vorticial em ciclones. Discute-se as hipóteses simplificadoras necessárias para o tratamento de correlações entre propriedades flutuantes resultantes da decomposição de Reynolds, aplicada como premissa estatística para o tratamento da turbulência. O modelo geral é particularizado a partir de hipóteses adicionais, dando origem a três modelos distintos. O primeiro, dedicado à simulação do escoamento de ar isento de particulados -Modelo Euleriano Monofásico Bidimensional (EMB)-, considera que a fase sólida não exerce influência sobre a fase gasosa, e é adequado para analisar fenômenos como alta preservação de vorticidade, reversão do escoamento, zonas de recirculação, anisotropia dos tensores de Reynods e efeitos do sistema coletor de sólidos sobre o campo de escoamento do gás. O segundo, considera que as partículas podem ser caracterizadas como esféricas e com um diâmetro constante, e que o aglomerado de partículas comporta-se como um fluido invíscido sob um referencial Euleriano -Modelo Euleriano- Euleriano Bifásico Bidimensional (EEBB)-, e permite a atribuição de efeitos;da fase sólida sobre a gasosa, como a atenuação do escoamento vorticial e a conseqüente redução da queda de pressão. Isto possibilita a avaliação da queda de pressão em ciclones. E; finalmente, a terceira versão acopla o modelo EEBB com um modelo Lagrangeano -Modelo Euleriano- Euleriano-Lagrangeano Bidimensional (EELB)-, e possibilita a predição da. trajetória das partículas dependendo do seu diâmetro e de sua posição inicial na entrada do ciclone, a partir de um campo de escoamento do gás obtido sob a influência da fase particulada. Com o conhecimento das trajetórias para cada diâmetro de partícula tem-se o ferramental necessário à predição da curva de eficiência de coleta e da eficiência global do ciclone. Foi desenvolvido um programa computacional baseado na aplicação do método dos volumes finitos com acoplamento pressão-velocidade do tipo SIMPLE e malha numérica desencontrada, para a solução segregada das equações provenientes do três modelos. O programa foi inicialmente submetido a uma bateria de testes visando a obtenção de experiência numérica e para evitar a introdução de erros de programação. A partir daí, escolheu-se um conjunto de experimentos numéricos como tentativa para validar os modelos e analisar os principais fenômenos associados ao escoamento vorticial em ciclones. Os principais resultados mostram que a metodologia empregada, baseada nas técnicas da fluidodinâmica computacional, mostra-se apta aos estudos de melhoria de performance de ciclones, quantificada, principalmente, por reduzida queda de pressão e alta eficiência de coleta / Abstract: This work presents a mathematical modeling based on the principIes of mass and momentum conservation with the volumetric average point of view, and generalized to represent the multiphase flow in cyclones. It also discusses the hypotheses necessary for flutuating properties treatment, due to Reynolds decomposition applied as statistical treatment of the turbulence. The general model is particularized from additional hypotheses resulting in three different models. The first, dedicated to the gas flow in cyclones - Two-Dimensional Eulerian Model for Gas (EMB)-,the solid phase has not influence on the gas phase, and it is adapted to dealing phenomena such as high vorticity preservation, reversion of the flow, circulation zones, anisotropic behavior of the Reynolds stress and effects of dust collection system on the gas flow. The second, assumes spherical particles with an average diameter, and the agglomerate of particles behaves such as an inviscicid fluid in the Eulerian reference - Two-Dimensional and Two-phase Model for Gas-Solid Flow (EEBB) -, the model permits the attribution of solid phase effects on the gas phase, as the attenuation of the vortex flow, and the pressure drop reduction. With this model it is possible to predict the pressure drop in cyclones. And, finally, the third version couples the model EEBB with a Lagrangian model- Eulerian-Eulerian-Lagrangean Two-Dimensional Model (EELB) -, and it permits the prediction of the particle trajectories as a function of its diameter, and initial position in the entrance of the cyclone, from a field of the gas flow obtained with the EEBB model. With the knowledge of the trajectories for each particle diameter it is possible to predict the collection efficiency curve, and the global efficiency in cyclones. A computational code was developed based on the application of the finite volume method with pressure-velocity coupling like SIMPLE method and staggered grids, with a numerical procedure for the segregated solution of the algebraic equations of the three models. The program was initially submitted to a battery of tests to obtain numeric experience, and to avoid the introduction of programming mistakes. Starting from there, it was chosen the numeric experiments as attempt to validate the models and to analyze the main phenomena in the multiphase flow in cyclones. The main results show that the methodology proposed based in the computational fluid dynamics techniques, is a good tool for studies of improvement of cyclones performance, quantified mainly by reduced pressure drop and high collection efficiency / Doutorado / Desenvolvimento de Processos Químicos / Doutor em Engenharia Química