Os métodos para se projetar um edifício com segurança adequada para a situação de incêndio são pouco estudados e aplicados no Brasil. Essa falta de estudo é ainda mais visível quando nos deparamos com o assunto compartimentação, tópico pouco desenvolvido e ainda não normatizado pela ABNT. A compartimentação, especialmente a vertical, é fundamental para a segurança à vida, pois minimiza a propagação do incêndio entre pavimentos de edifícios. Para validar os procedimentos normatizados de dimensionamento de estruturas em situação de incêndio é necessário considerar que as edificações são compartimentadas. Atualmente as exigências sobre compartimentação são apresentadas apenas em Instruções Técnicas do Corpo de Bombeiros, variando de estado para estado. Neste trabalho é apresentado um estudo sobre a compartimentação, uma análise de sua influência na segurança contra incêndio das edificações e a comparação da visão do assunto em países de quatro continentes distintos. Após um estudo comparativo entre a visão e normatização do Brasil, Portugal, Inglaterra, Hong Kong e Estados Unidos foram realizadas simulações computacionais com base na teoria dos volumes finitos e da fluidodinâmica computacional de forma a se tentar verificar de forma mais aprofundada a influência das exigências de compartimentação na real propagação de um incêndio. Por fim, o principal foco deste trabalho é demonstrar que é possível utilizar a Dinâmica dos Fluidos Computacionais (CFD) de maneira a auxiliar o estudo do incêndio, e possibilitar uma análise mais aprofundada do assunto. / Methods for designing a building with adequate fire safety are poorly studied and applied in Brazil. This lack of study is even more present in the compartmentation subject, much-undeveloped topic and not yet standardized by ABNT. The compartmentation, especially the vertical, is critical to life safety, since it minimizes the spread of fire between building floors, and to validate the standardized procedures for structures in fire situation, because an important hypothesis of design methods is the vertical compartmentation. Currently the requirements of compartmentation are only present in the Technical Instructions of the States Fire Department, varying from state to state. This paper presents a study on compartmentation, its influence on the fire safety of buildings and a comparison of the vision of some countries of four different continents on this subject. After a comparative study of the vision and standardization between countries such as Brazil, Portugal, England, Hong Kong and the United States, computer simulation based on the theory of the finite volumes and computational fluid dynamics were carried out in order to try to check thoroughly the influence of compartmentation requirements in a real fire spread. Ultimately, the main focus of this work is to demonstrate that the Computational Fluid Dynamics (CFD) can be used in order to assist the study of fire, in order to allow a more in-depth analysis of the subject.

Submitted by Edisangela Bastos (edisangela@ufpa.br) on 2013-05-03T22:23:10Z No. of bitstreams: 2 license_rdf: 23898 bytes, checksum: e363e809996cf46ada20da1accfcd9c7 (MD5) Dissertacao_MetodologiaDiscretizacaoEspacial.pdf: 10601472 bytes, checksum: b4354bb62056e69310170ea2834e0ead (MD5) / Approved for entry into archive by Ana Rosa Silva(arosa@ufpa.br) on 2013-05-06T15:13:55Z (GMT) No. of bitstreams: 2 license_rdf: 23898 bytes, checksum: e363e809996cf46ada20da1accfcd9c7 (MD5) Dissertacao_MetodologiaDiscretizacaoEspacial.pdf: 10601472 bytes, checksum: b4354bb62056e69310170ea2834e0ead (MD5) / Made available in DSpace on 2013-05-06T15:13:55Z (GMT). No. of bitstreams: 2 license_rdf: 23898 bytes, checksum: e363e809996cf46ada20da1accfcd9c7 (MD5) Dissertacao_MetodologiaDiscretizacaoEspacial.pdf: 10601472 bytes, checksum: b4354bb62056e69310170ea2834e0ead (MD5) Previous issue date: 2013 / Neste trabalho, foi desenvolvido e implementado um método de discretização espacial baseado na lei de Coulomb para geração de pontos que possam ser usados em métodos meshless para solução das equações de Maxwell. Tal método aplica a lei de Coulomb para gerar o equilíbrio espacial necessário para gerar alta qualidade de discretização espacial para um domínio de análise. Este método é denominado aqui de CLDM (Coulomb Law Discretization Method ) e é aplicado a problemas bidimensionais. Utiliza-se o método RPIM (Radial Point Interpolation Method) com truncagem por UPML (Uniaxial Perfectlly Matched Layers) para solução das equações de Maxwell no domínio do tempo (modo TMz). / In this work, a new method, based on Coulomb's Law, has been developed and computationally implemented for performing spatial discretization for meshless methods. The new methodology, named Coulomb Law Discretization Method (CLDM), employs an adapted version of the Coulomb's vector force equation for obtaining a balanced distribution of nodes in space, in such way to achieve high discretization quality for the node set. The Radial Point Interpolation Method (RPIM) and the Uniaxial Perfectly Matched Layers (UPML) are used for solving Maxwell's Equations in time domain for 2D problems (TMz mode).

O fenômeno de vibração induzida por vórtices (VIV) é um problema fundamental dentro da Mecânica dos Fluidos e um exemplo importante de interação fluido-estrutura. Esta tese investiga fenômeno de VIV quando um cilindro rígido, submetido a escoamento uniforme, está livre para oscilar na direção transversal e alinhada com a corrente incidente. A tese foi estruturada ao redor de sete perguntas relacionadas ao fenômeno de VIV: 1) O fenômeno e os resultados experimentais são repetitivos? 2) Como ocorre a transição entre ramos de resposta? 3) Qual é o papel da inércia da estrutura oscilante? 4) Qual é o papel de sua rigidez? 5) Quais são as frequências naturais mais importantes da estrutura? 6) Quais padrões de esteira se desenvolvem para VIV com dois graus de liberdade? 7) Quais são os efeitos do movimento na direção alinhada com a corrente no processo de formação e desprendimento de vórtices? O fenômeno de VIV é estudado de maneira experimental em uma base elástica pendular capaz de oscilar com o mesmo momento de inércia e frequência natural nas duas direções. Os experimentos de VIV foram realizados em canal de água recirculante e com diferentes condições de inércia e rigidez. A técnica de velocimetria por imagem de partículas foi usada e permitiu identificar diferentes padrões de esteira de vórtices. Verificou-se que o VIV é repetitivo a nível de amplitudes médias e frequências dominantes. A transição dos ramos pode ocorrer de maneira intermitente ou com histerese. Os parâmetros de inércia e rigidez da estrutura são capazes de mudar o regime de oscilação e, para algumas condições, suprimir as vibrações alinhadas com a corrente. Dentre os padrões de esteira observados, um deles não havia sido relatado na literatura e é definido nesta tese. O novo modo de emissão apresenta dois vórtices com circulação oposta e elevada intensidade emitidos por ciclo. A influência da direção alinhada com o escoamento está relacionada a dois efeitos: a velocidade relativa entre o cilindro e o fluido, responsável pelo aumento da circulação dos vórtices na esteira, e o ângulo de fase do movimento nas direções alinhada e transversal, capaz de mudar o processo de formação dos vórtices. / Vortex-induced vibration (VIV) phenomenon is a fundamental problem of Fluid Mechanics and a typical example of fluid-structure interaction. This thesis explores the VIV phenomenon for a rigid circular cylinder immersed in a uniform fluid current. The cylinder is free to oscillate in two degrees of freedom (2dof): in-line and cross flow. The thesis was structured in order to answer seven questions regarding VIV: 1) Are the phenomenon and its experimental results repetitive? 2) How do the branches transition occur? 3) What is the role played by the inertia of the oscillating structure? 4) What is the role of its stiffness? 5) Which are the most relevant natural frequencies of the structure? 6) Which are the vortex wake patterns developed in VIV 2dof? 7) What are the influences of the in-line movement to the process of vortex formation and shedding? The phenomenon is experimentally investigated using an elastic base similar to a pendulum and able to oscillate with the same moment of inertia and natural frequencies in both directions. All the experiments were conducted in a recirculating water channel facility and with several combinations of moment of inertia and stiffness of the structure. Particle image velocimetry provided visualization of different vortex wake patterns. The phenomenon is repetitive in terms of its mean amplitudes and dominant frequencies. The transitions between dfferent branches can be hysteretic or intermittent. It is shown that both the moment of inertia and the stiffness of the structure are able to change the regime of oscillations and, for some cases, suppress the in-line movement. Among the different vortex wake patterns observed, one has not been reported previously in the literature. The new wake pattern shows two large vortices with high and opposite circulations shed per cycle. The influence of the displacement in the current direction is related to two different effects: the relative velocity between the incoming flow and the structure motion, responsible for the increase in the net circulation shed in the vortex wake, and the influence of the phase angle between the displacement in the in-line and cross-flow directions, capable of changing the vortex formation process.

Submitted by Cleide Dantas (cleidedantas@ufpa.br) on 2014-04-07T13:52:52Z No. of bitstreams: 2 license_rdf: 23898 bytes, checksum: e363e809996cf46ada20da1accfcd9c7 (MD5) Dissertacao_AnaliseComputacionalCampos.pdf: 8199135 bytes, checksum: 4e41ee450e20c1b754db24b43b82d5fa (MD5) / Approved for entry into archive by Ana Rosa Silva (arosa@ufpa.br) on 2014-06-16T13:18:05Z (GMT) No. of bitstreams: 2 license_rdf: 23898 bytes, checksum: e363e809996cf46ada20da1accfcd9c7 (MD5) Dissertacao_AnaliseComputacionalCampos.pdf: 8199135 bytes, checksum: 4e41ee450e20c1b754db24b43b82d5fa (MD5) / Made available in DSpace on 2014-06-16T13:18:05Z (GMT). No. of bitstreams: 2 license_rdf: 23898 bytes, checksum: e363e809996cf46ada20da1accfcd9c7 (MD5) Dissertacao_AnaliseComputacionalCampos.pdf: 8199135 bytes, checksum: 4e41ee450e20c1b754db24b43b82d5fa (MD5) Previous issue date: 2008 / A simulação numérica do escoamento de ar em ambientes internos é na atualidade o método mais apropriado para análise de conforto térmico em ambientes internos. O escoamento de ar nesses ambientes configura-se como um escoamento complexo, pois, em regra geral, é uma combinação de escoamentos cisalhantes livres (jatos) e cisalhantes de parede, além disso, esses escoamentos são governados por forças de inércia e forças de empuxo, caracterizando-o como de convecção mista. A combinação desses mecanismos cria um escoamento com características complexas, como zonas de recirculação, vórtices, descolamento e recolamento de camada-limite dentre outras. Portanto, a precisão da solução estará diretamente ligada, principalmente, na habilidade do modelo de turbulência adotado de reproduzir as características turbulentas do escoamento de ar e da transferência térmica. O objetivo principal do presente trabalho foi a simulação computacional do ambiente térmico interno do galpão que abriga os geradores e motores Wärtzilä da Usina Termelétrica Santana no estado do Amapá. A formulação matemática baseada na solução das equações gerais de conservação inclui uma análise dos principais modelos de turbulência aplicados ao escoamento de ar em ambientes internos, assim como os processos de transferência de calor associados. Na modelagem numérica o método de volumes finitos é usado na discretização das equações de conservação, através do código comercial Fluent-Airpak, que foi usado nas simulações computacionais para a análise dos campos de velocidade e temperatura do ar. A utilização correta do programa computacional foi testada e validada para o problema através da simulação precisa de casos retirados da literatura. Os resultados numéricos foram comparados a dados obtidos de medições experimentais realizados no galpão e apresentou boa concordância, considerando a complexidade do problema simulado, o objetivo da simulação em face da diminuição da temperatura no interior do galpão e, também, em função das limitações encontradas quando da tomada das medições experimentais. Além disso, foram feitas simulações de estratégias de melhoria do ambiente térmico da Usina, baseadas na realidade levantada e nos resultados da simulação numérica. Finalmente, foram realizadas simulações do protótipo de solução proposto para a diminuição da temperatura interna do galpão o que possibilitará um aumento, na faixa de 20 a 30%, do tempo de permanência no interior do galpão. / The numerical simulation of the airflow in internal environments is in the present time the most appropriate method for analysis of thermal comfort indoors. The airflow in these environments is configured as a complex one, therefore, in general, it is a combination of free-shear flow (jet) and of wall-shear flow, moreover, these are governed by inertia and buoyancy forces, characterizing a situation of mixing convection. The combination of these mechanisms creates an airflow with complex characteristics, as recirculation zones, vortices, detachment and re-attachment of boundary layer amongst others. Therefore, the precision of the solution will be directly connected, mainly, with the ability of the adopted turbulence model to reproduce the turbulent characteristics of the airflow and thermal transfers. The main objective of the present work was the computational simulation of the internal thermal environment of the enclosure which shelters the generators and the Wärtzilä engines of the thermo-electric power plant of Santana in the state of Amapá (Brazil). The mathematical formulation based on the solution of the general equations of conservation includes an analysis of the principal models of turbulence applied to the airflow inside the enclosure, as well as the heat transfer processes associated. The finite-volume numerical method is used in the discretization of the conservation equations, through the Fluent-Airpak software, for the analysis of the distribution of air velocity and temperature fields. The correct use of the software was tested and validated by successfully simulating problems solved by other authors. The numerical results of the airflow in the enclosure were compared with the experimental data and presented a good agreement, by considering the complexity of the simulated problem and the limitations and difficulties found during measurements. Moreover, simulations are presented of strategies for improvement of the thermal environment, based on the actual reality and on the results of the numerical simulations. Finally, simulations of a prototype solution are presented with the reduction of the internal temperature in the enclosure. This solution allows an increase of the exposure time inside the enclosure, from 20 up to 30%, and improves the thermal comfort of the thermo-electric power plant.

Submitted by Nathalya Silva (nathyjf033@gmail.com) on 2017-04-24T20:05:30Z No. of bitstreams: 2 license_rdf: 0 bytes, checksum: d41d8cd98f00b204e9800998ecf8427e (MD5) Tese_TransportePneumaticoFluidizado.pdf: 9546577 bytes, checksum: 5b571941483f281d7416986286fe20a8 (MD5) / Approved for entry into archive by Edisangela Bastos (edisangela@ufpa.br) on 2017-04-26T13:40:04Z (GMT) No. of bitstreams: 2 license_rdf: 0 bytes, checksum: d41d8cd98f00b204e9800998ecf8427e (MD5) Tese_TransportePneumaticoFluidizado.pdf: 9546577 bytes, checksum: 5b571941483f281d7416986286fe20a8 (MD5) / Made available in DSpace on 2017-04-26T13:40:04Z (GMT). No. of bitstreams: 2 license_rdf: 0 bytes, checksum: d41d8cd98f00b204e9800998ecf8427e (MD5) Tese_TransportePneumaticoFluidizado.pdf: 9546577 bytes, checksum: 5b571941483f281d7416986286fe20a8 (MD5) Previous issue date: 2011-08 / Este trabalho é uma contribuição à ciência e à aplicação da tecnologia desenvolvida sobre leito e transporte fluidizado de materiais particulados usados nos processos industriais. No caso de leitos fluidizados desenvolveu-se uma equação semi-empírica para predição da velocidade mínima de fluidização da alumina fluoretada, pó de crosta e outros materiais particulados usados nos processos industriais com resultados bastantes satisfatórios comparados com os resultados experimentais em relação às equações disponíveis na literatura. Estudou-se também o comportamento dos ângulos de repouso e de fricção interno interpartículas propondo-se equações constitutivas para esses ângulos para alumina fluoretada como função da velocidade superficial de fluidização. Em uma segunda etapa propõem-se uma equação para predição da capacidade de transporte de calhas e tubos fluidizados com resultados de boa qualidade em relação aos experimentos realizados nos tubos fluidizados. Este tubo fluidizado por sua concepção pode operar em ângulos ascendentes em relação ao plano horizontal sendo uma contribuição tecnológica desta tese para diminuição da taxa kWh/ton de material particulado manuseados nos processos industriais. / This work is a contribution to science and applied technology developed to fluidized bed and fluidized motion conveying used in the powder handling of the industrial processes. In the case of fluidized bed it is proposed an empirical equation to predict the minimum fluidization velocity for the fluoride alumina, crust powder and others powders used in the industrial processes with good results compared with the experiments and the equations available in the literature. It was also studied the constitutive equations to predict the behavior of the angle of repose and interparticles friction as a function of the superficial velocity of fluidization. In a second step it is proposed an equation to predict the capacity of the Air Pneumatic Fluidized Conveyor with good results compared with the experiments for fluoride alumina. The Air Fluidized Conveyor is a contribution to applied technology reducing the consumption of energy, it operates even in upward direction, and so, decreasing the rate kWh/ton in the powder handling of the industrial processes.

Este trabalho apresenta uma breve revisão histórica sobre asas voadoras, aeronaves sem uma cauda ou empenagem convencional. São apresentadas algumas características aerodinâmicas importantes para esse tipo de projeto e quais são os conceitos fundamentais que devem ser abordados pelo projetista. Na sequência é apresentado o software OpenFOAM, usado para simular o escoamento e obter forças e momentos aerodinâmicos, que são então comparados com dados experimentais de túnel de vento. / This work presents a brief historical review on flying wings, tailless aircraft without a conventional empennage. Some important aerodynamic characteristics are presented for this type of project and which are the fundamental concepts that must be approached by the designer. Following is the OpenFOAM software introduced, used to simulate the flow and obtain the aerodynamic forces and moments, which are then compared with experimental wind tunnel data.

Flow machines are very important to industry, being widely used on various processes. Performance improvements are relevant factors and can be achieved by using optimization methods, such as topology optimization. Thus, this work aims to develop a method to design radial flow machine rotors operating on laminar regime, by implementing a topology optimization formulation based on density model. The design of a rotor involves firstly modelling the fluid flow by using the Navier-Stokes equations on a rotating reference frame and using the Finite Element Method for solving the differential equations. To determine the material distribution on the domain, a porous flow model based on the Darcy equation is employed by using an inverse permeability that interpolates between fluid and solid. In the optimization phase, it is defined a multi-objective function that aims to minimize the viscous energy dissipation, vorticity and power. The optimization problem is implemented using the FEniCS environment and the libraries dolfin-adjoint and pyIpopt. The optimized topologies are verified with the ANSYS software. The resulting topologies are post-processed and a CAD model is created. The rotors are manufactured by using a 3D printer, the complete prototype is built by coupling an electric brushless motor and an experimental characterization is performed by measuring fluid flow and pressure head given by the pumps. Experimental and computational results are compared and the improvement is verified. / Máquinas de fluxo são muito importantes para a indústria, sendo utilizadas em diversos processos. Assim, melhorias de desempenho são fatores relevantes e podem ser alcançadas com a utilização de métodos de otimização, como a otimização topológica. Este trabalho visa desenvolver uma metodologia para projetar rotores de máquinas de fluxo radiais que operam em escoamento laminar implementando-se a formulação de otimização topológica baseada no modelo de densidades. O projeto de rotores envolve, primeiramente, a modelagem do escoamento utilizando-se as equações de Navier-Stokes em um referencial rotativo e a utilização do Método de Elementos Finitos para a resolução das equações diferenciais. A distribuição de material no domínio é feita empregando-se um modelo de escoamento em meio poroso baseado nas equações de Darcy, utilizando-se a permeabilidade inversa que interpola o elemento entre sólido e fluido. Na fase de otimização é definida uma função multi-objetivo, que visa minimizar dissipação de energia viscosa, a vorticidade e a potência. O problema de otimização é implementado utilizando-se o ambiente FEniCS para a resolução do sistema de elementos finitos e as bibliotecas dolfin-adjoint e pyIpopt para o algorithmo de otimização. As topologias otimizadas são verificadas com o software ANSYS. As topologias resultantes são pós-processadas para a criação de um modelo CAD dos rotores. Os rotores são construídos utilizando-se a impressão 3D, o protótipo completo é montado acoplando-se um motor elétrico sem escovas e a caracterização experimental é feita medindo-se a vazão e o ganho de pressão dados pelas bombas. Por fim, os resultados experimentais e computacionais são comparados e uma melhoria de desempenho é observada.

Estudou-se a aplicação de uma modelagem RANS, com a utilização do modelo de turbulência k-? na modelagem do escoamento no interior de um sistema de lavagem de gases, composto por um lavador Venturi e uma coluna de spray, por técnicas de fluidodinâmica computacional (CFD), com a fase líquida resolvida pela abordagem Lagrangiana e a atomização secundária dessas por diferentes modelos de quebra. Utilizou-se o pacote comercial de CFD da ANSYS CFX 15.0 com as simulações realizadas em estado transiente. Verificaram-se os resultados obtidos pelo simulador para um lavador Venturi em escala piloto com dados da literatura, obtendo-se boa adequação para a perda de pressão ao longo do equipamento. Comparou-se a influência do tamanho das gotas de líquido da injeção na distribuição de tamanho de gotas ao longo do equipamento utilizando o modelo de quebra CAB (Cascade Atomization and drop Breakup), obtendo-se uma melhor dispersão das gotas de líquido na secção transversal do lavador ao se utilizar na injeção, uma distribuição de tamanho de gotas ao invés de gotas com mesmo diâmetro. Simularam-se diferentes condições de vazão de líquido e gás em um lavador Venturi em escala industrial e compararam-se os resultados de perda de pressão obtidos com correlações da literatura, obtendo-se boa adequação para as regiões iniciais do equipamento. Utilizando o modelo de quebra CAB e a abordagem Euler-Lagrange, comparou-se a distribuição de tamanho de gotas ao longo do lavador Venturi industrial para diferentes vazões de gás. Com a simulação do lavador Venturi, utilizou-se os resultados obtidos neste e simulou-se o sistema de lavagem de gases completo (coluna de Spray e lavador Venturi). Comparou-se ao final a retirada de poluentes por meio da impactação inercial e da difusão, obtendo-se uma melhor probabilidade de retirada de poluentes com o aumento da vazão de líquido. / The flow field inside a wet scrubber was simulated with a RANS model using Computational Fluid Dynamics (CFD) in which the multiphase flow was solved by an Euler-Lagrange approach. Turbulence was modeled by the k-? model and droplet breakup was assumed to occur. The transient flow equations were solved using a commercial CFD package (ANSYS CFX 15.0). Simulations of a pilot plant Venturi scrubber were compared with literature data, in which a good agreement level was achieved for pressure loss through the scrubber. Droplet size distribution was evaluated throughout the scrubber by changing droplet diameter of injected liquid and using a Cascade Atomization and drop Breakup model (CAB). A better liquid dispersion inside the scrubber was achieved for a droplet size distribution injection when compared with a single diameter droplet liquid injection. After the results verification by comparing with data from a pilot scale Venturi, pressure loss for different flow conditions was compared between numerical simulations and literature correlations in an industrial size Venturi scrubber, achieving a good agreement for the entrance section of the scrubber. Droplet size distribution throughout the industrial Venturi scrubber for different gas mass flow conditions were also compared using the CAB model and Euler-Lagrange approach. Removal of contaminants was evaluated by two parameters, being inertial impaction of particulate and diffusion to droplet surface, by which a better contaminant removal was achieved for higher liquid flow rates.

Neste trabalho, é apresentada uma análise de estabilidade linear para um sistema flowline-riser. O modelo utiliza as equações de continuidade para as fases líquidas e gasosas e uma equação de momento para a mistura onde são considerados os efeitos de atrito. A mistura água-óleo é modelada de forma homogênea. Para a determinação da fração de vazio, adota-se o modelo de fluxo de deriva, baseado em várias correlações drift. Se o escoamento é estratificado a fração de vazio é modelada através do modelo de equilíbrio local de Taitel e Dukler (1976). Para a caracterização dos fluidos é adotado um modelo de equilíbrio de fase black-oil onde a transferência de massa é considerada entre as correntes óleo e gás em função das condições locais de pressão e temperatura. É considerada a abordagem de parâmetros distribuídos, onde diversas geometrias com discretização variável podem ser consideradas tais como riser em catenária e riser lazy wave. Para realizar a análise de estabilidade linear, as equações do modelo são linearizadas em torno do estado estacionário e discretizadas pelo método das diferenças finitas, onde foi utilizado um programa escrito em Matlab. A partir do sistema linearizado, é avaliada a estabilidade do estado estacionário pelas raízes do polinômio característico, que são solução do problema de autovalores e autovetores. É avaliada a convergência numérica do modelo e mapas de estabilidade são apresentados para vários sistemas de produção de petróleo. Os resultados obtidos numericamente são comparados com pontos operacionais de sistemas reais de produção de petróleo. Observou-se que o modelo convergiu para todos os casos avaliados e apresentou ótima concordância com os dados de campo. / This work presents a linear stability analysis for a flowline-riser system. The model considers continuity equations for the liquid and gas phases, and a momentum equation for the mixture that accounts for friction effects. The water-oil mixture is modeled as being homogeneous. The void fraction is determined by using the drift-flux model based on several drift correlations. For stratified flow, the void fraction is expressed by the local equilibrium model of Taitel and Dukler (1976). Fluid characterization uses a black-oil model that considers mass transfer between the oil and gas flows as a function of the local pressure and temperature conditions. In the proposed approach with distributed parameters, several geometries with variable discretization can be considered, such as catenary and lazy wave risers. To perform the linear stability analysis, the equations of the model are linearized around the stationary state and discretized using the finite difference method, implemented using custom-written code in Matlab. From the linearized system, the stability of the steady state is evaluated by computing the roots of the characteristic polynomial equation of the eigenvalues and eigenvectors problem. Convergence of the numerical model is evaluated and stability maps for several oil production systems were presented. Numerical results were compared with the actual measurements of oil production systems. The model converged in all cases tested and presented an excellent agreement with field data.

Um dos grandes desafios da engenharia atualmente é viabilizar soluções computacionais que reduzam o tempo de processamento e forneçam respostas ainda mais precisas. Frequentemente surgem propostas com as mais diversas abordagens que exploram novas formas de resolver tais problemas ou tentam, ainda, melhorar as soluções existentes. Uma das áreas que se dedica a propor tais melhorias é a computação paralela e de alto desempenho - HPC (High Performance Computing). Técnicas que otimizem o tempo de processamento, algoritmos mais eficientes e computadores mais rápidos abrem novos horizontes possibilitando realizar tarefas que antes eram inviáveis ou levariam muito tempo para serem concluídas. Neste projeto propõe-se a implementação computacional de uma arquitetura de computação paralela com o intuito de resolver, de forma mais eficiente, em comparação com a arquitetura sequencial, problemas de Dinâmica dos Fluidos e Interação Fluido-Estrutura e que também seja possível estender esta arquitetura para a resolução de outros problemas relacionados com o Método dos Elementos Finitos. O objetivo deste trabalho é desenvolver um algoritmo computacional eficiente em linguagem de programação científica C++ e CUDA - de propriedade da NVIDIAr - tendo como base trabalhos anteriores desenvolvidos no LMC (Laboratório de Mecânica Computacional) e, posteriormente, com a arquitetura desenvolvida, executar e investigar problemas de Dinâmica dos Fluidos e Interação Fluido-Estrutura (aplicando o método dos Elementos Finitos com Fronteiras Imersas e a solução direta do sistema de equações lineares com PARDISO) com o auxílio dos computadores do LMC. Uma análise de sensibilidade para cada problema é realizada de forma a encontrar a melhor combinação entre o número de elementos da malha de elementos finitos e o speedup, e posteriormente é feita uma análise comparativa de desempenho entre a arquitetura paralela a sequencial. Com uma única GPU conseguiu-se uma considerável redução no tempo para o assembly das matrizes globais e no tempo total da simulação. / One of the biggest challenges of engineering is enable computational solutions that reduce processing time and provide more accurate numerical solutions. Proposals with several approaches that explore new ways of solving such problems or improve existing solutions emerge. One of the biggest areas dedicated to propose such improvements is the parallel and high performance computing. Techniques that improve the processing time, more efficient algorithms and faster computers open up new horizons allowing to perform tasks that were previously unfeasible or would take too long to complete. We can point out, among several areas of interest, Fluid Dynamics and Interaction Fluid-Structure. In this work it is developed a parallel computing architecture in order to solve numerical problems more efficiently, compared to sequential architecture (e.g. Fluid Dynamics and Fluid-Structure Interaction problems) and it is also possible to extend this architecture to solve different problems (e.g. Structural problems). The objective is to develop an efficient computational algorithm in scientific programming language C ++, based on previous work carried out in Computational Mechanics Laboratory (CML) at Polytechnic School at University of São Paulo, and later with the developed architecture, execute and investigate Fluid Dynamics and Fluid-Structure Interaction problems with the aid of CML computers. A sensitivity analysis is executed for different problems in order to assess the best combination of elements quantity and speedup, and then a perfomance comparison. Using only one GPU, we could get a 10 times speedup compared to a sequential software, using the Finite Element with Immersed Boundary Method and a direct solver (PARDISO).