O propósito desta tese é compreender os aspectos relacionados à simulação numérica aplicada ao estudo do comportamento do escoamento interno em um injetor centrífugo cônico, desenvolvendo-se para a validação da mesma, um modelo matemático elaborado a partir de referências encontradas na literatura, obtendo com ajuda de hipóteses simplificadoras, uma solução em forma fechada dos principais parâmetros nominais de desempenho do injetor, tais como coeficiente de descarga e ângulo de cone de pulverização. Na simulação numérica foi empregado o código comercial de CFD Fluent 6.3.26, onde as equações governantes são discretizadas mediante volumes de controle finitos em estado permanente. A correção de pressões é empregada utilizando o algoritmo SIMPLE (Semi-Implicit Method for Pressure-Linked Equations), a localização da interface entre os fluidos (líquido-gas) é resolvida mediante o modelo VOF (Volume of fluid), os fenômenos físicos que estão presentes na situação que se deseja estudar, são modelados com uma formulação viscosa que permite a simulação do escoamento em forma laminar e turbulenta, onde os termos de transporte turbulentos são realizados com o modelo k-epsilon standard. Devido à geometria complexa do injetor, o domínio computacional foi modelado com malhas não estruturadas em três dimensões, isto permitirá uma informação mais detalhada do escoamento, e dos parâmetros de desempenho do injetor, sendo a validação da ferramenta de análise computacional de muita importância para aperfeiçoar e reduzir os custos de projeto de injetores antes da fase de testes a quente, garantindo a melhora de estabilidade de queima na câmara de combustão.

Unsteady solutions for the aerodynamic coefficients of a thin airfoil in compressible subsonic or supersonic flows are studied. The lift, the pitch moment, and pressure coefficients are obtained numerically for the following motions: the indicial response (unit step function) of the airfoil, i.e., a sudden change in the angle of attack; a thin airfoil penetrating into a sharp edge gust (for several gust speed ratios); a thin airfoil penetrating into a one-minus-cosine gust and sinusoidal gust (a typical gust used in commercial aircraft design); oscillating airfoil; and also the interaction of the airfoil with a shed (from convection phenomenon) vortex passing under the airfoil, a phenomenon known in literature as AVI (Airfoil Vortex Interaction). The present work uses a numerical approach based on vortex singularity. The numerical model is created by means of the airfoil discretization in uniform segments and the compressible flow vortex singularity is used. The results available in the literature are based on approximated exponential equations, or computed via Computational Fluid Dynamics (CFD). Thus, the purpose of this method is to obtain a more accurate computation compared to those of approximated equations, and numerically quite faster compared to those obtained via CFD.

O sangue é um fluido complexo cujas propriedades são significativamente afetadas pelo arranjo, orientação e deformabilidade dos glóbulos vermelhos. O estudo do escoamento sangüíneo é extremamente importante, visto que o desenvolvimento de muitas patologias cardiovasculares estão relacionadas com a variação de suas características frente à circulação sanguínea. Nesse sentido a hemodinâmica têm sido freqüentemente utilizada para obter melhor compreensão dos aspectos funcionais, diagnóstico e terapêuticos. Devido à complexidade da reologia do escoamento sanguíneo, não existe um modelo universal para representar a propriedade viscosa do sangue, entretanto encontramos diferentes classificações que descrevem o comportamento não-Newtoniano do sangue com base em diversas variáveis e graus de precisão. No presente estudo, o método de volumes finitos é utilizado para analisar o escoamento sanguíneo em uma bifurcação da carótida humana. Foi adotado um modelo tridimensional de fluido incompressível em regime permanente e transiente. A equação da quantidade de movimento foi resolvida empregando três funções de viscosidade não-newtonianas: Power-Law, Carreau e Casson, bem como o modelo newtoniano. Foram obtidos resultados para a distribuição da tensão de cisalhamento na parede e perfis de velocidade na direção axial e radial, utilizando o modelo newtoniano e os modelos de viscosidade não-Newtoniana. Posteriormente, o estudo analisou o escoamento sanguíneo sob regime pulsátil utilizando o modelo de Casson. A solução numérica foi obtida utilizando uma condição de velocidade dependente do tempo na entrada da artéria carótida com objetivo de incluir o efeito pulsátil ao escoamento. Os resultados demonstraram que é fundamental a utilização do modelo não-Newtoniano para analisar o escoamento sangüíneo em artérias com variações geométricas por apresentar regiões com baixos valores de velocidade e tensão de cisalhamento.

O trabalho apresenta um estudo do princípio da superposição através da aplicação da Integral de Duhamel para a obtenção da resposta a uma excitação harmônica do ângulo de ataque. Como entrada para a Integral de Duhamel foram utilizadas respostas indiciais obtidas com a utilização de uma ferramenta de CFD desenvolvida pelo IAE/CTA. As respostas indiciais foram obtidas a partir de excitações em degrau de baixa amplitude no ângulo de ataque de um perfil NACA0012 em escoamento com número de Mach igual a 0.3. O estudo mostrou que mesmo que a ferramenta de CFD seja capaz de gerar uma resposta indicial é importante a validação dessa resposta indicial como uma resposta de boa qualidade para a utilização de sua derivada na Integral de Duhamel. Os resultados obtidos com a Integral de Duhamel utilizando uma boa resposta indicial como entrada foram comparados com uma simulação direta de um movimento harmônico realizada com a mesma ferramenta de CFD. A comparação demonstrou que os resultados foram bastante satisfatórios.

Os ejetores possuem diferentes aplicações como na propulsão, refrigeração e aeroespacial. Este dispositivo não possui partes móveis e por isso é um equipamento simples, confiável, com potencial de vida longa e pode ser fabricado a um custo relativamente baixo, além disso, podem ser utilizados materiais baratos para sua construção. Por estas razões, pesquisas vêm sendo realizadas com a finalidade de melhorar o desempenho deste dispositivo. O objetivo do presente trabalho é analisar ejetores supersônicos a gás utilizando a ferramenta de CFD (Computational Fluid Dynamic - Dinâmica dos Fluidos Computacional) para estudar os fenômenos físicos, os efeitos da geometria e das condições de operação no escoamento variando os seguintes parâmetros: vazão na entrada secundária, o comprimento e o tipo da câmara de mistura. As equações do modelo matemático (continuidade, quantidade de movimento, energia e modelos de turbulência k-?-realizável e k-?-SST) são resolvidas numericamente empregando o método de volumes finitos. Um estudo com várias malhas foi realizado para garantir independência dos resultados em relação a estas e para validação do procedimento numérico foram utilizados dados experimentais disponíveis na literatura. Os resultados da validação mostraram que o modelo de turbulência k- ?- SST e o esquema de discretização de 1 ordem apresentaram melhor desempenho para reproduzir os dados experimentais disponíveis para este ejetor. Os resultados para o comprimento da câmara de mistura de pressão constante indicam que para este modelo do ejetor, o comprimento ideal encontrado de acordo com uma equação, pois este é influenciado pela vazão na entrada secundária. Outros resultados também mostraram que com o aumento da vazão na entrada secundária, a diferença de pressão entre a saída e a entrada secundária diminui.

Esta dissertação tem por objetivo simular o escoamento pulsátil de sangue em artéria humana variando-se o grau de estenose (obstrução) e a freqüência do pulso de entrada. O escoamento será modelado resolvendo-se o sistema de equações de continuidade e Navier-Stokes, em regime laminar, com um sistema de coordenadas axisimétrico. O método de volumes finitos é utilizado para a discretização do domínio, com uma formulação acoplada para o cálculo dos campos de pressão e velocidade. São desenvolvidas subrotinas em linguagem C para incorporar a condição de contorno de velocidade oscilatória na entrada da artéria, e compiladas no programa Fluent como UDFs (User Defined Function). Para a simulação com o modelo de viscosidade de Casson, será implementada uma UDF, enquanto o modelo Newtoniano utiliza um valor de viscosidade constante. Serão testados três números de Womersley: baixo (Wo = 4), moderado (Wo = 8) e alto (Wo = 12), o que implica em redução dos períodos, com rápidas acelerações e desacelerações à medida que o número de Womersley cresce. Além disso, varia-se o grau de obstrução da artéria (25%, 50% e 75%), com o objetivo de verificar em que condições os modelos de viscosidade Newtoniano e Casson produzem respostas similares. São obtidos resultados para (i) as linhas de corrente no interior do domínio, (ii) contornos e distribuição de velocidade axial bem como (iii) perfis da tensão de cisalhamento ao longo da parede da artéria. Os resultados permitem concluir que a aproximação entre os modelos de viscosidade Newtoniano e Casson ocorre para alto valor de número de Womersley (Wo = 12) e obstrução de 75%.

O objetivo deste trabalho é o projeto preliminar de uma aeronave comercial focado no pré-dimensionamento e definições aerodinâmicas iniciais. A metodologia utilizada compreende a abordagem clássica combinada com modernas análises de dinâmica dos fluidos computacional para determinar dimensões, peso, tração e perfis aerodinâmicos da asa.

Um sistema eficiente de prognóstico é capaz de reduzir o número de paradas não programadas e conseqüentemente gerar uma redução em custos de manutenção. Devido à grande competitividade da área de atuação, a indústria aeronáutica tem voltado sua atenção a sistemas deste tipo com a finalidade de maximizar a vida útil de seus equipamentos, aumentar sua disponibilidade e reduzir os seus custos de operação e manutenção, otimizando assim a eficiência operacional de suas aeronaves. O presente trabalho apresenta uma metodologia de prognóstico de falhas baseada em modelo para o sistema do estabilizador horizontal da aeronave EMBRAER 190. Para realizar a previsão do tempo de vida útil remanescente do sistema, esta metodologia utiliza a modelagem do mesmo e o monitoramento de resíduos através de equações de paridade. O pós-processamento destes resíduos permite avaliar a severidade atual da condição de degradação do sistema e a estimação do tempo para se atingir a severidade máxima projetada em que a falha é declarada. Os resultados obtidos utilizando-se o modelo do sistema do estabilizador horizontal e a inserção das falhas simuladas típicas mostram o grande potencial para a utilização de modelos, quando possível, no desenvolvimento de um processo de PHM de alto desempenho.

The Computational Fluid Dynamics is extensively employed in aerospace industry, which has become feasible due to the evolution of the computers (increased capacity) and to the relatively low computational cost. A great challenge is the inclusion of viscosity effects in the flow simulations, also using a mesh fine enough to catch all the velocity fluctuations due to turbulence. The demand for computational power makes it unfeasible for aerospace applications. Due to the coming of the turbulence models and Reynolds-averaged Navier-Stokes equations, the use of CFD has become common in aerospace industry, allowing optimization and reducing cycles of wind tunnel testing. This work presents the results of two-dimensional flow simulations made using three different turbulence models, as well as two distinct airfoils - a conventional and a supercritical. The simulated cases were chosen taking into account the availability of data for validation. A discussion concerning the results is presented, as well as the conclusion.

O tamanho de turbinas eólicas comerciais tem aumentado consideravelmente nos últimos 25 anos desde aproximadamente uma potência de 50KW com rotores de entre 10 e 15 metros de diâmetro até as turbinas comerciais atuais de 5MW de potência com diâmetros de mais de 120 metros. Este desenvolvimento requer o uso de ferramentas numéricas que permitam prever os carregamentos aerodinâmicos estacionários e não estacionários, não somente nas pás de turbinas, mas também o sistema como um todo, incluindo torre, rotor e sistemas de controle. Neste contexto, este trabalho apresenta um programa computacional baseado na teoria de elemento de pá, a fim de predizer parâmetros geométricos e velocidades relativas ótimos para a obtenção de máxima potência. O método de painéis foi adaptado de forma a incluir os efeitos rotacionais das pás a fim de predizer cargas aerodinâmicas em estado estacionário. A formulação é tridimensional e conta com efeitos de esteira e velocidades angulares. Um estudo de caso para uma pá de turbina eólica de 2MW de potência foi utilizado para demonstrar as capacidades do código desenvolvido. Para avaliar as capacidades do código, foram feitas três tipos de validações. Primeiro foram comparados resultados da literatura da teoria de elemento de pá e do método de elemento fonte-dipolo, "Doublet-Source Lattice", (por separado) com os resultados obtidos pelo código. Uma última validação quantitativa foi feita mediante a comparação com os resultados de um software de fluidodinâmica computacional. O trabalho apresentado não pretende concorrer com os pacotes comerciais de CFD. O que se pretende é desenvolver uma ferramenta de projeto preliminar de pás de turbinas eólicas que permita obter um projeto ótimo em um tempo relativamente curto. Futuramente se pretende continuar esta investigação aderindo ao código a possibilidade de analisar o comportamento estrutural e aeroelástico de pás de turbina eólica, asas e pás de helicópteros.