Este trabalho trata da simulação numérica do escoamento incompressível, laminar e turbulento, ao longo de cavidades rasas bidimensionais. O estudo é focado, principalmente, na análise da influência dos seguintes parâmetros: (i) alongamento da cavidade; (ii) número de Reynolds e (iii) nível de turbulência do escoamento não-perturbado. A meta principal é descobrir qual a condição mais favorável no sentido de se ter o menor efeito convectivo do escoamento ao longo do piso da cavidade. As equações de transporte que modelam o problema físico são discretizadas utilizando a técnica de volumes finitos. O algoritmo SIMPLER, desenvolvido por Patankar, é utilizado para solucionar as equações discretizadas em uma malha deslocada. Os resultados obtidos demonstram que a topologia do escoamento na cavidade é diretamente afetada pela varição dos parâmetros acima considerados e que existe um regime bem definido de baixa convecção na cavidade.

O presente trabalho desenvolve uma metodologia numérica de análise do escoamento em grades lineares de perfis aerodinâmicos com aplicação direcionada ao dimensionamento de máquinas de fluxo axiais. O método consiste na realização de uma interação entre dois modelos computacionais: o potencial (ausência de efeitos viscosos) e o de camada limite, obtendo-se resultados muito próximos dos experimentais e com baixo custo computacional. O código potencial, baseado no método dos painéis, utiliza a formulação de Hess & Smith [1

Orientador: Vicente Luiz Scalon / Banca: Santiago Del Rio Oliveira / Banca: Elson Avallone / Resumo: Dentro do contexto de sustentabilidade, uma nova tecnologia de pesquisa usa a energia do calor do Sol para completar o ciclo de refrigeração sem o compressor, o dispositivo de maior consumo de energia em um ar condicionado. Este objetivo é alcançado substituindo-se o compressor por um ejetor, no entanto, isto resulta em um baixo desempenho do sistema, que pode ser melhorado aumentando-se o desempenho do ejetor usando simulações CFD. Neste trabalho, o software CFD OpenFOAM® foi usado para validar modelos de simulação que utilizam diferentes esquema de discretização dos termos divergentes, com a finalidade de serem usados em trabalhos futuros na melhoria do desempenho do ejetor. Apenas o solver específico para velocidades trans e supersônicas foi usado com o modelo de turbulência k-ϵ padrão. As condições iniciais foram baseadas em uma pesquisa anterior utilizando o fluido refrigerante R-134a. A maioria dos casos com diferentes esquemas de discretização obtiveram sucesso na simulação com a condição inicial de pressão constante nas entradas e saída, e concluiu-se que neste tipo de análise o caso com a predominância do esquema de discretização de primeira ordem baseado no upwind obteve melhores resultados de ER (razão entre fluxos de massa de entrada). Nas simulações com condição inicial de fluxo de massa constante, o caso 143, composto de diferentes esquemas de discretização de segunda ordem na pressão, velocidade e energia, obteve maior sucesso na reprodução da pressão na parede... (Resumo completo, clicar acesso eletrônico abaixo) / Abstract: Inside the sustainability context, a new researching technology uses the Sun heat energy to complete the refrigeration cycle without the compressor, the most power consumer device in an air conditioner. It is achieved replacing the compressor by an ejector, however, it results in a lower performance of the system, which can be improved increasing the ejector's performance using the CFD simulations. In this work the CFD software OpenFOAM® was used to validate the simulation models that uses different divergent therms of discretization schemes, for the purpose of using it in a future ejector performance analysis. Just the specific solver to trans/supersonic speed was used with the standard k-ϵ turbulence model. The initial conditions were based in a previous research using the R-134a refrigerant fluid. The major case parts with different discretization schemes were successful in a simulation with constant pressure initial condition, and it has been concluded in this analysis type that the case with a predominance of first order upwind-based discretization scheme performed better ER results (ratio between the entrance mass fluxes). In the simulations with a constant mass flux initial condition, the case 143, composed of different second order discretization schemes in the pressure, velocity and energy, performed better in the reproduction of ejector wall pressure. Also, it has not shown a big difference in ejector stream lines analysis. The results shown a great number of discre... (Complete abstract click electronic access below) / Mestre

Orientador: Henry França Meier. / Co-orientador: Dirceu Noriler. / Dissertação (mestrado) - Universidade Regional Blumenau, Centro de Ciências Tecnológicas, Programa de Pós-Graduação em Engenharia Química.

É analisado um critério de dimensionamento de máquinas de fluxo axiais subsônicas, baseado no coeficiente de pressão mínimo referente ao lado de sucção do perfil junto ao cubo do rotor, cpsmin, onde se faz sentir a influência dos diversos parâmentros geométricos envolvidos, como tipo de perfil, ângulo de montagem e solidez, nas características aerodinâmicas pretendidas. Utiliza-se um modelo potencial, formulado pelo método das singularidades, com ajustes posteriores através de dados experimentais existentes na literatura. São encontrados bons resultados de distribuição de pressão e coeficiente de sustentação para perfis NACA série 65 arranjados em grade. Para verificação da aplicabilidade do critério em estudo são construidos e ensaiados cinco ventiladores axiais, com diferentes valores dos parâmetros geométricos. Conclui-se pela validade do critério, como indicador da geometria adequada para o dimensionamento de máquinas de fluxo axiais subsônicas.

Os aspectos básicos da aplicação do Método das Singularidades ao escoamento transônico são analisados, através da resolução da equação transônica de pequenas perturbações em regime permanente bidimensional. A extensão desse método ao domínio transônico, intrinsecamente não-linear, é possível através da distribuição de singularidades no escoamento, limitadas às regiões onde os efeitos de compressibilidades no escoamento, limitadas às regiões onde os efeitos de compressibilidade são relevantes, e cujas intensidades são determinadas através de um processo iterativo. Para casos supercríticos, ondas-de-choque são evidenciadas com a introdução de conceitos providos dos métodos de diferenças-finitas, especialmente o conceito de viscosidade artificial. Analisam-se então sua forma de ação e compatibilidade com o Método das Singularidades estendidas ao campo. Os resultados do método descrito são apresentados para o escoamento sobre um perfil parabólico fino, nos casos sub e supercrítico, com ou sem sustentação, e comparados com os resultados de outros métodos e experimentais, inclusive no tocante a coeficientes de sustentação e de arrasto de pressão.

Este trabalho trata do modelamento e simulação de escoamentos que apresentam elevados gradientes de propriedades, tais como ondas de choque e superfícies de contato, em que o fluído é considerado uma mistura reativa de gases perfeitos. Serão estudados diversos problemas representativos desta classe de escoamentos, para comparação com resultados disponíveis na literatura especializada. O presente estudo considerará a solução numérica das equações de Euler acopladas a um modelo de cinética química. A parte do equacionamento correspondente aos termos convectivos será discretizada por diferenças finitas utilizando para integração o algorítmo TVD explícito de Harten. Os termos de variação de concentração de espécies, devido às reaçõesquímicas, serão integrados no tempo por um esquema multipasso explícito, de passo ajustável, do tipo Adams-Bashforth. A fim de se conseguir maior robustez no processo numérico são utilizadas médias de Roe, aplicadas às soluções de Riemann para o cálculo de propriedades médias, assim como operadores de ordem de precisão espacial reduzida para o cálculo de pontos adjacentes às fronteiras. As condições de contorno são implementadas usando-se, quando possível, o conceito de relações características unidimensionais, inclusive para paredes. Os resultados obtidos demostram a potencialidade do método numérico para aplicações em escoamentos com grandes gradientes de propriedades. A robustez do esquema unidimensional é preservada no esquema bidimensional com uma diminuição aceitável do número de CFL. A introdução do integrador químico no esquema numérico aumentou significativamente o tempo de processamento por ponto da malha por iteração, contudo as propriedades relevantes ao processo de combustão são calculadas e se mostram comparáveis com os resultados da bibliografia especializada.

O presente trabalho tem por finalidade a análise experimental do problema de convecção forçada entre placas paralelas no escoamento com transição laminar-turbulento, com condições assimétricas do perfil de temperatura. A determinação dos valores locais dos coeficientes de transferência de calor é obtida aplicando-se a técnica se Sublimação de Naftaleno. De acordo com a analogia entre transferência de calor e transferência de massa as condições experimentais correspondem a situação de transferência de calor onde uma das placas esta a uma temperatura uniforme e a outra é isolada. A seção de testes constitui-se de um canal retangular construido por duas laterais e uma base de duralumínio e uma tampa de acrílico, a qual simula a placa isolada. Sobre a base são instaladas as placas de naftaleno que simulam a superfície isotérmica. Na entrada da seção de testes foi montada uma contração do tipo "boca de sino" que tem por finalidade uniformizar o pérfil de velocidade. As experiências foram realizadas succionando-se ar através da seção de testes o que provoca a sublimação nas superfícies das placas da naftaleno, desgastando-as. Os coeficientes locais de transferência de calor foram obtidos empregando-se a analogia de transferência de calor e massa, medindo-se o desgaste local da placa com um apalpador numa mesa de coordenadas. O desenvolvimento simultâneo das camadas limites térmica e hidrodinâmica é estudado, e são obtidas informações sobre o número de Sherwood no desenvolvimento da camada limite laminar e da camada limite turbulenta. Os coeficientes de transferência são apresentados em forma adimensional (número de Nusselt e Sherwood) e a faixa do número de Reynolds estudada foi de 15.000 a 65.000.

Nesta dissertação são apresentados e implementados numericamente modelos matemáticos, de ordem reduzida, associados aos diferentes módulos encontrados em bancadas de testes estáticos de aplicação usuais em engenharia: bancadas virtuais de testes para Alvo Aéreos e para Geradores de Ar Viciado. No primeiro caso, são estimadas pressões e temperaturas na superfície do elemento quente da bancada a fim de se proceder à análise espectroradiométrica. No segundo caso, são simuladas numericamente, condições de escoamento que prevêem o aparecimento de onda de choque no interior de uma bancada de testes estáticos de Gerador de Ar Viciado. Para representar estas condições, foram utilizados blocos com formulações reduzidas (não utilizam equações diferenciais ordinárias) que permitem o tratamento analítico destas singularidades (relações de Hugoniot). Por fim, esta dissertação apresenta formulações matemáticas desenvolvidas em um contexto de variáveis dependentes, pressão e temperatura, para o estudo do escoamento de substâncias puras, que podem ser utilizadas na estimativa do erro associado quando ao uso da formulação de gás ideal na análise de escoamento de gases reais.

Este trabalho investiga o fenômeno do transporte advectivo de um soluto no escoamento permanente de água em um meio poroso, utilizando medidas condutivimétricas. O meio poroso é constituído por areia compactada no interior de um duto submetido a um escoamento longitudinal de água. O experimento típico consiste na introdução de um traçador na seção de montante do escoamento com a conseqüente observação da resposta a justante do corpo de prova. Dois tipos de fonte são utilizadas para a introdução do traçador, fonte pulso e fonte degrau. A primeira parte do trabalho investiga a possibilidade técnica do uso de medidas condutivimétricas para descrever o fenômeno da dispersão do soluto no meio poroso. A segunda parte do trabalho consiste no estudo da viabilidade de desenvolvimento de metodologia para a estimação dos parâmetros de interesse a partir da modelagem matemática respectiva. / The phenomenon of the advective and diffusive transport of a solute in a steady state flow of water in a porous medium, using conductivimeters, is investigated. The porous medium is made up of sand compacted inside a piece of cylindrical pipe through which a longitudinal water flow is established. For the typical experiment a tracer is injected at the upstream section of the pipe with the consequent observation of the response downstream of the sample. Two kinds of sources are tested for the tracer injection, pulse and step. In the first part of the study the technical possibility of using conductivity tests to describe the dispersion of a solute in a porous medium is investigated. The second part involves the development of the methodology for the estimation of the parameters of interest from the respective mathematical simulation.