Made available in DSpace on 2018-08-01T23:29:04Z (GMT). No. of bitstreams: 1 tese_10249_Rômulo Fieni Fejoli.pdf: 7948045 bytes, checksum: 8967ae4538f0ddca168c3e5552421697 (MD5) Previous issue date: 2016-07-13 / Neste trabalho, é investigada a dinâmica interfacial de uma gota de óleo em água que flui através de um capilar reto e com garganta com geometria axial. O problema bidimensional, transiente, de fluidos newtonianos incompressíveis, bifásico, com forças de inércia pequenas, representa de forma simplificada, o que ocorre no reservatório de petróleo na escala microscópica durante a mobilização das gotas de óleo. A solução numérica do problema com interface é obtida pelo acoplamento dos métodos VOF (Volume of Fluid) e Level-set. Os resultados mostram que a dinâmica do processo do escoamento da gota de óleo, principalmente em capilares com garganta, provoca uma redução de mobilidade do escoamento, traduzido pelo parâmetro fator de bloqueio, o qual é influenciado pelos parâmetros adimensionais: número de capilaridade, razão de viscosidades e razões de diâmetros (da gota e do capilar). Obteve-se uma correlação destes parâmetros com o fator de bloqueio, em que seu valor decai para valores abaixo de um, com o aumento da razão de viscosidade e do tamanho da gota, e também uma pequena sensibilidade com a diminuição do número de capilaridade. De uma forma geral, a gota de óleo se deforma em maior ou menor grau em resposta aos parâmetros adimensionais, apresentando maior deformação com a diminuição da razão de viscosidades e do número de capilaridade. A presença da garganta aumenta significativamente a pressão assim como a velocidade de escoamento na garganta. Todas as simulações foram realizadas no software comercial ANSYS® Fluent® por meio de um longo processo de aprendizagem que permitiu adquirir conhecimentos importantes para este trabalho.

Made available in DSpace on 2016-12-23T14:08:12Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Estudo de um Novo Modelo Constitutivo de Fluidos.pdf: 1977718 bytes, checksum: 7a35032e9d735176c39ffb1da6e70cef (MD5) Previous issue date: 2008-11-28 / Flow of viscoplastic material is extremely common in many industrial processes. A practical application includes the drilling of petroleum wells where the drilling mud must carry the drill chips with a minimum pumping power. It is obtained using a drilling mud as a highly viscoplastic material. The material used on cementation of drilling wells also exhibit a highly viscoplastic behavior. Other interesting phenomenon involving viscoplastic materials is the mucus displacement in pulmonary airways. The good understanding of the physical mechanism involved in all processes mentioned before is dependent of a good rheological characterization of the viscoplastic material involved. The viscoplastic behavior of the liquid is generally modelled by the generalized Newtonian liquid model with a typical viscosity function equation. One of the most common equation employed is the Herschel-Bulkley viscosity function. This equation predict an infinite viscosity in the limit of zero-shear-rate and this behavior is not compatible with continuity equation for many complex flows. In the present work a viscosity function recently proposed by Souza Mendes and Dutra (2004) is used to perform numerical simulations via finite element method of the flow of yield-stress materials. This viscosity function encompasses most of the viscoplastic and pseudoplastic models such as Herschel-Bulkley, Papanastasiou, Bingham and Carreau as special cases. In order to compare with the results available in the literature, the geometry chosen is the classic 4:1 abrupt contraction. One important dimensionless number analyzed is the jump number J that gives a relative measure of the shear rate jump that occurs when the extra-stress-tensor reaches the yield-stress plateau on the flow field / O escoamento de materiais viscoplásticos é extremamente importante devido sua vasta aplicação industrial. Uma aplicação prática do escoamento de materiais viscopláticos ocorre na perfuração de poços de petróleo. O carreamento do cascalho produzido na perfuração de poços de petróleo é obtido com uso da lama de perfuração. A utilização de lamas de perfuração com propriedades viscoplásticas diminui a potência necessária ao bombeamento desse material. O material utilizado na cimentação dos poços de petróleo também possui propriedades altamente viscoplásticas. Um outro fenômeno que está associado a um escoamento de material tipicamente plástico é o escoamento do muco nas vias áereas pulmonares. O bom entendimento dos mecanismos físicos envolvidos nos processos mencionados depende de uma boa caracterização reológica dos materiais viscoplásticos envolvidos. O comportamento viscoplástico é geralmente modelado pelo modelo de Fluido Newtoniano Generalizado com uso de alguma função típica para descrever a viscosidade. Uma equação para a viscosidade muito utilizada é a de Herschel-Bulkley. Essa equação prevê viscosidade infinita para valores de tensão abaixo da tensão limite de escoamento. Esse comportamento não é compatível com o comportamento previsto pela equação da continuidade para fluidos complexos. No presente trabalho utiliza-se a função viscosidade recentemente proposta por Souza Mendes e Dutra (2004) para uma análise numérica, utilizando-se o método dos elementos finitos, do escoamento de materiais viscoplásticos. Essa função engloba a maioria dos modelos viscoplásticos e pseudoplásticos tais como Herschel-Bulkley, Papanastasiou, Bingham e Carreau. A fim de comparar os resultados previstos pelo presente trabalho com os disponíveis na literatura, a geometria escolhida é a clássica contração abrupta 4:1. Um importante número adimensional analisado é o número J que dá uma medida relativa do salto na taxa de deformação quando atingida a tensão limite de escoamento.

O presente trabalho apresenta o estudo e implementação de um algoritmo numérico para análise de escoamentos turbulentos, tridimensionais, transientes, incompressíveis e isotérmicos, através da Simulação de Grande Escalas, empregando o Método de Elementos Finitos. A modelagem matemática do problema baseia-se nas equações de conservação de massa e quantidade de movimento de um fluido quase-incompressível. Adota-se um esquema de Taylor-Galerkin, com integração reduzida e fórmulas analíticas das funções de interpolação, para o elemento hexaédrico de oito nós, com funções lineares para as componentes de velocidade e constante no elemento para a pressão. Para abordar o problema da turbulência, emprega-se a Simulação de Grandes Escalas, com modelo para escalas inferiores à resolução da malha. Foram implementados o modelo clássico de Smagorinsky e o modelo dinâmico de viscosidade turbulenta, inicialmente proposto por Germano et al, 1991. Uma nova metodologia, denominada filtragem por elementos finitos independentes, é proposta e empregada, para o processo de segunda filtragem do modelo dinâmico. O esquema, que utiliza elementos finitos independentes envolvendo cada nó da malha original, apresentou bons resultados com um baixo custo computacional adicional. São apresentados resultados para problemas clássicos, que demonstram a validade do sistema desenvolvido. A aplicabilidade do esquema utilizado, para análise de escoamentos caracterizados por elevados números de Reynolds, é discutida no capítulo final. São apresentadas sugestões para aprimorar o esquema, visando superar as dificuldades encontradas com respeito ao tempo total de processamento, para análise de escoamentos tridimensionais, turbulentos e transientes .

Uma grande parte dos medidores de vazão instalados em todo mundo são placas de orifício. Existem motivos para esta grande aceitação: o seu baixo custo e a boa precisão destes medidores, isto quando se trata de escoamentos monofásicos. Para estes escoamentos uma grande quantidade de dados técnicos estão disponíveis na literatura. Entretanto quando se trata de escoamentos multifásicos a quantidade de informações técnicas disponíveis é muita pequena. Além disto é bem conhecido que as informações obtidas para os escoamentos monofásicos não pedem ser transferidas aos multifásicos sem comprometer a exatidão das medidas. O objetivo deste trabalho é obter informações a respeito do comportamento de escoamentos bifásicos água-ar, ao passarem por uma placa de orifício de bordos chanfrados. Este estudo está baseado na resposta dinâmica das flutuações no escoamento (flutuação do diferencial de pressão) e a posição da veia contraída na placa de orifício. Estas informações, permitirão no futuro estabelecer uma correlação entre estes escoamentos e fornecer subsídios para futuros trabalhos que possibilitem a redução nos erros cometidos ao se usar placas de orifício na medida de escoamentos bifásicos. / Orifice plate is one of the most used flow meter, all over the world. There are good reasons for the great usage: low costs and good uncertainty, which is true for single-phase flow situations, only. Great amount of data are also available in the technical literature. For multi-phase flow situations, thougt, the amount of data is not so. It is well known, from the experience, that technical informatios coming from a singlephase flow situation can not be used straighforward in multi-phase flow, without compromising the uncertainty of the measurement. The purpose of this work is provide more information about the orifice plate in two-phase flow mixture, air-water, to better understand the flow behaviour. The study is basead on the dynamic response of the flow fluctuations (differential pressure fluctuations) and on the position of the vena contracts in the sharp orifice plate. These informations might give good correlation between both types of flow and, in the future, reduce the uncertainty of the measurements in two-phase flow situations.

Na erosão em entressulcos o solo é desagregado pela chuva e transportado pelo escoar de uma delgada lâmina de água, que, em seguida, na erosão em sulcos, se concentra em pequenos canais, com maior capacidade de desagregação de solo pela tensão cisalhante que se desenvolve. Este trabalho foi realizado com o objetivo de avaliar, na erosão em entressulcos, as condições hidráulicas, relações de desagregação e transporte do solo em condições de solo descoberto, bem como as condições hidráulicas e as taxas de desagregação com o solo coberto por palha de soja e, na erosão em sulcos, avaliar a erodibilidade do solo e as condições hidráulicas do escoamento em sulcos pré-formados em solo recém trabalhado e em solo com um ano de consolidação natural. Utilizou-se no estudo um Argissolo Vermelho distrófico típico. Em laboratório conduziram-se dois experimentos de erosão em entressulcos sob chuva simulada de uma hora e intensidade planejada de 75 mm h-1, sendo um dos experimentos com o solo descoberto e declives de 0,045; 0,09 e 0,18 m m-1, com solo saturado e sob drenagem livre e o outro com o solo sob as doses de 0; 0,05 ; 0,1; 0,2 ; 0,4 e 0,8 kg m-2 de palha de soja e declive de 0,10 m m-1. Um terceiro experimento de erosão em entressulcos foi realizado a campo com solo descoberto, declive de 0,0915 m m-1, com uma hora de chuva com intensidade de 75 mm h-1. No estudo da erosão em sulcos, dois experimentos foram conduzidos a campo em declive médio de 0,067 m m-1, pela aplicação de chuvas com intensidade de 70 mm h-1 durante 80 minutos. Nos últimos 20 minutos de chuva adicionaram-se fluxos extras de 0, 10, 20, 30, 40 e 50 L min-1 nos sulcos em solo recém preparado e de 0, 20, 40, 60, 80 e 100 L min-1, nos sulcos em solo consolidado. Determinaram-se valores de erodibilidade em entressulcos de Ki= 2,55x106 kg s m-4, de erodibilidade em sulcos de Kr= 0,0024 kg N-1 s-1 e tensão crítica de cisalhamento de Tc= 2,75 Pa. A presença de resíduos vegetais na superfície provocou um aumento da rugosidade hidráulica em entressulcos, com a conseqüente diminuição das taxas de desagregação do solo. O transporte de sedimentos em entressulcos foi melhor descrito por relações que contemplam a tensão cisalhante. O regime de escoamento nos sulcos passou de turbulento subcrítico em solo recém preparado, para turbulento supercrítico em solo consolidado, devido a diminuição da rugosidade superficial. Houve aumento da resistência e redução das taxas de desagregação do solo durante o período de consolidação. / Soil particles are detached by raindrop impacts in the interrill soil erosion process and transported by a thin layer of flowing water, which afterwards may concentrate in smail channels, thus increasing detachment capacity due to the shear stress of the flow acting on the channel walls. This study was conducted with the objective of evaluating hydraulics conditions, detachment and transport rates under bare soil conditions as well as under soul covered by soybean residues in the interrill erosion process and also to study the rill erosion process under conditions of fresh-tilled and consolidated soil. A sandy clay loam Paleudult soil was used. Three experiments were conducted for interrill soil erosion, two in laboratory applying one hour rainfall with intensity of 75 mm h-1 and one under field conditions, applying one-hour rainfall with intensity of 75 mm h-1. One laboratory experiment evaluated interrill erosion under saturated soil and with a free drainage after applying a water tension of 60 cm of water column, both with three slope conditions: 0,045; 0,090 and 0,180 m m-1. In a second laboratory study, interrill soil erosion was evaluated with soil covered by soybean residues with leveis of 0,00; 0,05; 0,10; 0,20; 0,40 and 0,80 kgm-', under slope of 0.1 m m-1. A third interrill experiment was conducted in the field with bare soil and slope of 0.0915 m m-1 under one hour 75 mm h-1 simulated rainfall. In the NI erosion studies, two field experiments were conducted, on a average slope of 0.067 m m-1 and using 80 minutes of simulated rainfall of 70 mm h-1. In the last 20 minutes of rainfall extra inflows were added at rates of 0, 10, 20, 30, 40 and 50 L min-1 in preformated rills on fresh tilled soil and 0, 20, 40, 60, 80 and 100 L min-1 in rills with one year of soil consolidation. Interrill soil erodibility of Ki= 2.55 x 106 kg s m-4, rill soil erodibility of Kr= 0.0024 kg N-1 s-1 and criticai shear stress of Tc= 2,75 Pa were determined for the used soil. The soybean residues on soil surface increased the hydraulic surface roughness and thus reducing the interrill soil detachment rates. The interrill sediment transport was more closely explained by relations that includes a factor for excess shear stress of the flow. In the rills the soil consolidation process changed flow conditions from subcritical turbulent on fresh tilled soil to supercritical turbulent flow on consolidated soil. The soil consolidation increased the soil strength and reduced the rill erosion detachment rates.

Tese de mestrado integrado. Engenharia Civil - Hidráulica. Faculdade de Engenharia. Universidade do Porto. 2012

Tese de mestrado integrado. Engenharia Mecânica. Faculdade de Engenharia. Universidade do Porto. 2009

Tese de mestrado. Vias de Comunicação. 2006. Faculdade de Engenharia. Universidade do Porto

Tese de mestrado integrado. Engenharia Mecânica. Faculdade de Engenharia. Universidade do Porto. 2010

Estágio realizado no Centro de Nanotecnologia e Materias Técnicos, Funcionais e Inteligentes e orientado pelo Doutor Tiago Sotto Mayor / Tese de mestrado integrado. Engenharia Mecânica. Faculdade de Engenharia. Universidade do Porto. 2010