Dissertação (mestrado)—Universidade de Brasília, Faculdade de Tecnologia, Departamento de Engenharia Mecânica, 2006. / Submitted by Fernanda Weschenfelder (nandaweschenfelder@gmail.com) on 2009-11-06T15:03:39Z No. of bitstreams: 5 DISSERTACAO L G NOLETO_ parte 1_capa a p 53_ preliminares a cap 3.pdf: 499019 bytes, checksum: c41bfe58eac26eb0dbf881f439280b4c (MD5) DISSERTACAO L G NOLETO_parte 2 p 54 a 60.pdf: 4997182 bytes, checksum: 2faea5ad67db38eb66e62f9385dbc3a8 (MD5) DISSERTACAO L G NOLETO_parte 3 p 61 a 64.pdf: 25872865 bytes, checksum: 4efd5c540324ed9fa1c2033a6933d12f (MD5) DISSERTACAO L G NOLETO_parte 4 p 65 a 69.pdf: 2566302 bytes, checksum: 546f8c76db1d9991ab8c42e8af4462b1 (MD5) DISSERTACAO L G NOLETO_parte 5 p 70 a 96 _ cap 4_1_3 ao final.pdf: 4577791 bytes, checksum: 70ca13ea8bc571a6aa8b999780543c4a (MD5) / Approved for entry into archive by Luanna Maia(luanna@bce.unb.br) on 2011-02-03T11:02:37Z (GMT) No. of bitstreams: 5 DISSERTACAO L G NOLETO_ parte 1_capa a p 53_ preliminares a cap 3.pdf: 499019 bytes, checksum: c41bfe58eac26eb0dbf881f439280b4c (MD5) DISSERTACAO L G NOLETO_parte 2 p 54 a 60.pdf: 4997182 bytes, checksum: 2faea5ad67db38eb66e62f9385dbc3a8 (MD5) DISSERTACAO L G NOLETO_parte 3 p 61 a 64.pdf: 25872865 bytes, checksum: 4efd5c540324ed9fa1c2033a6933d12f (MD5) DISSERTACAO L G NOLETO_parte 4 p 65 a 69.pdf: 2566302 bytes, checksum: 546f8c76db1d9991ab8c42e8af4462b1 (MD5) DISSERTACAO L G NOLETO_parte 5 p 70 a 96 _ cap 4_1_3 ao final.pdf: 4577791 bytes, checksum: 70ca13ea8bc571a6aa8b999780543c4a (MD5) / Made available in DSpace on 2011-02-03T11:02:37Z (GMT). No. of bitstreams: 5 DISSERTACAO L G NOLETO_ parte 1_capa a p 53_ preliminares a cap 3.pdf: 499019 bytes, checksum: c41bfe58eac26eb0dbf881f439280b4c (MD5) DISSERTACAO L G NOLETO_parte 2 p 54 a 60.pdf: 4997182 bytes, checksum: 2faea5ad67db38eb66e62f9385dbc3a8 (MD5) DISSERTACAO L G NOLETO_parte 3 p 61 a 64.pdf: 25872865 bytes, checksum: 4efd5c540324ed9fa1c2033a6933d12f (MD5) DISSERTACAO L G NOLETO_parte 4 p 65 a 69.pdf: 2566302 bytes, checksum: 546f8c76db1d9991ab8c42e8af4462b1 (MD5) DISSERTACAO L G NOLETO_parte 5 p 70 a 96 _ cap 4_1_3 ao final.pdf: 4577791 bytes, checksum: 70ca13ea8bc571a6aa8b999780543c4a (MD5) Previous issue date: 2006-10-24 / O objetivo deste trabalho é o estudo numérico do escoamento turbulento em modelos florestais caracterizados através de modelos. Os modelos em questão são o de um cilindro e de uma matriz de cilindros. Foram utilizadas técnicas híbridas de simulação de escoamentos turbulentos, simulação de grandes escalas e a simulação via decomposição de Reynolds. Os resultados foram obtidos com o código ANSYS CFX. A primeira etapa consiste no escoamento em torno de um cilindro finito. Foram utilizadas para este caso a decomposição de Reynolds, a simulação de grandes escalas e a simulação híbrida conhecida como DES. Os resultados foram estudados através de visualizações do escoamento e comparação numérico-experimental dos perfis de velocidade e de intensidade de turbulência. Foram mostradas também visualizações dos resultados instantâneos do escoamento e análise de espectro do sinal temporal. A etapa seguinte consiste no estudo do escoamento em uma matriz de cilindros com a decomposição de Reynolds. Analogamente, os resultados de visualizações e comparação numérico-experimental foram feitos, juntamente com uma análise estatística espacial. Esta análise irá permitir uma estudo dos fluxos dispersivos, bem como uma análise que determine posições de sondas para aquisição de grandezas do escoamento. ________________________________________________________________________________ ABSTRACT / The objective of this work is the numerical study of the turbulent flow in canopy flows with the use of proper models. The models for this work are the flow around a finite cylinder and a cylinder matrix. Hybrid techniques of numerical simulation, alongside with large eddy simulation and Reynolds Averaged Navier-Stokes were used. The results were obtained by the ANSYS CFX commercial software. The first step is the study of the flow around a finite cylinder. For this case, Unsteady Reynolds Averaged Navier-Stokes, Large Eddy Simulation and a hybrid technique known as Detached Eddy Simulation were used. The results were studied first by visualizations of the flow, and numerical-experimental comparing of the velocity and turbulence intensity profiles. Also, visualizations of the instantaneous results and spectra analysis of the velocity signal were showed. The second step is the study of the flow over a cylinder matrix with Unsteady Reynolds Averaged Navier-Stokes. Like the previous case, the results were studied by flow visualization, and numerical-experimental comparation. Then a spatial statistic analysis were made. This analysis allowed a study of the dispersive fluxes, as well as a threshold of the flow that will determine probing conditions for flow quantities.

Tese (doutorado)-Universidade de Brasília, Faculdade de Tecnologia, Departamento de Engenharia Mecânica, 2010. / Submitted by Shayane Marques Zica (marquacizh@uol.com.br) on 2011-03-03T18:40:16Z No. of bitstreams: 1 2010_LucianoGoncalvesNoleto.pdf: 19676064 bytes, checksum: 759d877f60a55d023c3bc4fee4f62d7f (MD5) / Approved for entry into archive by Daniel Ribeiro(daniel@bce.unb.br) on 2011-03-09T23:09:55Z (GMT) No. of bitstreams: 1 2010_LucianoGoncalvesNoleto.pdf: 19676064 bytes, checksum: 759d877f60a55d023c3bc4fee4f62d7f (MD5) / Made available in DSpace on 2011-03-09T23:09:55Z (GMT). No. of bitstreams: 1 2010_LucianoGoncalvesNoleto.pdf: 19676064 bytes, checksum: 759d877f60a55d023c3bc4fee4f62d7f (MD5) / O presente trabalho irá apresentar resultados da simulação de escoamentos turbulentos com geometria móvel. Sua motivação decorre do fato de que este tipo de escoamento ainda representa um desafio em termos de engenharia e de pesquisa. A ocorrência de problemas práticos de escoamentos turbulentos que possuem geometrias móveis é percebida em várias áreas de conhecimento. Para efetuar as simulações, foi empregado o código CORDEL, desenvolvido em linguagem MATLAB pelo laboratório de energia e ambiente da UnB. Para efetuar a simulação da fronteira móvel, metodologias de movimentação de malha foram implementadas no código. Para a simulação do escoamento, empregou-se a modelagem clássica da turbulência com o método dos elementos finitos e a formulação Euleriana-Lagrangeana Arbitrária. Inicialmente, foram implementadas cinco metodologias de movimentação de malha. Quatro baseadas em uma abordagem pseudo-estrutural e uma abordagem pseudo-escoamento. A abordagem pseudo-escoamento, baseada no escoamento de Stokes, foi ineditamente discretizada em um contexto de métodos de projeção em elementos finitos. Os resultados obtidos para a movimentação da malha mostraram que a maioria das metodologias movimentaram a malha de forma adequada, sem apresentar problemas de integridade de malha. A metodologia do pseudo-escoamento mostrou bons resultados mas exigiu um passo de tempo mais baixo. Posteriormente foram simulados dois casos com domínios fixos. Os resultados obtidos se mostram em consonância com a literatura pesquisada. Em uma das simulações com modelagem da turbulência híbrida foi feita uma alteração no valor de uma de suas constantes. Esta alteração objetiva obter resultados mais realistas do arrasto. Os resultados obtidos com o novo valor da constante mostraram um valor de arrasto em maior proximidade com dados numéricos obtidos pela literatura. Finalmente foram efetuadas simulações do escoamento em fronteiras móveis. Os resultados obtidos mostram em consonância com a literatura, mas o caso do cilindro necessita de dados experimentais que o validem. _________________________________________________________________________________ ABSTRACT / The present work presents results of numerical simulations of turbulent flows with moving boundaries. Its motivation is given by the fact that this kind of flow still represents a challenge in terms of engineering and research. The occurrence of practical problems of turbulent flows that has moving boundaries is known in several research areas. To perform the simulations, the Finite Element code CORDEL, developed in MATLAB language by the Laboratory of Energy and Environment of University of Brasilia was employed. It was used a classical turbulence modeling, discretized in a finite element projection method with the Arbitrary Lagrangean Eulerian approach for the moving boundary. Initially, five mesh motion methodologies were implemented: Four based on a pseudo-structural approach and one based on a pseudo-flow approach. The pseudo- flow approach was based on a Stokes flow problem and newly discretized into a finite element projection method. The results obtained for the mesh moving showed that the majority of the methodologies moved the mesh adequately, without presenting integrity problems. The pseudo-flow methodology showed good results, but demanded a lower timestep. Finally, flows with fixed and moving boundaries were simulated. The obtained results showed resemblance with the literature. It was made in one of the hybrid simulations an alteration of the value of one of its constants. This alteration has the objective of obtain more realistic results for drag coefficient. The results with the new value showed an average drag that is closer to tridimensional results at the literature. The results with moving boundaries are similar with the literature, but one of the simulated cases need experimental validation.

Dissertação (mestrado)—Universidade de Brasília, Faculdade de Tecnologia, Departamento de Engenharia Mecânica, 2018. / Este trabalho tem como objetivo a visualização experimental do escoamento em turbinas de eixo horizontal do tipo hidrocinética para um modelo em escala de diâmetro de 230 mm. Modelo este em que se variou o quantitativo de pás, com ensaios para rotores de duas pás, três pás e quatro pás; ainda, foram verificadas as estruturas de escoamento, variando a velocidade do rotor da turbina. Os experimentos foram realizados no túnel de vento com seção de teste em medidas de 2x1x1 m, cuja velocidade de escoamento era de 5 m/s e número de Reynolds Re= 7,9 x 104. Na metodologia, foram empregados dois mecanismos de visualização por fumaça (1. fio de fumaça; 2. Injeção direta por gerador de fumaça). Foram analisadas as propriedades qualitativas referentes ao escoamento na região percebida pela turbina, a partir da utilização de um sistema de controle do túnel de vento e do sistema de aquisição de imagens para posterior observação. Com os resultados obtidos, foram percebidas na esteira próxima, estruturas coerentes e passíveis de caracterização de vórtices de ponta de pá, estes muito bem definidos nos resultados obtidos por imagens a partir do arranjo experimental robusto. / The objective of this work is the experimental visualization of flow in turbines of horizontal axis from the hydrokinetic type for a model with a diameter scale of 230 mm. This model, which was varied the quantitative of blades, perfomed tests for rotors of two, three and four blades, and also verified the flow structures varying the rotor speed of the turbine.The experiments were carried out in the wind tunnel with a test section measuring 2x1x1 m, with flow velocity of 5 m/s and Reynolds's number Re= 7,9 x 104; in the methodology two methods of visualization by smoke (smoke wire and direct injection by smoke generator) were used. The qualitative properties related to the flow in the region perceived by the turbine were analyzed using a wind tunnel control system and an image acquisition system for further observation.With the results obtained, a coherent structure was observed, capable of characterizing vortices of blade tip, these very well defined in the results obtained by images from the robust experimental arrangement.

Tese (doutorado)—Universidade de Brasília, Instituto de Ciências Exatas, Departamento de Matemática, 2018. / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES), Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico (CNPq) e Fundação de Apoio à Pesquisa do Distrito Federal (FAP-DF). / Neste trabalho estudamos escoamentos de fluidos magnéticos em uma cavidade com paredes móveis. Propomos uma formulação vorticidade-função de corrente para resolver o escoamento e a equação de evolução da magnetização. As equações que regem o escoamento foram discretizadas utilizando o método de diferenças finitas. Identificamos os principais parâmetros físicos adimensionais do problema como o número de Reynolds, coeficiente de pressão magnético, tempo de relaxação magnética, magnetização de saturação e a intensidade adimensional do campo aplicado. O campo magnético é gerado por um fio condutor pelo qual passa uma corrente elétrica permanente. O fluido é considerado fracamente magnetizável e o campo magnético é localmente constante. Desta forma, o limite magnetostático das equações de Maxwell é satisfeito fracamente. Com esta geometria bem conhecida estudamos os efeitos de cada um dos termos da equação da magnetização no escoamento. Vimos que o termo convectivo da equação da magnetização transporta fluido magnético no escoamento causando mudanças na magnetização local do fluido no regime permanente. O termo da vorticidade intensifica os desvios angulares da magnetização e verificou-se que o termo precessional é um termo restaurador da magnetização. A fim de obter escoamentos com distribuições de velocidades e vorticidade mais intensas em toda a cavidade, estudamos várias configurações de paredes móveis na cavidade e observamos mudanças cada vez mais significativas no regime permanente quanto mais paredes se moviam. Observou-se que para altos valores do coeficiente de pressão magnética, os escoamentos na ausência do termo precessional, ou seja, para fluidos magnéticos simétricos, o regime das equações governantes não são mais permanentes estacionários, e sim periódicos. Além disso, o aumento do coeficiente de pressão magnética nos leva a regimes aperiódicos. Finalmente, simulações preliminares com campo homogêneo foram realizadas na tentativa de isolarmos os efeitos do termo de precessão na equação da magnetização e do termo de torque magnético no rotacional da equação de Navier-Stokes. / In this work we studied flows of magnetic fluids in a lid driven cavity. We proposed a vorticity-streamfunction formulation to solve the flow and an evolution equation for the magnetization. The equations governing the flow are solved using a finite differences scheme. We identified the main dimensionless physical parameters of the problem as the Reynolds number, magnetic pressure coefficient, magnetic relaxation time, saturation magnetization and the dimensionless intensity of the applied field. The magnetic field is generated by a conductive wire through which a permanent electric current passes. The fluid is considered weakly magnetizable and the magnetic field is locally constant. In this way, the magnetostatic limit of Maxwell's equations is satisfied weakly. With this well-known geometry we study the effects of each of the terms of the magnetization equation in the flow. We have seen that the convective term of the magnetization equation carries magnetic fluid in the flow causing changes in the local magnetization of the fluid in the steady state. The vorticity term intensifies the angular deviations of magnetization and it has been found that the precessional term is a magnetization restoring term. In order to obtain flows with more intense distributions of velocities and vorticity throughout the cavity, we studied several configurations of moving walls in the cavity and observed more and more significant changes in the permanent regime as more walls moved. It was observed that for high values of the magnetic pressure coefficient, flows in the absence of the precessional term, that is, for symmetrical magnetic fluids, the steady state regime of the flow is not stationary, but periodic. In addition, the increase in the magnetic pressure coefficient leads us to aperiodic regimes. Finally, preliminary simulations with homogeneous field were performed in an attempt to isolate the effects of the precession term on the magnetization equation and the magnetic torque term in the rotational of the Navier-Stokes equation.

Dissertação (mestrado)—Universidade de Brasília, Faculdade de Tecnologia, Departamento de Engenharia Mecânica, 2018. / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES). / Neste trabalho estudamos escoamentos parabólicos e elípticos de fluidos magnéticos a partir de simulações numéricas, utilizando o problema da camada limite laminar sobre placa plana e o problema de convecção termomagnética dentro de uma cavidade delgada como estudos de caso. Em cada caso, investigamos diferentes aspectos relativos a interação entre os campos das variáveis eletromagnéticas e hidrodinâmicas dos problemas abordados. No problema da camada limite, exploramos os efeitos do acoplamento entre o campo de vorticidade e magnetização. Inicialmente, atacamos o problema de maneira heurística via análise de escalas, com o objetivo de estimar a ordem de magnitude de cada termo presente nas equações governantes e simplificar o sistema de equações. As equações da camada limite e da magnetização são resolvidas numericamente a partir do método das diferenças finitas, utilizando um esquema de discretização apropriado para solução de problemas parabólicos do tipo Crank-Nicolson. Por fim, estudamos a influência dos parâmetros adimensionais sobre a força total exercida sobre a parede e sobre a espessura da camada limite, comparado os resultados numéricos com uma solução assintótica. No problema de convecção termomagnética interna, investigamos o processo convectivo induzido pela estratificação do campo de magnetização em função da distribuição de temperatura. Para solução numérica do sistema de equações, utilizamos uma formulação de acoplamento pressão-velocidade baseada no método de projeções de segunda ordem no tempo. As soluções encontradas são comparadas com benchmarks disponíveis na literatura e com resultados anteriores obtidos pelo grupo. Analisamos os efeitos das condições de contorno magnéticas sobre o número de Nusselt local e global para diferentes combinações entre números de Prandtl e Rayleigh. / In this work we study the parabolic and elliptical flows of magnetic fluids via numerical simulations, using the laminar boundary layer on flat plate and the problem of thermomagnetic convection inside a thin cavity as case studies. In each case, we investigate different aspects related to the dynamics of magnetic fluids. In the boundary layer problem, we explore the coupling effects between the vortex field and the magnetization field. We first tackle the problem heuristically via scaling analysis, in order to estimate the order of magnitude of each term present in the governing equations and to simplify the system of equations. The boundary layer and magnetization equations are solved numerically from the finite difference method using an appropriate Crank-Nicolson discretization scheme to solve parabolic problems. Finally, we study the influence of the dimensionless parameters on the total force exerted on the wall and on the thickness of the boundary layer, comparing the numerical results with an asymptotic solution. In the internal thermomagnetic convection problem, we investigated the convective process induced by the stratification of the magnetization field as a function of the temperature distribution. For the numerical solution of the system of equations, we use a pressurevelocity coupling formulation based on a second order projection method. The solutions found are compared with benchmarks available in the literature and with previous results obtained by the group. We analyzed the effects of magnetic boundary conditions on local and global Nusselt numbers for different combinations of Prandtl, Rayleigh numbers and aspect ratios.

Dissertação (mestrado)—Universidade de Brasília, Faculdade de Tecnologia, Departamento de Engenharia Civil e Ambiental, 2015. / Nos últimos tempos o Brasil vem desenvolvendo um crescimento significativo em diferentes campos da indústria. Isto tem gerado a necessidade de novas e diferentes obras civis as quais trazem importantes desafios para a engenharia brasileira. Centrais nucleares, oleodutos, gasodutos, adutoras de barragens e outras construções de grande porte são alguns dos projetos que requerem a utilização de sistemas hidráulicos de diferentes tamanhos, materiais e dispositivos que variam de acordo com os requisitos e utilidades. A análise de escoamentos em regime transiente é um dos principais itens no planejamento de projetos de sistemas de transportes de fluidos (líquido e/ou gás). O aumento das pressões nas tubulações pode gerar risco no funcionamento normal das mesmas, gerando danos parciais ou totais (onde se inclui o colapso do sistema), trazendo graves consequências como: contaminação do ambiente, perdas econômicas ou ainda a perda de vidas humanas (explosão de sistemas com líquido inflamável). A abordagem consiste em estudar o fenômeno transiente em dutos forçados através da análise das ondas de pressão do fluido utilizando o Método das Características onde a solução se procedeu mediante o método das diferenças finitas. Tais métodos foram desenvolvidos no programa computacional TRANSPETRO-1D (Nascimento, 2002) no qual se fizeram algumas implementações de acordo as investigações realizadas. Para este trabalho, foram executadas simulações com o intervalo de valores de cada uma das principais propriedades mecânicas e físicas do duto e do fluido, juntamente com as condições de contorno envolvidas no sistema, tais como válvulas, inclinação do duto, chaminé de equilíbrio, entre outras. Os resultados obtidos mostraram boa concordância com as formulações analíticas e dados experimentais encontrados na literatura. / In recent times, Brazil has experienced significant growth in different industrial fields. This has created the need for new and different civil works presenting important challenges to the Brazilian engineering. Nuclear power plants, pipelines, gas pipelines, hydroelectric power plants and other major buildings are some of the projects that require the use of hydraulic systems of different sizes, materials and devices that vary according to the requirements and utilities. The flow analysis in transient regime is one of the main items in the planning of fluid transport systems projects (liquid and / or gas). Increased pressure in the pipes can generate risk in the normal functioning, generating partial or total damage (system breakdown). This can result in serious consequences such as economic loss, environmental pollution, or the loss of human lives (explosion systems with flammable liquid). The present numerical study of transient phenomenon in forced ducts. The study fluid pressure waves by characteristics method. The numerical solution was carried out by the finite difference method. Such methods have been developed in the computer program TRANSPETRO-1D (Nascimento, 2002) according to investigations some implementations were made in this. The present work, simulations were performed with the range of values of each of the main mechanical and physical properties of the fluid and duct and together with the boundary conditions involved in the system such as valves, tilt duct, surge tank, among others. The results supported the analytical formulations and experimental data in the literature.

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.

Dissertação (mestrado)—Universidade de Brasília, Faculdade de Tecnologia, Departamento de Engenharia Mecânica, 2015. / Submitted by Fernanda Percia França (fernandafranca@bce.unb.br) on 2016-01-05T15:01:51Z No. of bitstreams: 1 2015_LúcioGomesNascimento.pdf: 2249464 bytes, checksum: fafa46e2083c147b160da6586473ec64 (MD5) / Approved for entry into archive by Raquel Viana(raquelviana@bce.unb.br) on 2016-01-15T15:55:08Z (GMT) No. of bitstreams: 1 2015_LúcioGomesNascimento.pdf: 2249464 bytes, checksum: fafa46e2083c147b160da6586473ec64 (MD5) / Made available in DSpace on 2016-01-15T15:55:08Z (GMT). No. of bitstreams: 1 2015_LúcioGomesNascimento.pdf: 2249464 bytes, checksum: fafa46e2083c147b160da6586473ec64 (MD5) / O padrão de escoamento das golfadas severas existentes em sistemas pipeline-riser acoplados a separadores submarinos do tipo VASPS, implementados na prospecção de petróleo offshore, é caracterizada por ser do tipo instável. Uma vez que este padrão apresenta flutuações na produção, o nível de líquido no interior do VASPS muda de acordo com a frequência de produção. Além disso, ele pode causar danos permanentes à bomba do tipo BCS (bomba centrífuga submersa) inserida no fluido, ou prejudicar a eficiência da separação, produção e ainda assim prejudicar o escoamento de gás derivado do escoamento multifásico do poço. São definidos dois critérios de estabilidade em função das transições nos padrões de escoamento característicos para a estabilidade ou não do sistema de separação e produção. São fixados valores constantes para a velocidade superficial de líquido (VSL) e para as razões de ar e água (RGO) a fim de serem analisados e estudados os padrões de escoamento de acordo com cada critério atendido (eliminação ou redução das golfadas severas) e, portanto, obter os pontos de operação ideais entre as vazões e as pressões características para a manutenção de escoamento permanente de acordo com o controle da válvula de estrangulamento e/ou controle na pressão do separador. Para cada valor fixado os resultados se comportam de maneira diferente em relação ao anterior, devido a mudança do escoamento ser significativa. A partir dos resultados podem ser obtidas as equações empíricas em função dos pontos de operação ideais para a estabilidade da separação e produção multifásica e finalmente poder acoplá-las ao controle do sistema através dos mecanismos existentes. / The flow pattern of the severe slugging in pipes coupled to subsea separators type VASPS, implemented on offshore oil drilling is unstable. Once this pattern features fluctuating flow in the production, the level of liquid within the present VASPS changes according to the frequency of production. Beyond this it may cause permanent damage to the pump type ESP (electrical submersible pump) inserted in the fluid, or impair the efficiency of production separation and yet it harm the derived gas of the multiphase flow from the well. Two criteria of stability are defined in terms of the transitions of the characteristics flow patterns in relation to the flow separation and the current production system. They are fixed constant values for the superficial liquid velocity (VSL) and the air-water ratios (RGO) to be analyzed and studied the flow patterns according to each criterion attended (elimination or reduction of severe slugging flow) and thus get optimum operating points between the characteristic pressures and the flow rates for maintaining permanent flow according to the control of the choke valve and/or through control the pressure in the separator. For each set values results behave differently in relation to the previous, because the change of the flow is significant. From the results one can obtain empirical equations as a function of the optimal operating points for the stability of the separation and the multiphase flow production, and finally to associate them to the control system via existing mechanisms.