Os processos de conversão de energia tendem a considerar cada vez mais restrições econômicas e ambientais, tornando-se necessário o entendimento da interação entre combustão e turbulência. Este trabalho tem como objetivo o desenvolvimento de soluções analíticas para a fração de mistura de uma chama difusiva, sob forma de um jato turbulento axissimétrico. Foi desenvolvida, também, uma metodologia analíticonumérica para a determinação das frações mássicas dos componentes, considerando uma reação de combustão de dois passos. Os resultados foram comparados com dados experimentais encontrados na literatura para uma chama de hidrogênio H2=N2 (50/50% em volume). De modo geral, os resultados obtidos foram satisfatórios frente aos dados experimentais, sendo a principal limitação o fato das expressões analíticas obtidas não serem capazes de representar o jato próximo à saída do bocal, sendo válidas a partir de, aproximadamente, x=d > 10, onde x é a coordenada ao longo do comprimento do jato. A principal vantagem do método empregado neste trabalho é a diminuição da complexidade do sistema de equações a ser resolvido numericamente. / The energy conversion processes tend to consider even more economical and environmental constraints, making it necessary to understand the interaction between combustion and turbulence. This study aims at the development of analytical solutions for the mixture fraction of a diffusive flame in the form of an axisymmetric turbulent jet. It was also considered an analytical-numerical approach for the determination of the mass fractions of the compounds, for a two-step reaction. The results were compared with data found in literature for a hydrogen flame H2=N2 (50/50 % by volume). Overall, the results were satisfactory when compared with the experimental data, however the principal limitation was the fact that the analytical expressions were not able to represent the jet near the nozzle exit, being the solution valid from, approximately, x=d > 10, where x is the coordinate along the jet length. The main advantage of the method employed in this work is the decrease in the complexity of the equations system to be solved numerically.

O presente trabalho foi desenvolvido no Programa de Pós-Graduação em Recursos Hídricos e Saneamento Ambiental do Instituto de Pesquisas Hidráulicas da Universidade Federal do Rio Grande do Sul com o apoio de Furnas Centrais Elétricas S.A., fazendo parte do Projeto de Pesquisa e Desenvolvimento (P&D) intitulado “Análise da Macroturbulência em Dissipadores por Ressalto Hidráulico”. Uma bacia de dissipação por ressalto hidráulico é uma obra hidráulica que possui a finalidade de dissipar a energia cinética do escoamento vertido por uma estrutura de descarga (barragem, eclusa, bueiro, etc...) e restituí-lo ao curso natural do rio. Este tipo de obra possui a função de proteger o solo contra os possíveis efeitos erosivos do escoamento que poderiam comprometer a fundação e, conseqüentemente, a segurança da barragem. Devido às grandes cargas hidráulicas que as barragens podem conter, as bacias de dissipação, que estão sob ação de um escoamento altamente turbulento, poderão estar sujeitas a grandes variações instantâneas de pressão e velocidade, gerando significativos esforços sobre tal estrutura. A ação do escoamento poderá ser tal que provoque esforços que irão promover o levantamento de uma laje da bacia de dissipação sendo necessário, para evitar este fato, prover a estrutura de peso ou ancoragem suficiente condizente com a estas solicitações. Através da análise de dados obtidos em modelos reduzidos foi possível caracterizar o campo de forças sob o ressalto hidráulico quanto a sua magnitude média, flutuações e extremos. Foram então propostas metodologias para a previsão dos esforços extremos que agem sobre uma laje de certa dimensão sob o ressalto hidráulico o que permite dimensionar a estrutura que irá suportar os esforços de levantamento. / The present work was developed in the Programa de Pós-Graduação em Recursos Hídricos e Saneamento Ambiental of the Instituto de Pesquisas Hidráulica of the Universidade Federal do Rio Grande do Sul with support of Furnas Centrais Elétricas S.A., as part the Research and Development Project (R&D) entitled “Análise da Macroturbulência em Dissipadores por Ressalto Hidráulico”. A hydraulic jump stilling basin is a structure that aims to dissipate the flow’s kinetic energy discharged by a dam and restitute it to the natural river bed. This type of hydraulic structure has the function to protect the soil against the flow erosive effects, which could expose the foundation and, consequently, the dam’s safety. Due to the large heads a dam may contain, the stilling basins maybe subjected to great instantaneous pressure and velocity variations, causing significant stresses in such structure. The action of the flow maybe such that can cause the uplift of a stilling basin lining, making it necessary to provide this structure with sufficient weight or anchorage. Through the analysis of these data it was possible to characterize the forces under a hydraulic jump according to its mean value, fluctuations and extremes. Methodologies were proposed to predict the extreme values that act on a lining of a certain dimension and with those design the structures that will resist slab uplift.

Orientador: Katia Lucchesi Cavalca / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Mecânica / Made available in DSpace on 2018-08-17T18:45:51Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Brol_KeilaBelquiz_M.pdf: 7087689 bytes, checksum: b81e96d33b1146da143fae0859da2363 (MD5) Previous issue date: 2011 / Resumo: O desenvolvimento de modelos matemáticos que visam simular as características operacionais das máquinas rotativas é importante para representar uma variedade de fenômenos expressivos que se manifestam durante a operação, para tanto é necessário a modelagem dos componentes que caracterizam o comportamento dinâmico do sistema. Este trabalho tem por objetivo determinar os parâmetros físicos que integram os selos de fluxo de folga fixa e angular ao modelo global de sistemas rotativos. As rigidezes e os amortecimentos são obtidos através da solução de equações governantes para líquidos escoando em selos anulares pelo método clássico das perturbações de ordem máxima um e a solução da ordem zero permite demonstrar a variação da pressão e velocidade para as equações de ordem zero. Os resultados obtidos foram validados com os valores apresentados pela literatura. O resultado deste trabalho poderá ser aplicado na modelagem global de uma máquina rotativa, de modo a tornar a análise mais completa do conjunto girante / Abstract: The development of mathematical models designed to simulate operational characteristics is important to represent a wide variety of expressive phenomena that manifest during the operation, and therefore it is necessary the components modeling that characterize the system dynamic behavior. This study aims to determine the physical parameters that influence the flow seals to fixed angles and variables in the global rotating systems model. The stiffness and damping are obtained by solving the governing equations for fluid flowing in the annular seals using the classic perturbation method of maximal order one. The zero-order solution allows to demonstrate the pressure and speed variation to zero order. The results were validated with the similar tests reported in the literature. This work results are eligible to be applied to model a global rotating machine in order to make a more complete rotor analysis / Mestrado / Mecanica dos Sólidos e Projeto Mecanico / Mestre em Engenharia Mecânica

Orientador: Milton Mori / Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas. Faculdade de Engenharia Quimica / Made available in DSpace on 2018-07-27T05:05:35Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Fudihara_TakeoJonas_D.pdf: 3956087 bytes, checksum: c98e03de893f40fedb25cbc9262b9424 (MD5) Previous issue date: 2000 / Resumo: Este trabalho de tese teve o propósito de buscar uma compreensão complementar das intricadas inter-relações entre os complexos fenômenos de transferência de massa, momento e energia, que se desenvolvem em fomos com jatos de escoamento em vórtice, através da modelagem matemática e simulação computacional, em abordagens bidimensionais e tridimensionais. Analisa-se também a extensão dos efeitos do projeto geométrico, assim como, dos vários modelos matemáticos dentre os quais os modelos de turbulência e de combustão, sobre as características dos escoamentos simulados. O fomo cilíndrico é formado por uma câmara de combustão e um maçarico, sendo aquecido pelo contato direto de um jato de chama. O maçarico está posicionado no centro da parede circular em uma das extremidades da câmara de combustão. Este compõe-se de dois percursos incomunicáveis por onde os reagentes são injetados na câmara; o ar de combustão entra tangencialmente através da área anular, e o combustível através de seu duto interno. O código fluido-dinâmico computacional CFX - versão 4.2, foi utilizado para a obtenção das soluções das equações de transporte, o qual emprega o método dos Volumes Finitos com variáveis co-localizadas resolvendo o sistema em coordenadas generalizadas. As malhas numéricas foram construídas através da técnica dos multi-blocos. Desta forma, as principais características destes fomos foram reproduzidas nesta investigação computacional / Abstract: This thesis had the purpose of reaching a complementary k.nowledge of the intricate inter-relations between the complex phenomena of mass, momentum and energy transfers, which develop in furnaces with vortex flows, by mathematical modelling and computational simulation, in two and three-dimensional approaches. Furthermore, the effects of the bumer design and of the various mathematical models, such as the turbulence models and the combustion models on the characteristics of the simulated flows, were analysed. The cylindrical fumace is formed by a combustion chamber and a burner, heated by the direct contact with a flame jet. The bumer is positioned in the centre of the circular wall in the edge of the fumace chamber. It is composed by two incommunicable paths where the reactants are injected into the chamber; the combustion air enters tangentially by the annular area and the fuel by its internal duct. The computational fluid-dynamics code CFX - 4.2 version, was used to obtain the solution of the transport equations, which employs the Finite Volume method with non­staggered variables solving the system in general curvilinear co-ordinates. The grids was constructed by the multi-block technique. Thus, the principal characteristics of these furnaces were reproduced in this computational investigation / Doutorado / Desenvolvimento de Processos Químicos / Doutor em Engenharia Química

Orientadores: Milton Mori, Waldir Pedro Martignoni / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Quimica / Made available in DSpace on 2018-08-12T22:56:30Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Dias_DanieldeBrito_M.pdf: 5535932 bytes, checksum: 88e566e01cde62262c8caf66d26410e5 (MD5) Previous issue date: 2009 / Resumo: Ciclones são equipamentos amplamente utilizados em indústrias como separadores gássólido. Apesar deste equipamento possuir princípios de funcionamento simples, estudos já demonstraram que o escoamento vorticial confinado inerente aos separadores ciclônicos é, na realidade, muito complexo. O recente avanço em métodos numéricos e poder computacional tornou possível o uso de ferramentas avançadas como a fluidodinâmica computacional (CFD), técnica que propõe a solução das equações de conservação de massa, quantidade de movimento e energia através de métodos numéricos. Sua aplicação a ciclones não deixou sombra de dúvida da complexidade da fluidodinâmica envolvida, mas mesmo com dificuldades abriu caminho para muitos avanços na área. O presente estudo busca somar à vasta literatura ao discutir a variação de alguns parâmetros específicos para a simulação de ciclones. O primeiro parâmetro foi a condição de contorno de saída de sólidos. Foram estudadas algumas configurações que incluem a saída direta, com dip, leg com caixa coletora e parede. Estas variações provaram ser de enorme influência em toda a fluidodinâmica do sistema. Em seguida é feito um estudo da influência do modelo de turbulência nos campos de escoamento. São aplicados os modelos k-epsilon, RNG k-epsilon, SSG-Reynolds Stress Model (SSG-RSM) e Large Eddy Simulation (LES). Os dois primeiros se mostraram inadequados, o SSG-RSM mostrou-se adequado e o LES promissor, porém limitado pela malha esparsa utilizada. Por fim, variou-se a abordagem de modelagem da fase sólida, primeiramente utilizando um modelo Euleriano-Euleriano (E-E) que levava em consideração apenas um diâmetro para a fase sólida e depois um modelo E-E3, com três fases sólidas de diâmetros diferentes sendo simuladas simultaneamente. Através destes modelos foram obtidas curvas de eficiência de coleta fracional e global. Ambos os modelos representaram bem os dados experimentais, mas o E-E3 mostrou superioridade, principalmente no que diz respeito ao tempo total de processamento e escalabilidade da simulação. As geometrias e malhas numéricas foram construídas no pacote ICEM CFD, e os casos resolvidos utilizando o software comercial ANSYS CFX, rodando em paralelo em um cluster de alta performance. Dados experimentais da literatura foram utilizados para validação. / Abstract: Cyclones are widely used in industries as gas-solid separators. Although this equipment features simple operational principles, studies have shown that the confined vorticial flow found in cyclonic separators is, in fact, very complex. Recent advances in numerical methods and computational power have made possible the use of advanced tools such as computational fluid dynamics (CFD), a technique that proposes the solution of the equations of conservation of mass, momentum and energy through numerical methods. Applied to cyclones, CFD has left no doubt on the complexity of the fluid dynamics involved, but much progress has been done in this area. The present study seeks to add to this vast literature with the discussion of the variation of a few specific parameters to cyclone simulation. The first chosen parameter was the boundary condition for the outlet of solids. A few configurations were studied, including a direct outlet, dipleg, dust hopper and wall. These variations proved to be of enormous influence to the fluid dynamics of the system. As a second study, four turbulence models were compared: k-epsilon, RNG k-epsilon, SSG-Reynolds Stress Model (SSG-RSM) and Large Eddy Simulation (LES). The first two proved to be inadequate, SSG-RSM performed the best and LES showed promise, but it suffered the limitations of a coarse mesh. The last studied parameter was the modeling approach to the solids phase, first by utilizing an Eulerian-Eulerian (E-E) model that considered a single diameter for the solid phase and second an E-E3 model, with three solid phases of different diameters being simulated simultaneously. Through these methods the fractional and overall collection efficiency curves were obtained. Both approaches reproduced the experimental data well, but E-E3 was more accurate, also presenting a reduced overall computational time and better scalability. The geometries and numerical meshes were built using the code ICEM CFD, and the cases solved using commercial software ANSYS CFX, running in parallel mode in a high performance computing cluster. Experimental data available in the literature was used as validation. / Mestrado / Desenvolvimento de Processos Químicos / Mestre em Engenharia Química

Questões de aeração forçada ou natural estão intimamente ligadas à capacidade de autodepuração dos corpos hídricos, ou seja, oxidar substâncias agressivas para resultar em baixo teor de toxicidade. Uma das etapas do processamento de efluentes consiste na dissolução de oxigênio em água e, para realizar essa dissolução, utilizam-se aeradores que são unidades (tanques) onde o ar é borbulhado no meio líquido, o qual se desloca em um regime contínuo de escoamento. Esta pesquisa refere-se à obtenção experimental de valores de viscosidade turbulenta para inserção em modelagem fenomenológica da transferência de oxigênio das bolhas de ar para o meio líquido. Tais modelos, se bem realísticos, podem contribuir aos estudos de gestão de recursos hídricos ou em operações nos tratamentos de efluentes líquidos. O método experimental empregado foi a velocimetria por imagem de partículas, no qual foi possível obter velocidades instantâneas do fluido (água). Estas consideram o movimento turbulento, que é o principal responsável pelo transporte de oxigênio da superfície para o seio do corpo hídrico, sendo que essa superfície pode ser livre para o ambiente, ou a superfície de uma bolha. Praticamente, o método consiste em correlacionar posições de partículas traçadoras em suspensão no fluido, as quais são assumidas ter a mesma velocidade do fluido. As posições consecutivas para fornecer a trajetória e a velocidade foram obtidas por imagens capturadas em uma freqüência definida através de uma câmera digital, onde a luz do laser contrastou as partículas em uma área desejada com uma precisão elevada. Então, nessa área (um plano), foi possível correlacionar um perfil de velocidades. Assim, os valores de viscosidade turbulenta foram obtidos para serem usados em modelagem da transferência de oxigênio, os quais poderão contribuir nos estudos de aeração em corpos hídricos. / Problems involving natural or forced aeration are intimately bind to the reaeration of water bodies. Pollutants are oxidized to yield low toxicity conditions. One of the steps of wastewater treatment consists in dissolving oxygen in water. To perform this, aeration tanks are used where bubbling air crosses the continuous liquid flow. This research focuses on the experimental determination of turbulent viscosity values to be used in modeling of oxygen transfer from air bubbles to the bulk liquid. Such models, if realistic enough, may contribute to water resources management studies or in wastewater treatment operations. Particle image velocimetry method was used, by means of which it became possible to obtain instantaneous velocities of the fluid (water). These velocities embody the turbulent flow, which is the main responsible for oxygen transport from the surface to the bulk liquid. This surface may be either facing the atmosphere or the interior of a bubble. In practice, the method consists in correlating tracking particles suspended in the liquid, which are supposed to have the same velocity of the fluid. The successive positions that give path and speed were obtained by images took in predefined intervals by a digital camera. The laser light illuminated the particles in a predefined area with high precision, making possible to determine velocity profiles. Turbulent viscosity values were so determined and may be used in the modeling of oxygen transfer, which may contribute to water body aeration studies.

Em mecânica dos fluidos, especificamente em processos turbulentos, o problema de fechamento representa um dos maiores desafios para qualquer pessoa interessada nesta área. Durante décadas, cientistas vêm usando abordagens estatísticas com o objetivo de \"fechar\" o problema ou, pelo menos, diminuir as dificuldades inerentes. Assim, o presente trabalho apresenta uma criteriosa análise com base em ferramentas estatísticas em que ondas quadradas aleatórias, aliadas a um número fixo de parâmetros, foram utilizadas para criar equações paramétricas para representar um fluxo turbulento unidimensional com uma abordagem a priori, diferenciando de outras abordagens aplicadas amplamente na área, que utilizam uma abordagem a posteriori. Em seguida, simulações foram realizadas, a fim de avaliar o comportamento do modelo. Nas simulações pôde-se reproduzir o comportamento observado na literatura e estipular a abrangência do método. Além disso, uma importante discussão acerca das condições de contorno foi desenvolvida. / In fluid mechanics, specifically in turbulent processes, the closure problem represents one of the biggest challenges for anyone interested in this area. For decades, scientists have been using statistical approaches aiming to close the problem or, at least, decrease the inherent difficulties. So, the present project presents a judicious analyze based on statistical tools in which random square waves, allied with a fixed numbers of parameters, were used to create parametric equations to represent a turbulent flow with an a priori approach, differentiating from other approaches broadly applied in the area, which use an a posteriori approach. Then simulations were done, in order to evaluate the behavior of the model. In the simulations, the behavior of some data from the literature could be followed and the scope of the method was stipulated. Besides this, an important discussion about boundary conditions was developed.

Orientador: Jose Roberto Nunhez / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Quimica / Made available in DSpace on 2018-08-12T02:09:36Z (GMT). No. of bitstreams: 1 LopezMercado_ELvisRonald_M.pdf: 2489103 bytes, checksum: b0f061b75d8be2a9873a7f528ddecb9c (MD5) Previous issue date: 2000 / Resumo: Este estudo propõe a modelagem do escoamento laminar e turbulento com transferência de calor conjugados em tubos de seção cilíndrica. Em vez de usar os métodos convencionais de elementos finitos ou volumes finitos, esta formulação aplica uma técnica diferente que discretiza o fluxo na direção radial usando o método das diferenças finitas de 4_ ordem. Com esta técnica, um sistema composto de várias equações diferenciais ordinárias para a temperatura e outro composto de equações algébricas lineares para as velocidades são obtidas. As equações diferenciais ordinárias são integradas na direção axial utilizando-se o método de Runge - Kutta de 451 ordem. Os valores da viscosidade, massa específica capacidade calorífica e condutividade térmica são funções da temperatura, o qual toma o modelo satisfatório para o cálculo de altos gradientes de temperatura, como no caso dos fomos de refinaria. Para a turbulência, utiliza-se um modelo de ordem zero, no caso do "comprimento de mistura de Prandtl". Como o gradiente da pressão é calculado em cada ponto, a queda de pressão total é obtida através de uma integração ao longo do tubo. Uma característica interessante desta formulação é que para o caso laminar o método é não iterativo, o que o toma mais rápido que os métodos convencionais / Abstract: This study considers the modeling of laminar and turbulent flows with conjugated transference of heat in tubes of cylindrical section. Instead of using the convetional finite element or finite volume methods, this formulation applies a different technique discretizing the flow in the radial direction using a 4th order finite differences method. Using this technique, a system composed of several ordinary differential equations for the temperature and another composed of linear algebraic equations for the velocities are obtained. The equations are integrated in the axial direction using a 4th order Runge Kutta method. The values of viscosity, density, heat capacity and thermal conductivity are dependent on the temperature, which makes the model suitable for the calculation of high temperature gradients, as in the case of refinery fired heaters. The turbulence is taken into account using the "mixing lenght of Prandtl" as a zero order turbulence model. Since the pressure gradient is calculated in each point, the total pressure drop is obtained by integration through out the tube. A very interesting feature of this formulation is that for the study of laminar flow the method is non-iterative, which makes it more desirable and faster than conventional methods / Mestrado / Desenvolvimento de Processos Químicos / Mestre em Engenharia Química

Orientador: Isaias Vizotto / Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Civil, Arquitetura e Urbanismo / Made available in DSpace on 2018-08-24T02:40:36Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Ferreira_AntonioMario_D.pdf: 9010854 bytes, checksum: 0b548385f37faa810cae541ae265ec42 (MD5) Previous issue date: 2013 / Resumo: Este trabalho realiza uma análise numérica e experimental do comportamento de estruturas em cascas de formas livres sob a ação do vento. Inicialmente foram gerados modelos computacionais de formas otimizadas, sendo uma casca de planta pentagonal e outra hexagonal. Na sequência foram construídos modelos físicos reduzidos em laboratório e submetidos a uma série de ensaios em túnel de vento. E, finalmente foram realizadas simulações numéricas dessas estruturas submetidas à ação do vento utilizando o programa computacional ANSYS-CFX do Laboratório de Informática da FEC-UNICAMP. Os modelos físicos reduzidos analisados foram gerados utilizando o software ANSYS e o programa computacional desenvolvido por Vizotto (1993), e construídos no Laboratório de Automação e Prototipagem para Arquitetura e Construção (LaPAC) da FEC-UNICAMP, utilizando inicialmente isopor de alta densidade, que foi posteriormente empregado para execução de fôrmas de concreto armado para moldar os modelos finais em material composto por fibra de vidro e resina, para serem ensaiados no túnel de vento do Laboratório de Conforto Ambiental e Física Aplicada (LaCAF) da FEC-UNICAMP. Os testes no túnel de vento do LaCAF foram realizados em dezesseis fases, sendo compostas por análises para obtenção dos coeficientes de pressão externa e interna, com ventos em regime laminar e turbulento, a 0º e 36º para a casca com forma de planta pentagonal, e a 0º e 30º para a casca com forma de planta hexagonal. Para análises por meio de simulação fluidodinâmica computacional pelo ANSYS-CFX, foi realizada inicialmente uma análise comparativa para os resultados dos coeficientes de pressões externas de um modelo de cúpula sobre o terreno da NBR 6123:1988. O software ANSYS-CFX demonstrou ótima eficiência na configuração realizada, apresentando resultados muito próximos aos da norma brasileira, e essa configuração também foi utilizada na validação física entre os ensaios no túnel de vento e as simulações pelo ANSYS-CFX. É sugerida a utilização dos dados finais na elaboração de normas específicas e uma configuração adequada e segura dentro das características consideradas para a utilização do software ANSYS-CFX como ferramenta para obtenção de coeficientes de pressões / Abstract: This work performs a numerical and experimental analysis of behavior of structures in free form shells about wind action. At first, computational models were generated in optimized forms, being one shell of pentagonal shape and another one hexagonal. After this, reduced physical models were built in laboratory and subjected to several tests in the tunnel of wind. Finally, numerical analyzes of these structures subjected to wind action were achieved using ANSYS computational program from FEC-UNICAMP computer laboratory. Two reduced physical models were analyzed, using the software ANSYS and the computational program that was developed by VIZOTTO I. (1993), and built at the Laboratory of Automation and Prototyping for Architecture and Construction site (LaPAC) from FECUNICAMP. The techniques: one hexagonal and another pentagonal, both made, at first, with Styrofoam in large dense, that was applied to execution of forms of concrete to be sculptured and finalized as a material composed of glass fiber and resin for future test in the wind tunnel at (LaCAF) from FEC-UNICAMP Environmental Comfort and Applied Physics Laboratory. The tests at the wind tunnel from LaCAF were made into sixteen phases, composed by analysis to obtain the coefficients of outside and inside pressure with wind in turbulent and laminar state, at 0º and 30º for hexagonal shape and turbulent and laminar, at 0º and 36º for pentagonal shape. To analyze by simulation computational fluid dynamics by ANSYS-CFX, at first were achieved a comparative analysis to the results of coefficients of outside pressure from a model of dome on the land from NBR 6123:1980. The software ANSYS-CFX showed an excellent efficiency on the made configuration, showing results very closed to the Brazilian rule, and this configuration also was used in the physical validation between the tests at wind tunnel and the simulations by ANSYS-CFX. It is suggested the usage of final data on specific standard preparation and safe configuration for ANSYS software application as a tool to achieve pressure coefficients / Doutorado / Estruturas / Doutor em Engenharia Civil

Orientadores: Milton Mori, Marcos Akra D'Ávila / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Química / Made available in DSpace on 2018-08-21T08:49:15Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Mori_ErickDjin_M.pdf: 2359279 bytes, checksum: ee684b815a4962d2a25990de40b76d0a (MD5) Previous issue date: 2012 / Resumo: Escoamentos gás-líquido-sólido em colunas de bolhas ainda são pouco compreendidos pela comunidade científica. Conhecer melhor a hidrodinâmica em uma coluna de bolhas é condição primordial para o sucesso em seu dimensionamento. Se a natureza do escoamento multifásico por si só é complexa, a tarefa de estudá-lo se torna ainda mais desafiadora, tendo em vista que são poucos os trabalhos consistentes publicados na literatura que abordam a temática. No presente estudo, utiliza-se a técnica da fluidodinâmica computacional (CFD), para conduzir simulações tridimensionais e transientes, a fim de se descrever a hidrodinâmica de um sistema gás-líquido-sólido em uma coluna de bolhas com quantidade intermediária de sólidos. O problema é tratado por meio de uma abordagem Euleriana e a interação interfásica é descrita exclusivamente pelo arraste entre as fases gás-líquido e sólido-líquido. Os resultados numéricos obtidos são confrontados com resultados experimentais da literatura e comprovam a capacidade da ferramenta computacional em descrever o sistema em questão. A análise dos modelos de arraste para a interação sólido-líquido mostrou a relevância da escolha da lei de arraste para descrever corretamente a circulação de sólidos no leito. Para a interação gás-líquido sob as condições analisadas, os modelos que consideram distorções da fase gasosa mostraram melhor desempenho, frente os modelos que consideram apenas bolhas esféricas. A turbulência no meio contínuo foi descrita por modelos de duas equações, os modelos kepsilon e RNG k-epsilon. O último mostrou melhor desempenho em descrever o padrão de escoamento, possivelmente por ter sido concebido para escoamentos vorticiais / Abstract: Gas-liquid-solid flows inside bubble columns are not fully comprehended by scientific community yet. A better knowledge regarding the hidrodynamics of a bubble column is the first step towards reaching its sizing successfully. If the multiphase flow nature by itself presents great complexity, the task of studying it becomes even more challenging, since few are the consistent published work in the literature treating this subject. In the present study, the computational fluid dynamics (CFD) was used to capture the hidrodynamics of a gas-liquid-solid flow inside a bubble column with intermediate solid concentration. The Eulerian approach was used as frame of reference and for the interphase forces only the drag between gas-liquid and solid-liquid phases were considered. The numerical results were compared to experimental data of the literature, showing the ability of CFD in describing the multiphase flow. Furthermore, analysis of drag models for the solid-liquid interaction indicates that the drag law plays an important role in describing the solid circulating in the system. For the gas-liquid interaction under the analyzed conditions, it has been found that the drag laws considering the bubble distortion showed better agreement with experimental data in comparison to the ones that considered bubbles as rigid spheres. The turbulence in the continuous phase was described by a two equation model. Comparison between standard k-epsilon and RNG k-epsilon revealed that in this case, the latter represented better the flow pattern, since it was developed for swirling flows / Mestrado / Desenvolvimento de Processos Químicos / Mestre em Engenharia Química