Neste trabalho é analisado o transporte de massa em meios porosos rígidos, homogêneos e saturados com um fluido incompressível e monofásico, para os regimes de escoamento laminar e turbulento. A equação de transporte de massa macroscópica para o fluido é obtida com o auxílio do conceito de dupla decomposição, donde surge o termo de "dispersão mássica turbulenta". Os fluxos mássicos devido à dispersão, que aparece no processo de aplicação das médias temporal e volumétrica, são representados por um modelo de difusão proporcional ao gradiente da média intrínseca da fração mássica média no tempo. Os tensores de difusidade mássica resultantes desse modelo são obtidos de dois modos: a) para as componentes turbulentas, devidas às flutuações temporais da velocidade e fração mássica, é utilizado o modelo de difusividade mássica turbulenta onde a viscosidade turbulenta macroscópica é obtida através do modelo macroscópico, e b) para as componentes de dispersão, devido aos desvios espaciais da velocidade e fração mássica, são utilizados os resultados obtidos para os campos microscópicos de velocidade e fração mássica em uma célula unitária com condições de contorno periódicas para o escoamento e um gradiente de fração mássica imposto.

This work focuses on the study of impinging jets actuating in both the presence and absence of a porous bed, in both laminar and turbulent regimes by using numerical simulations. Porous medium was treated as rigid, homogeneous and isotropic. The macroscopic transport equations are written for an elementary representative volume yielding a set of equation valid for the entire computational domain. These equations are discretized using the control volume method and the resulting system of algebric equations are solved by the SIP algorithm utilizing the SIMPLE method for the pressure-velocity coupling. Initially, the laminar flow regime is analyzed, followed by turbulent flow simulations, utilizing both Low and High Reynolds turbulence models. Derivations are carried out under the recently established double-decomposition concept. Results show good agreement with literature data, for both laminar and turbulent cases.

A presente proposta tem como objetivo investigar numericamente a influência de uma inserção porosa em um tubo com contração súbita, no qual duas contrações abruptas diferentes foram empregadas com razão entre as seções de 0,285 e 0,10. Casos com escoamento em regime laminar e turbulento são estudados. Na simulação numérica, são empregadas as equações macroscópicas de conservação de massa, quantidade de movimento e de grandezas turbulentas baseadas no conceito da dupla decomposição, as quais são válidas em todo o domínio computacional. Para o fechamento das equações, modelos de turbulência macroscópico k-e lineares de Alto e Baixo Reynolds e não linear de Alto Reynolds são empregados. Primeiramente, os resultados da simulação, sem a inserção porosa, são comparados com dados obtidos de experimentos existentes na literatura, onde o principal parâmetro de comparação é o coeficiente de perda de carga localizada (kc) devido às súbitas mudanças de seção. Em seguida, o escoamento no duto é simulado numericamente com uma inserção porosa. Parâmetros como porosidade, permeabilidade e espessura são variados, onde, para cada caso, as perdas de carga no duto e o comportamento do escoamento na região de contração são analisados e comparados com os respectivos casos sem inserção porosa. No escoamento em dutos com contração súbita, observa-se uma bolha de recirculação logo após a contração que causa uma diminuição da área útil de passagem de fluido, fenômeno conhecido como vena contracta. A contração adicional (vena contracta) gera uma perda de carga ainda mais elevada, assim uma inserção porosa colocada logo após a contração pode diminuir ou eliminar essa recirculação reduzindo seu efeito no aumento da perda de carga. Porém, por outro lado, a própria inserção porosa gera uma perda de carga adicional. Além disso, em muitas situações na engenharia é desejável eliminar ou reduzir a recirculação, bem como uniformizar o escoamento à jusante da contração no duto. No entanto, dependendo de certos parâmetros, tais como porosidade, espessura e permeabilidade da inserção porosa, a perda de carga gerada pode ser muito elevada. Logo, este trabalho visa investigar o problema de forma a obter um melhor entendimento da interdependência dos parâmetros que compõem o meio poroso no comportamento global do escoamento. No cálculo da perda de carga localizada no duto para os casos sem inserção porosa em escoamento turbulento, os resultados obtidos utilizando o modelo de turbulência não linear apresentam uma melhor concordância com os resultados experimentais encontrados na literatura se comparados aos obtidos através dos modelos lineares. Para os casos com inserção porosa, os resultados mostram que apesar da redução ou eliminação da recirculação, as perdas de carga são sempre mais elevadas se comparadas aos casos sem inserção porosa. Além disso, este trabalho mostra o quanto a bolha de recirculação é amortecida e, ao mesmo tempo, o quanto de perda de carga adicional é gerada dependendo de cada inserção porosa considerada, o que pode ser de extrema utilidade em muitos projetos termo-mecânicos, onde, por exemplo, se deseja reduzir ou eliminar a bolha de recirculação e aumentar a troca de calor.

Injetores supersônicos são instalados em túneis de vento transônicos com a finalidade de estender o envelope operacional baseado no número de Reynolds, sem demandar maior potência do compressor principal. O objetivo deste trabalho é estudar numericamente o processo de injeção do Túnel Transônico Piloto do CTA. A câmara de injeção contém cinco bicos injetores localizados no piso e cinco no teto do túnel, os quais operam com número de Mach 1,9, fornecendo quantidade de movimento adicional à corrente principal do circuito do túnel. Tal câmara na verdade é a própria seção de transição do túnel, a qual, por sua vez, localiza-se imediatamente antes do difusor. Devido à grande diferença entre as dimensões dos injetores e da seção transversal do túnel, onde os mesmos encontram-se montados, o tratamento tem que ser necessariamente tridimensional. Para tanto foi desenvolvido um código numérico baseado nas equações de Navier-Stokes com média de Reynolds, seguindo-se o princípio do algoritmo diagonal em diferenças finitas, e efeitos de turbulência foram previstos por meio do esquema de Spalart e Allmaras. Várias hipóteses simplificadoras foram introduzidas para tornar o problema factível e a integração numérica é realizada dividindo o domínio de cálculo em sub-regiões. Mesmo assim, devido ao grande número de pontos, foi aplicada uma técnica de malhas seqüenciais para economizar o tempo computacional. O escoamento na região de mistura foi simulado com sucesso e os resultados foram todos consistentes. Com os valores dos parâmetros conhecidos em todo o domínio computacional, foram calculados o coeficiente de perda de carga, o ganho e a eficiência do processo de injeção - parâmetros estes de grande importância na engenharia de túneis de vento. Entre diversos aspectos físicos muito interessantes, destaca-se a formação de domos de choque e expansão ao longo da direção longitudinal no processo de mistura.

This work focuses on the study of flow and heat transfer in a parallel plate channel with solid and porous baffles, in both laminar and turbulent regimes by using numerical simulations. The main concern is to validate results by using a unique set of equations (for porous, solid and clear domain) for channels with solid baffles, after that change solid to porous baffles and study the effects on flow and heat transfer. Porous medium is treated as rigid, homogeneous and isotropic. The macroscopic transport equations are written for an elementary representative volume, yielding a set of equation valid for the entire computational domain. These equations are discretized using the control volume method, and the resulting system of algebraic equations is solved by the SIP algorithm utilizing the SIMPLE method for the pressure-velocity coupling. Initially, the laminar flow regime is analyzed, followed by turbulent flow simulations, utilizing both Low and High Reynolds turbulence models. Three different baffles heights were chosen for laminar and turbulent flow, aiming for further comparisons to literature data. Derivations are carried out under the recently established double-decomposition concept. Results show good qualitative agreement with literature data, for both laminar and turbulent cases, and good quantitative agreement with literature data, for laminar and some turbulent results.

As aplicações do escoamento de um jato em fluxo cruzado estão em diversas áreas, como na descarga do ar da cabine de aeronaves, no resfriamento das pás das turbinas a gás, no sistema de propulsão de foguetes. No presente trabalho foi realizada uma simulação numérica do escoamento em regime permanente utilizando o software FLUENT. Para validar o modelo numérico empregado baseou-se no trabalho realizado por Calay e Holdo [

Neste trabalho são estudados jatos impingentes, bidimensionais confinados incidindo sobre uma placa aquecida que pode estar ou não coberta por uma camada porosa. O problema foi considerado bidimensional e as simulações foram feitas para o escoamento tanto no regime laminar, quanto no regime turbulento. O meio poroso foi considerado rígido, homogêneo e isotrópico. Utilizou-se o conceito da dupla decomposição para a obtenção das equações macroscópicas que modelam o meio poroso. Estas equações foram discretizadas usando-se o método dos volumes finitos e o acoplamento pressão-velocidade foi resolvido usando o conhecido método SIMPLE. Foram investigadas, principalmente, a distribuição do Nusselt local na placa de incidência e a quantidade de calor retirada da placa, com ou sem a presença do meio poroso. Viu-se que, tanto para o regime laminar quanto para o turbulento, o uso do meio poroso possibilitou amenizar os elevados gradientes de temperatura, distribuir o fluxo de calor ao longo da placa e aumentar a transferência de calor.

No presente trabalho, uma simulação numérica foi adotada para resolver o problema da convecção forçada turbulenta acoplada à condução de calor em um duto de seções transversais quadradas e retangulares. As equações utilizadas para a convecção turbulenta são as equações da conservação de massa, quantidade de movimento e energia (equações médias de Navier Stokes, RANS). Estas equações são acopladas à equação da condução de calor aplicada a quatro placas situadas ao redor do canal. Estas placas são acopladas entre si sem resistência térmica. Assunções foram feitas principalmente no escoamento, tais como condição do escoamento turbulento completamente desenvolvido, incompressível e propriedades constantes. A título de comparação, dois modelos de turbulência foram utilizados para resolver as equações da quantidade de movimento e outros dois modelos para resolver a equação da energia. Isto é, para determinar o campo de velocidade, os modelos de turbulência, k-? não linear (NLEVM) e tensão de Reynolds (RSM) (este último simulado em um código comercial) foram adotados e estudados. O campo de temperatura foi determinado a partir de outros dois modelos: Simple Eddy Diffusivity (SED), baseado na hipótese de Prandtl turbulento constante; e Generalized Gradient Diffusion Hypothesis (GGDH). Neste último, como a transferência de calor turbulenta depende das tensões cisalhantes, a anisotropia foi considerada. Cabe ressaltar que estes dois últimos modelos da equação de energia para o fluido, assim como a equação da condução de calor com incorporação da geração de calor para a parte sólida foram adimensionadas e desenvolvidas no código de programação FORTRAN. Os modelos foram validados baseados nos resultados experimentais e numéricos da literatura. Finalmente, os resultados desta investigação permitem avaliar o campo de temperatura do fluido para diferentes seções da seção transversal ao longo da direção principal do escoamento, o qual é influenciado principalmente pela distribuição da temperatura na parede.

Este trabalho apresenta resultados numéricos para o escoamento turbulento formado por duas correntes coaxiais passando através de contrações e expansões em tubo de seção circular com parede senoidal. O conhecido método de Patankar-Spalding para solução das equações de transporte é empregado. O modelo k-e, em sua forma "standard", é utilizado na modelagem da turbulência. Os resultados apresentados reproduzem primeiramente o caso laminar, com a finalidade de se qualificar o programa computacional desenvolvido. Em seguida, são mostradas soluções para o escoamento turbulento desenvolvido e em desenvolvimento no interior de tubos. Também são apresentados resultados para o campo médio e turbulento através da contração e da expansão ambos com as formas senoidal e cônica. Os resultados indicam o decréscimo do transporte turbulento nas contrações e seu incremento ao longo de difusores.

Calcula-se o escoamento turbulento na entrada de tubos e entre placas paralelas com as versões de Launder-Sharma e Lam-Bremhorst do modelo ';k-épsilon';, válidas paraescoamentos próximos a superfícies sólidas e a baixos números de Reynolds. Resolvem-se numericamente as equações da continuidade, de quantidade de movimento axial, de energia, de k (energia cinética turbulenta) e de ';épsilon'; (taxa de dissipação da energia cinética turbulenta), admitindo as simplificaçãoes da camada limite. A cada passo axial de integração das equações, prvê-se o gradiente de pressão pelo método de Patankar-Spalding e a cada iteração, realizadas para resolver as equações não lineares, este gradiente é corrigido por um método proposto, que é baseado na equação exata do gradiente axial da pressão. Para realizar uma validação do programa decomputador desenvolvido, compararam-se os resultados, primeiro para o escoamento laminar na região de entrada, e depois para o escoamento turbulento desenvolvido. Em seguida obtiveram-se resultados para escoamento turbulentos, com altos valores do número de Reynolds, na região de entrada de tubos e entre placas paralelas; com uma distribuição de k na entrada dos dutos de acordo com os resultados experimentais para a saída da contração, que dirige o escoamento à boca de entrada dos dutos. A concordância entre os resultados teóricos e osexperimentais é muito boa até o ponto onde a velocidade na linha de centro atinge o pico de máximo (overshoot), que corresponde aproximadamente ao encontro das camadas limites. A interação as camadas limites acarreta uma produção negativa de turbulência (supressão), que não é simulada corretamente pelo modelo ';k-épsilon';. Após este ponto de máximo, a discordância entre os resultados é um pouco maior, apesar deainda se prever que a velocidade na linha de centro não tende monotonicamente laminar. Os resultados teóricos para o perfil de tensão turbulenta, ';uv BARRA';, tem um desenvolvimento muito semelhante ao de uma camada limite externa até o ponto de encontro das camadas limites e depois se ajustam a variação linear do escoamento desenvolvido; de acordo com a explicação de Bradshaw para o pico da velocidade média na linha de centro. Obtiveram-se, tambem, os resultados para escoamento a menores números de Reynolds, inclusive, segundo os resultados experimentais para o número de Nusselt, com transição laminar-turbulento. Os resultados teóricos para o número ne Nusselt, obtidos com a versão do modelo ';k-épsilon'; de Launder-Sharma, reproduzem o comportamento dos resultados experimentais, com boa concordância e inclusive com previsão do mínimo no início da transição. Analisando o desenvolvimento da tensão ';uv BARRA'; ao longo do tubo, nota-se que o perfil imposto na boca de entrada, tende a diminuir na região onde o número de Nusselt decai, e cresce abruptamente após o mínimo do número de Nusselt. Como neste caso não havia resultados experimentais da tensão ';uv BARRA'; para comparação, não se pode afirmar, que esta versão do modelo ';k-épsilon'; prevê a transição corretamente neste escoamento. Pelas comparações realizadas, entre resultados teóricos e experimentais, verificou-se que, nos escoamentos analisados, a versão do modelo ';k-épsilon'; de Launder-Sharma apresentou uma performance melhor que a de Lam-Bremhorst.