Dissertação (mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico. Programa de Pós-Graduação em Engenharia Mecânica. / Made available in DSpace on 2012-10-19T17:57:02Z (GMT). No. of bitstreams: 1 189240.pdf: 2582764 bytes, checksum: 916cfd571ecacab38cfb43aac4f56445 (MD5) / O trabalho aqui presente destina-se a fazer uma abordagem de um problema de Otimização de Forma, via Método de Elementos Finitos de Galerkin, sendo os alvos de estudos as equações de Navier-Stokes e Continuidade (bidimensionais). Os escoamentos aqui tratados são incompressíveis e encontram-se em regime permanente. O objetivo do trabalho é dado um escoamento sobre uma superfície, encontrar a forma desta que "minimiza" a dissipação viscosa do escoamento analisado. Sendo esta definida como a função objetivo do nosso problema de ótimo, e onde as restrições encontradas são do tipo lateral e/ou volumétrica. O tratamento dado neste trabalho ao problema de otimização de forma é fortemente baseado no cálculo do gradiente da função objetivo, que é feito numericamente. Este cálculo se dá através de diferença finita central, onde cada uma das variáveis de projeto são "perturbadas" em ambas as direções. A cada perturbação dada uma nova malha é gerada para o domínio e a análise do escoamento é refeita. A formulação implementada para a análise do escoamento, possui ainda parâmetros de estabilização que possibilitam o tratamento de escoamentos em que valores elevados do número de Reynolds (Re ~ 1000) estejam envolvidos, bem como permitem a não satisfação das condições de Brezzi-Babuska (ou condições de inf-sup). A eficiência desta estratégia é checada em duas aplicações. O critério de otimalidade adotado é a satisfação das condições de Kuhn-Tucker

Made available in DSpace on 2014-06-11T19:23:39Z (GMT). No. of bitstreams: 0 Previous issue date: 2004-05-17Bitstream added on 2014-06-13T20:30:31Z : No. of bitstreams: 1 bueno_ss_me_ilha.pdf: 1064602 bytes, checksum: fd46f925f2d20ccedc49c80672da6280 (MD5) / Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo (FAPESP) / Neste trabalho, apresenta-se um modelo numérico distribuído para a simulação dos escoamentos do fluido refrigerante e do ar, no regime transiente, em evaporadores de expansão seca de serpentina com tubos aletados, comuns em sistemas de refrigeração e ar condicionado. No modelo proposto, o escoamento do fluido refrigerante no interior dos tubos é dividido em duas regiões: uma de escoamento bifásico líquido-vapor e uma de escoamento de vapor superaquecido. Considera-se a queda de pressão no interior dos tubos e a condensação do vapor d'água do ar que escoa em fluxo cruzado na parte externa dos tubos. O escoamento bifásico do fluido refrigerante é simplificado como um escoamento unidimensional, considerando o deslizamento entre as fases de líquido e de vapor. Para o escoamento do refrigerante, resolvem-se as equações de conservação da massa, da quantidade de movimento e de conservação da energia. Para o escoamento de ar, são resolvidas as equações de conservação da energia e de conservação da massa (umidade). Resolve-se, também, a equação da conservação da energia para a parede do tubo, para se obter a sua temperatura. O método de volumes finitos é utilizado na discretização das equações governantes e o método de Newton-Raphson é utilizado para a solução do sistema de equações resultante. Inicialmente, condições de regime permanente são assumidas e, posteriormente, para avaliar o comportamento transiente do evaporador, uma variação em degrau da vazão em massa de refrigerante é imposta em sua entrada. O modelo permite o cálculo da vazão de refrigerante, conhecidas as condições de operação e os parâmetros geométricos, usando-se o processo de estimativa de parâmetros, com o método de minimização de Levenberg-Marquardt. Além disso, o modelo permite a análise de algumas configurações de... . / This work presents a numerical model to simulate the unsteady refrigerant fluid flow and air flow in dry-expansion finned-tube coil evaporators, the kind widely used in air conditioning and refrigeration systems. The model considers the refrigerant flow inside the tubes divided in a region of two-phase flow and a single-phase region, where the refrigerant is in the superheated state. The refrigerant pressure drop and the moisture condensation on the air flow crossing the outside of the tubes are also taking into account. The refrigerant two-phase flow is taken as one-dimensional and the slip between the liquid and vapor phases is considered. For the refrigerant flow, mass, momentum and energy conservation equations are solved in order to evaluate the specific mass, velocity, and temperature of the refrigerant fluid, respectively. For the air flow, energy and mass (humidity) conservation equations are solved, to obtain, respectively, the temperature and absolute humidity of the air crossing the evaporator. Also, the solution of energy conservation equation for the tube wall is used to determine the wall temperature distribution. Finite Volume Method is used all over to discretize the governing equations and a Newton-Raphson Scheme is utilized for the solution of the resulting system of equations. To analyze the evaporator unsteady behavior, the steady conditions are obtained initially and later a step change in the mass flow rate is imposed at the tube inlet. Obtained results such as superheating degree along the coil and air temperature at the outlet are compared to experimental data available in the open literature. From the model the refrigerant mass flow rate can be determined, from a known operating conditions and geometry parameters, using the process of parameter estimation with the method of Levenberg-Marquardt... (Complete abstract click electronic address below).

Orientador: Luiz Roberto Carrocci / Banca: Maurício Araújo Zanardi / Banca: Marco Aurélio Ferreira / Resumo: O estudo do escoamento bifásico gás-sólido está incluído no assunto referido ao escoamento multifásico. Este tipo de escoamento multifásico é encontrado no transporte pneumático, combustão do carvão, reatores de leito fluidizado e ciclones. O escoamento bifásico gás-sólido é extremamente complicado devido ao grande número de variáveis envolvidas, a interação entre as fases, e a complexa dinâmica que desenvolve durante o processo. Uma das áreas menos entendidas referente ao estudo do escoamento multifásico é a transferência da quantidade de movimento e o acoplamento entre as fases. A proposta desta dissertação é pesquisar aspectos da transferência da quantidade de movimento em um escoamento bifásico gás-sólido vertical descendente sobre a base das equações unidimensionais desenvolvidas para o referido escoamento. Os efeitos dinâmicos entre as fases são analisados considerando um acoplamento unidirecional tendo em conta termos tais como a força de arraste sobre as partículas, a força da gravidade e o atrito partícula-parede. Para a resolução do modelo teórico foi empregado o método Runge-Kutta-Merson. O modelo teórico permite calcular e avaliar a influência das variáveis do escoamento sobre o perfil axial da velocidade média das partículas e também possibilita a determinação de outras variáveis tais como a fração volumétrica de sólidos. Adicionalmente é projetado um sistema de instrumentação para medir a velocidade média das partículas através da medição do tempo médio de trânsito das partículas. Resultado da pesquisa demonstra o complexo comportamento e as dificuldades encontradas no desenvolvimento da instrumentação para esta classe de escoamento. / Abstract: The study of gas-solid two-phase flow is included in a more general subject named as multiphase flow. This kind of multiphase flow is encountered in the pneumatic conveying, combustion of pulverized coal, fluidized bed reactor and cyclones. The gas-solid two-phase flow is extremely complicated because of the large number of variables involved, the interaction between the phases, and complex dynamical developments occurring in the process. One of the least understood areas of multiphase flows is the momentum transfer or the phase coupling. The purpose of this dissertation is to research aspects of momentum exchange on a vertical downward gassolid flow on the basis of one-dimensional equations developed for gas-solid twophase flow. The dynamic effects between the two phases are considered by one way coupling taking into account terms such as the drag force on the particles, gravity and the particle-wall frictions. For the solution of theoretical model the Runge-Kutta- Merson method was employed. The theoretical model allows to calculate and to evaluate the influence of the flow variables on the axial profile for the average velocity of particles and also enables the determination of other variables such as the solid hold-up. Also it is designed an experimental system to measure the average velocity of particles by measuring the average time of transit of them. The results show the complex behavior and the difficulties in developing instrumentation for this class of flow. / Mestre

Orientador: André Luiz Seixlack / Banca: Marco Antonio Soares de Paiva / Banca: Sérgio Said Mansur / Resumo: Neste trabalho, apresenta-se um modelo numérico distribuído para a simulação dos escoamentos do fluido refrigerante e do ar, no regime transiente, em evaporadores de expansão seca de serpentina com tubos aletados, comuns em sistemas de refrigeração e ar condicionado. No modelo proposto, o escoamento do fluido refrigerante no interior dos tubos é dividido em duas regiões: uma de escoamento bifásico líquido-vapor e uma de escoamento de vapor superaquecido. Considera-se a queda de pressão no interior dos tubos e a condensação do vapor d'água do ar que escoa em fluxo cruzado na parte externa dos tubos. O escoamento bifásico do fluido refrigerante é simplificado como um escoamento unidimensional, considerando o deslizamento entre as fases de líquido e de vapor. Para o escoamento do refrigerante, resolvem-se as equações de conservação da massa, da quantidade de movimento e de conservação da energia. Para o escoamento de ar, são resolvidas as equações de conservação da energia e de conservação da massa (umidade). Resolve-se, também, a equação da conservação da energia para a parede do tubo, para se obter a sua temperatura. O método de volumes finitos é utilizado na discretização das equações governantes e o método de Newton-Raphson é utilizado para a solução do sistema de equações resultante. Inicialmente, condições de regime permanente são assumidas e, posteriormente, para avaliar o comportamento transiente do evaporador, uma variação em degrau da vazão em massa de refrigerante é imposta em sua entrada. O modelo permite o cálculo da vazão de refrigerante, conhecidas as condições de operação e os parâmetros geométricos, usando-se o processo de estimativa de parâmetros, com o método de minimização de Levenberg-Marquardt. Além disso, o modelo permite a análise de algumas configurações de... (Resumo completo, clicar acesso eletrônico abaixo). / Abstract: This work presents a numerical model to simulate the unsteady refrigerant fluid flow and air flow in dry-expansion finned-tube coil evaporators, the kind widely used in air conditioning and refrigeration systems. The model considers the refrigerant flow inside the tubes divided in a region of two-phase flow and a single-phase region, where the refrigerant is in the superheated state. The refrigerant pressure drop and the moisture condensation on the air flow crossing the outside of the tubes are also taking into account. The refrigerant two-phase flow is taken as one-dimensional and the slip between the liquid and vapor phases is considered. For the refrigerant flow, mass, momentum and energy conservation equations are solved in order to evaluate the specific mass, velocity, and temperature of the refrigerant fluid, respectively. For the air flow, energy and mass (humidity) conservation equations are solved, to obtain, respectively, the temperature and absolute humidity of the air crossing the evaporator. Also, the solution of energy conservation equation for the tube wall is used to determine the wall temperature distribution. Finite Volume Method is used all over to discretize the governing equations and a Newton-Raphson Scheme is utilized for the solution of the resulting system of equations. To analyze the evaporator unsteady behavior, the steady conditions are obtained initially and later a step change in the mass flow rate is imposed at the tube inlet. Obtained results such as superheating degree along the coil and air temperature at the outlet are compared to experimental data available in the open literature. From the model the refrigerant mass flow rate can be determined, from a known operating conditions and geometry parameters, using the process of parameter estimation with the method of Levenberg-Marquardt... (Complete abstract click electronic address below). / Mestre

Orientador: André Luiz Seixlack / Banca: João Batista Campos Silva / Banca: Vicente Luiz Scalon / Resumo: Neste trabalho, apresenta-se um modelo numérico do escoamento e da transferência de calor, no regime transiente, de fluidos refrigerantes no interior de tubos capilares, largamente usados como dispositivos de expansão em sistemas de refrigeração e condicionamento de ar de pequeno porte. Os tubos capilares aqui analisados formam, em parte de suas extensões, um trocador de calor em contracorrente com a linha de sucção do compressor, conhecido como trocador de calor tubo capilar-linha de sucção. A análise do comportamento dinâmico do escoamento é de fundamental importância, pois os tubos capilares são usados em sistemas de refrigeração, que geralmente são controlados pelo método liga-desliga. Tal escoamento é assumido unidimensional e, dependendo da condição no tempo, é dividido em uma região onde o fluido refrigerante encontra-se no estado de líquido sub-resfriado, outra de escoamento bifásico líquido-vapor e outra de vapor superaquecido. O tubo capilar é considerado reto, horizontal, com diâmetro constante e o fenômeno de metaestabilidade do escoamento é desconsiderado. Implementa-se no modelo o procedimento para a simulação de transientes de partida do sistema. A solução do sistema de equações diferenciais, usando o método de Volumes Finitos, é obtida ao longo do tubo até que a condição de bloqueio seja alcançada, ou até que a pressão de evaporação seja atingida, caso o escoamento não esteja bloqueado. Os resultados obtidos são comparados com os dados experimentais disponíveis na literatura e obtidos a partir de outros modelos / Abstract: This work presents a numerical model to simulate unsteady flow and heat transfer along nonadiabatic capillary tubes, commonly used as expansion devices in small refrigeration and air conditioning systems. These capillary tubes form with the suction line of the compressor, in part of their extension, a counter flow heat exchanger. Such device is called capillary tubesuction line heat exchanger. Analysis of the flow dynamic behavior is very important, since the capillary tubes are used in refrigeration systems generally controlled by on-off method. The flow along the straight and horizontal capillary tube, with constant inner diameter, is divided, depending of time condition, into three regions: a single-phase flow of subcooled liquid, a two-phase flow region and a single phase of flow superheat. The flow is taken as one-dimensional and the metastable flow phenomenon is neglected. The procedure for simulation of the start-up transient period of the system is implemented in the model. The solution of the governing equations is obtained using the Finite Volume method, along the tube until the blocking condition is reached, or until the evaporation pressure is reached, if the flow is not blocked. The numerical results obtained are compared with the experimental date from the literature and with results obtained from other models / Mestre

Made available in DSpace on 2014-06-11T19:30:23Z (GMT). No. of bitstreams: 0 Previous issue date: 2009-09-16Bitstream added on 2014-06-13T20:20:52Z : No. of bitstreams: 1 romeroluna_cm_me_guara.pdf: 1053862 bytes, checksum: 6b390f03c3acc981055903699c40d29a (MD5) / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES) / O estudo do escoamento bifásico gás-sólido está incluído no assunto referido ao escoamento multifásico. Este tipo de escoamento multifásico é encontrado no transporte pneumático, combustão do carvão, reatores de leito fluidizado e ciclones. O escoamento bifásico gás-sólido é extremamente complicado devido ao grande número de variáveis envolvidas, a interação entre as fases, e a complexa dinâmica que desenvolve durante o processo. Uma das áreas menos entendidas referente ao estudo do escoamento multifásico é a transferência da quantidade de movimento e o acoplamento entre as fases. A proposta desta dissertação é pesquisar aspectos da transferência da quantidade de movimento em um escoamento bifásico gás-sólido vertical descendente sobre a base das equações unidimensionais desenvolvidas para o referido escoamento. Os efeitos dinâmicos entre as fases são analisados considerando um acoplamento unidirecional tendo em conta termos tais como a força de arraste sobre as partículas, a força da gravidade e o atrito partícula-parede. Para a resolução do modelo teórico foi empregado o método Runge-Kutta-Merson. O modelo teórico permite calcular e avaliar a influência das variáveis do escoamento sobre o perfil axial da velocidade média das partículas e também possibilita a determinação de outras variáveis tais como a fração volumétrica de sólidos. Adicionalmente é projetado um sistema de instrumentação para medir a velocidade média das partículas através da medição do tempo médio de trânsito das partículas. Resultado da pesquisa demonstra o complexo comportamento e as dificuldades encontradas no desenvolvimento da instrumentação para esta classe de escoamento. / The study of gas-solid two-phase flow is included in a more general subject named as multiphase flow. This kind of multiphase flow is encountered in the pneumatic conveying, combustion of pulverized coal, fluidized bed reactor and cyclones. The gas-solid two-phase flow is extremely complicated because of the large number of variables involved, the interaction between the phases, and complex dynamical developments occurring in the process. One of the least understood areas of multiphase flows is the momentum transfer or the phase coupling. The purpose of this dissertation is to research aspects of momentum exchange on a vertical downward gassolid flow on the basis of one-dimensional equations developed for gas-solid twophase flow. The dynamic effects between the two phases are considered by one way coupling taking into account terms such as the drag force on the particles, gravity and the particle-wall frictions. For the solution of theoretical model the Runge-Kutta- Merson method was employed. The theoretical model allows to calculate and to evaluate the influence of the flow variables on the axial profile for the average velocity of particles and also enables the determination of other variables such as the solid hold-up. Also it is designed an experimental system to measure the average velocity of particles by measuring the average time of transit of them. The results show the complex behavior and the difficulties in developing instrumentation for this class of flow.

Orientadores : Elisio Caetano Filho , Antonio Carlos Bannwart / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia de Campinas / Made available in DSpace on 2018-07-14T02:59:45Z (GMT). No. of bitstreams: 1 AlvesNeto_SalvadorJose_M.pdf: 4014117 bytes, checksum: 2567ee0d7af1dc328e87700e10e9d3a3 (MD5) Previous issue date: 1989 / Resumo: Modelos baseados em princípios físicos e fenomenológicos foram desenvolvidos para os principais arranjos de fases observados durante o escoamento bifásico gás-condensado em tubulações horizontais ou levemente inclinadas. Tais modelos permitem explicitar grandezas do escoamento, tais como: frações volumétricas das fases, gradientes de pressão e temperatura, espessuras de líquido destes arranjos, taxas de atomização e deposição de gotículas líquidas e tensões de cisalhamento na interface gás-líquido destas configurações. Para avaliar o desempenho destes modelos, foi desenvolvido o Simulador Computacional SIMPIPE, cuja a estrutura de programação permite o acesso a outras Bibliotecas Computacionais para a previsão das propriedades físicas dos fluidos, arranjos de fases e gradiente de pressão através de um conjunto de correlações específicas. Tal simulador resolve simultaneamente as equações de conservação da massa, momentum e energia empregando, a metodologia composicional para a caracterização das propriedades físicas e comportamento das fases. Foi feita uma análise de sensibilidade de parâmetros que permitiu explicitar a importância de alguns destes no desempenho dos modelos. A confrontação dos resultados de simulação com dados experimentais de diferenciais de pressão evidencia uma concordância satisfatória para as modelagens propostas. O desempenho de tais modelagens fenomenológicas ainda superaram o das correlações empíricas, fornecendo assim informações mais precisas e mais abrangentes quanto as características do escoamento / Abstract: Mechanistics models were developed for most common flow patterns in two-phase flow in horizontal or near horizontal gas pipelines. With such models relevants flow parameters may be predicted, namely gas and liquid volume fractions, total pressure drop for both gas and liquid phases, temperature gradient, liquid films for stratified and annular flow, atomization and dispersion rates in the gas core and frictions stresses in the gas-liquid interface. A numerical computer simulator called SIMPIPE was developed to evaluate these models. Such simulator uses a compositional method to predict the fluids properties and phase behavior and finds to simultaneous solution of mass, linear momentum and energy conservation equations to calculate the flow parameters. A sensibility analysis of some intervenient parameters allowed to explicit the importance of some of those ones in the behavior of the proposed models for stratified and anular two-phase flow. In terms of pressure drop, the comparison of the simulation results with the experimental datas showed good results for the proposed models. Statistically the behavior of such models still presented better results compared with the empirical correlations, besides giving informations about the microscopics parameters of the two-phase flow / Mestrado / Mestre em Engenharia de Petróleo

[pt] Ao longo deste trabalho, diversas características importantes para a dinâmica do escoamento intermitente foram analisadas experimentalmente. Todos os testes foram realizados numa tubulação com 0,0508 m de diâmetro interno, em configuração horizontal, utilizando água e ar e abrangendo uma região onde o escoamento passa por uma complexa transição do regime de bolha alongada, caracterizado por longas bolhas de gás localizadas próximo ao topo da tubulação, para o regime golfada, caracterizado por uma intensa quantidade de bolhas dispersas de gás e bolhas alongadas com formatos distorcidos e frentes mais distantes do topo da tubulação. Nesta região verifica-se uma notável carência de técnicas experimentais capazes de extrair informações quantitativas dos fenômenos característicos desses regimes. Através de um sistema de interruptores de feixe de infravermelho, o comportamento estatístico dos comprimentos dos pistões de líquido, das frequências de passagem dos pistões e do comprimento da bolha alongada puderam ser investigados. Uma extensa comparação dos dados com trabalhos disponíveis na literatura foi realizada, validando os resultados experimentais obtidos. Em conjunto, foi utilizada a técnica óptica, não intrusiva, conhecida como técnica de sombra (shadow technique), combinada com uma câmera digital de alta taxa de aquisição de imagens. Um procedimento inovador de processamento das imagens foi desenvolvido, permitindo a extração de informações quantitativas de regimes complexos com intensa quantidade de bolhas dispersas. Resultados importantes como o abaixamento do nariz da bolha como uma função da competição entre as forças de gravidade e de inércia puderam ser verificados e confirmados quantitativamente pela primeira vez. / [en] The present work experimentally studied several relevant dynamic characteristics of gas-liquid intermittent flow through a horizontal pipe. All tests were performed in a test section formed by 50.8 mm internal diameter pipe using air and water as working fluids. The tests covered a region where the flow undergoes a complex transition from elongated bubble flow regime, characterized by long gas bubbles located near the top of the pipe, to the slug flow regime, characterized by a large amount of dispersed gas bubbles in the liquid slug and elongated bubbles with distorted shapes and fronts displaced from the top of the pipe. In this region there is a notable lack of experimental techniques capable of extracting quantitative information of the characteristic dynamic phenomena involved. A set of infrared optical switches was employed to obtain statistical information on liquid piston lengths and frequency, as well as the elongated bubble lengths. An extensive comparison of the data obtained with works available in the literature was performed, validating the experimental results and the technique employed. Also, a high frame rate camera with back illumination was employed to capture images of the nose and tail of gas bubbles. An innovative procedure for image processing was developed, allowing for the extraction of original quantitative information on the complex shapes of the bubble and its relationship with flow variables. Relevant information such as the lowering of the bubble nose as a result of competing gravitational and inertial forces could be verified and confirmed quantitatively seemingly for the first time.

[pt] Neste trabalho é apresentada a implementação e aplicação de uma técnica experimental ótica, já descrita na literatura, para a medição instantânea do campo de velocidades gerado em escoamento bifásico líquido- gás. O trabalho concentrou-se no regime de escoamento em golfadas. Água e ar foram utilizados como fluidos de trabalho nos testes. A técnica implementada combina Velocimetria por Imagem de Partículas (PIV - Particle Image Velocimetry), com Fluorescência Induzida por Laser (LIF - Laser Induced Fluorescence) e Iluminação Pulsada de Fundo (PST - Pulsed Shadow Technique), o que permite determinar simultaneamente o campo instantâneo de velocidade na água gerado pela passagem da bolha de ar, assim como a forma e velocidade da bolha. Processamento digital de imagens foi utilizado para extrair as informações sobre o campo de velocidade do líquido e as características da bolha. A técnica implementada foi aplicada no escoamento gerado pela passagem de uma bolha de gás em uma coluna de líquido estagnado. A técnica PIV foi utilizada para determinar o campo de velocidades na fase líquida iluminando-se o escoamento com um plano de luz laser pulsada. O uso de partículas fluorescentes em conjunto com filtros óticos posicionados em frente a uma câmera digital permitiram suprimir a reflexão intensa proveniente das interfaces líquido-gás e das paredes do tubo. Entretanto, esta técnica não é capaz de determinar a exata posição da interface líquido-gás. O uso da iluminação pulsada de fundo proveniente de um painel de LED`s permite a visualização da interface gáslíquido com boa definição. Uma única câmera digital posicionada ortogonalmente ao plano de luz laser e em oposição ao painel de LED`s foi usada para o registro das imagens. Os resultados obtidos revelaram com excelente resolução os detalhes do escoamento na esteira, filme na parede e nariz de uma bolha ascendente, comprovando a eficácia da técnica implementada. / [en] This work presents the implementation of a non-intrusive optical technique for measuring the hydrodynamic characteristics of liquid- gas, two-phase flows. The work was limited to the study of air-water slug flows. The technique implemented, already described in the literature, combines Particle Image Velocimetry - PIV, Laser Induced Fluorescence - LIF, and pulsed background illumination, known as Pulsed Shadow Technique - PST. The combination of these techniques allows the simultaneous measurement of the instantaneous flow field generated in the liquid by the passage of the air bubble, together with the shape and velocity of the bubble. The technique was employed in the study of an air bubble rising in a stagnant liquid layer. The PIV technique was employed in the determination of the instantaneous flow field in the liquid using fluorescent particles illuminated by a pulsed laser sheet. An optical high-pass filter was used to block the light scattered by the air-water interfaces and by the pipe walls, allowing the digital camera employed to only capture the particle positions. A LED panel furnished back illumination at a wave length that passed through the high-pass filter and allowed an accurate determination of the bubble shape. A digital image processing procedure was employed to determine the bubble shape, velocity and liquid flow field. The results obtained revealed, with excellent resolution, the details of the liquid flow at the wake, wall film and nose of the rising bubble, thereby attesting to the quality of the technique implemented.

Orientador: Luiz Roberto Carrocci / Banca: Ivonete Ávila / Banca: Maurício Zanardi Araújo / Banca: Marco Antonio Rosa do Nascimento / Banca: Valesca Alves Correa / Resumo: O leito fluidizado é uma importante operação unitária de grande interesse na indústria química, geração de energia, extração e refino do petróleo, entre outros. As muitas aplicações do leito fluidizado na indústria e a demanda constante de melhorias na eficiência do processo de fluidização, tem produzido um aumento no número de trabalhos envolvendo simulações numéricas do escoamento gás-sólido em leito fluidizado através de CFD. Na simulação numérica, ainda não existe consenso na seleção de um modelo de arrasto e na definição de um valor adequado para o coeficiente de restituição. Nesta tese investiga-se a influência de diferentes modelos de arrasto e do coeficiente de restituição; sobre a fluidodinâmica do escoamento gás-sólido em leito fluidizado, através de simulações numéricas. Para isto é usado um modelo baseado na abordagem Euleriana-Euleriana considerando um leito fluidizado bidimensional, o qual será resolvido usando o codigo livre MFIX. Para avaliar os modelos de arrasto, os resultados numéricos são validados por meio da determinação dos dados experimentais de Taghipour et al. (2005), o qual apresenta parâmetros de projeto de leito fluidizado, tais como a queda de pressão, expansão do leito, velocidade mínima de fluidização e distribuição das fases. Estudou-se também o efeito do coeficiente de restituição sobre a fluidodinâmica do escoamento, através do desenvolvimento de uma correlação em função da fração de vazio. Os resultados demonstram que o modelo de arrasto têm uma influência muito grande na determinação das variáveis de projeto de leito fluidizado. No estudo, um grupo de modelos representam adequadamente a fluidodinâmica, sendo que o modelo de arrasto de Gidaspow (1994) foi o que mais se aproximou aos resultados experimentais. Foram desenvolvidas simulações ... ( Resumo completo, clicar acesso eletrônico abaixo) / Abstract: Fluidized bed is an important unit operation of great interest in petroleum, chemical, metallurgical and energy industries. The large number of applications of fluidized bed in the industry and constant demand for improvements in the efficiency of the fluidization process, has produced an increase in the number of studies involving numerical simulations of gas-solid flow in fluidized bed through CFD. In numerical simulation, there is not yet an agreement on the selection of a drag model and in defining a suitable value for the coefficient of restitution. The purpose of this work was to study the influence of different drag models and restitution coefficient on the hydrodynamics of gas-solid flow in fluidized-bed, through numerical simulations. It is used a model based on the Eulerian-Eulerian approach considering a two-dimensional fluidized bed, which will be resolved using the open source MFIX code. To evaluate drag models, numerical results will be validated through the determination of the experimental data of Taghipour et al. (2005), which presents fluidized bed design parameters, such as fluidization curve, bed expansion, minimum fluidization velocity and void fraction profiles. It was also studied the effect of restitution coefficient on the hydrodynamics, through the development of a correlation in function of void fraction. The results demonstrated that drag model have an great influence in fluidized bed design parameters determination. In this study, a group of models were able to represent adequately the hydrodynamics, however Gidaspow (1994) drag model was the most accurate to represent the experimental data. Simulations were carried out considering restitution coefficient as a function of void fraction and using Gidaspow (1994) drag model. The simulation results obtained was able to improve the prediction of void fraction profile / Doutor