A industria química e também a área de prospeção de petróleo utilizam freqüentemente muitas suspensões sólido-líquido de comportamento reológico não-newtoniano com tensão residual, que é um valor crítico abaixo do qual o fluido escoa sem deformação. Essa característica exige o uso de modelos reológicos mais sofisticados para descrever o seu comportamento fluido-dinâmico. _________________________________________________________________________________________ ABSTRACT: Several solid-liquid suspensions frequently encountered in chemical industry and also in oil well drilling operations exhibit a non-Newtonian behavior with an yield stress, a critical value of stress below which they do not flow. Due to the real conditions usually verified, it is important to master calculations techniques involve the laminar also the transitional and turbulent flow regimes.

Esta trabalho desenvolve um modelo para a análise do escoamento laminar e permanente de convecção natual em tubos verticais concêntricos, considerando-se propriedades variáveis do fluido. Serão consideradas relações de raios dos tubos, aguais a 1,5; 2,0 e 2,5. A condição de contorno para o problema térmico corresponde ao tubo interno com temperatura constante e o externo isolado. Os fluidos considerados correspondem à Números de Prandtl iguais a 0,7 e 2,5, sendo este último próprio para o confronto de resultados numéricos com experimentais obtidos através da Técnica de Sublimação de Naftaleno (Número de Schmidt igual a 2,5). As distribuições de velocidade e temperatura são obtidas através do Método de Diferenças Finitas, e apartir destas são calculados os coeficientes de transferência de interesse, representados pela vazão volumérica, fluxo de entalpia adimensionais bem como pelo Número de Nusselt.

Trata-se da solução analítica, pela técnica de transformada integral finita, do problema de convecção forçada em regime laminar de fluidas Newtonianos imiscíveis, não estratificados, em dutos de geometria simples, tais como tubos e canais de placas planas paralelas. Efetua-se uma extensão do método de contagem de sinal (Sign-Count), para a solução do problema de Sturm-Liouville unidimensional associado a múltiplas regiões, considerando-se descontinuidades nas interfaces. Determina-se os perfis de velocidades e obtém-se expressões e resultados para fatores de atrito, potências de bombeamento e vazões para diversas condições de operação. Estuda-se a influência de espessura da camada do fluido próximo à parede nos coeficientes de transferência de calor em dois sistemas distintos a saber: sistema água-óleo, com aplicação no bombeamento de fluidos muito viscosos, e sistema querosene-água, com aplicação na proteção contra incrustações e corrosão em trocadores de calor. Obtém-se resultados gráficos e númericos para temperaturas médias, números de Nusselt e calor total transferido. Procura-se, portanto, estabelecer a influência da espessura do fluido mais externo no perfil de temperatura em desenvolvimento, e em grandezas relacionadas, em duas situações bastante distintas: na primeira o fluido de menor ciscosidade e de maior condutividade encontra-se em contato com a parede do duto; na segunda, o fluido que entra em contato tem menor condutividade e maior viscosidade.

Dissertação (mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina. Centro Tecnologico / Made available in DSpace on 2012-10-16T22:13:48Z (GMT). No. of bitstreams: 0Bitstream added on 2016-01-08T17:54:16Z : No. of bitstreams: 1 87102.pdf: 8197877 bytes, checksum: e033296c56e4d525a49a58b925e3b941 (MD5) / O presente trabalho refere-se ao estudo numérico, com validação experimental do escoamento laminar, incompreensível e isotérmico de ar em um difusor radial excêntrico representando o modelo de laboratório de um sistema de válvula de compressores de refrigeração. As equações governantes, escritas no sistema de coordenadas bicilíndricas, são discretizadas usando o método dos volumes finitos e solucionadas pelo algoritmo SIMPLE. O modelo numérico é validado através de soluções analíticas de vários problemas mais simples e também pela comparação do perfil radial de pressão com resultados experimentais para o próprio difusor. No procedimento experimental, apresenta-se, detalhadamente, a especificação de todos os equipamentos utilizados, assim como a metodologia usada durante a tomada de dados. São gerados resultados numéricos para averificação da influência da excentricidade sobre o perfil radial de pressão, força sobre a palheta e áreas efetivas de força e escoamento. Além disso, são mostradas algumas características do campo de velocidades e plota-se alguns gráficos do campo de pressão sobre a palheta.

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 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.

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.

O sangue é um fluido complexo cujas propriedades são significativamente afetadas pelo arranjo, orientação e deformabilidade dos glóbulos vermelhos. O estudo do escoamento sangüíneo é extremamente importante, visto que o desenvolvimento de muitas patologias cardiovasculares estão relacionadas com a variação de suas características frente à circulação sanguínea. Nesse sentido a hemodinâmica têm sido freqüentemente utilizada para obter melhor compreensão dos aspectos funcionais, diagnóstico e terapêuticos. Devido à complexidade da reologia do escoamento sanguíneo, não existe um modelo universal para representar a propriedade viscosa do sangue, entretanto encontramos diferentes classificações que descrevem o comportamento não-Newtoniano do sangue com base em diversas variáveis e graus de precisão. No presente estudo, o método de volumes finitos é utilizado para analisar o escoamento sanguíneo em uma bifurcação da carótida humana. Foi adotado um modelo tridimensional de fluido incompressível em regime permanente e transiente. A equação da quantidade de movimento foi resolvida empregando três funções de viscosidade não-newtonianas: Power-Law, Carreau e Casson, bem como o modelo newtoniano. Foram obtidos resultados para a distribuição da tensão de cisalhamento na parede e perfis de velocidade na direção axial e radial, utilizando o modelo newtoniano e os modelos de viscosidade não-Newtoniana. Posteriormente, o estudo analisou o escoamento sanguíneo sob regime pulsátil utilizando o modelo de Casson. A solução numérica foi obtida utilizando uma condição de velocidade dependente do tempo na entrada da artéria carótida com objetivo de incluir o efeito pulsátil ao escoamento. Os resultados demonstraram que é fundamental a utilização do modelo não-Newtoniano para analisar o escoamento sangüíneo em artérias com variações geométricas por apresentar regiões com baixos valores de velocidade e tensão de cisalhamento.

Foi aplicada a técnica de multigrid na implementação de dois programas computacionais visando a solução numérica de problemas em regime permanente de escoamentos laminares com geometrias simples e de um problema simples de transferência de calor em que o campo de velocidade é conhecido e constante, todos bidimensionais em coordenadas cartesianas. Os programas empregaram malhas computacionais estruturadas e ortogonais, estando os mesmos generalizados ao uso de malhas não-uniformes. As equações algébricas foram obtidas segundo uma formulação em volumes finitos, com as variáveis armazenadas no centro dos volumes elementares segundo um arranjo localizado e foram utilizados esquemas de interpolação distintos para cada classe de problema. O sistema de equações resultante foi relaxado através dos algoritmos Gauss-Seidel e TDMA - TriDiagonal Matrix Algorithm. O acoplamento pressão-velocidade foi feito segundo o método SIMPLE - Semi-Implicit Method for Pressure-Linked Equations. O algoritmo multigrid foi implementado na formulação correction storage em ambos os programas. A técnica foi demonstrada para alguns problemas bench-mark, com os resultados apresentando uma aceleração significativa do processo de convergência da solução numérica multigrid em relação às soluções em malha única, especialmente nas situações em que foram empregadas malhas bastante refinadas e foi exigida elevada precisão.

Este trabalho apresenta resultados numéricos para o escoamento incompressível axial laminar em feixes de barras. Para discretização das equações de transporte é empregado o método de volume-de-controle aplicado a um sistema de coordenadas generalizadas. Os resultados reproduzem primeiramente o escoamento em dutos de várias formas através do mapeamento do campo físico (X,Y) no domínio computacional (n). Soluções numéricas e analíticas são comparadas com a finalidade de se qualificar o programa computacional desenvolvido. Em seguida, são mostradas soluções para o escoamento em feixes de barras dispostos em arranjos triangular e quadrado. Também nestes casos os resultados apresentam concordância satisfatória com soluções analíticas existentes.