Neste trabalho é analisado o transporte de calor em meios porosos rígidos, homogêneos e saturados com um fluido incompressível e monofásico, para os regimes de escoamento laminar e turbulento. As equações de transporte de energia macroscópicas para o fluido e para a matriz porosa (sólido), são obtidas com o auxílio do conceito de dupla decomposição, donde surge o termo de 'dispersão térmica turbulenta'. A hipótese de Equilíbrio Térmico Local é utilizada para obter um modelo de uma-equação para o meio poroso. Os fluxos térmicos devido à tortuosidade e dispersão, que aparecem no processo de aplicação das médias temporal e volumétrica, são representados por um modelo de difusão proporcional ao gradiente da média intrínseca da temperatura média no tempo. Os tensores de condutividade térmica resultantes desse modelo são obtidos de dois modos: a) Para as componentes turbulentas, devidas às flutuações temporais da velocidade e temperatura, é utilizado o modelo de difusividade térmica turbulenta onde a viscosidade turbulenta macroscópica é obtida através do modelo k-e macroscópico, e b) Para as componentes de tortuosidade e dispersão, devidas aos desvios espaciais da velocidade e temperatura, são utilizados os resultados obtidos para os campos microscópicos de velocidade e temperatura em uma célula unitária com condições de contorno periódicas para o escoamento e um gradiente de temperatura imposto. O modelo macroscópico assim obtido, juntamente com as condições de contorno/interface apropriadas, é então utilizado na solução de problemas em meios híbridos, i.e., regiões compostas por meios sólidos e/ou porosos e/ou meio limpo (apenas fluido) num único domínio de cálculo.

Este trabalho investiga o tratamento numérico da interface entre uma região porosa e uma região limpa, levando em consideração a influência do coeficiente de salto da tensão cisalhante para a equação da quantidade de movimento, para um escoamento de fluido monofásico em regime permanente, no qual a região porosa é modelada como sendo homogênea e isotrópica. As equações que governam o escoamento são discretizadas pelo método de volumes finitos e o sistema de equações algébricas é resolvido pelo método SIP [Strongly Implicity Procedure], sendo que para o acoplamento pressão-velocidade é utilizado o método SIMPLE. Inicialmente é analisado o escoamento laminar e, posteriormente o escoamento turbulento em canais parcialmente preenchido com um material poroso e, com um obstáculo poroso, utilizando para o caso turbulento o modelo k - e de Alto-Reynolds. Os resultados para o escoamento laminar em um canal parcialmente preenchido com material poroso sem a presença do termo não-linear de Forchheimer ou com a presença corroboram os resultados analíticos encontrados na literatura. Observa-se, ainda que, os resultados para escoamento em um canal parcialmente preenchido e com um obstáculo poroso, tanto laminar quanto turbulento, representaram satisfatoriamente os fenômenos físicos. A partir desses fatos conclui-se que a implementação numérica foi realizada de forma correta, sendo possível representar de forma adequada os efeitos do coeficiente, b , na vazão mássica global.

Neste trabalho são apresentadas soluções numéricas para o escoamento laminar e turbulento em um canal aletado com material poroso, para um escoamento de fluido monofásico em regime permanente, no qual a região porosa é modelada como sendo homogênea e isotrópica. A condição de periodicidade espacial ao longo do canal é empregada. As equações do movimento e continuidade de massa são integradas em um volume elementar representativo acarretando em um único conjunto de equações governantes válido para todo o domínio computacional. Estas equações são discretizadas pelo método de volume de controle e o sistema de equações resultante é resolvido pelo método SIP [Strongly Implicity Procedur

As velocidades de chamas laminares pré misturadas de etanol e ar para diferentes razões de equivalência e concentrações de água no combustível foram medidas na pressão atmosférica e temperatura de.423K. A concentração de água em volume no combustível variou entre 0,2% (etanol anidro) e 30% em volume, valor máximo no qual uma chama laminar pré-misturada se manteve estável, e a razão de equivalência variou em 0,1 no intervalo entre 0,9 e 1,3. Um queimador tipo Bunsen e a técnica óptica da quimiluminescência do radical OH foram utilizados para a obtenção do perfil da chama. A velocidade de chama laminar, SL, foi calculada utilizando o método da área da chama cônica, e os resultados experimentais foram comparados com os existentes na literatura e com os teóricos obtidos utilizando o modelo de cinética química para oxidação do etanol em altas temperaturas desenvolvido por Marinov utilizando software CHEMKIN-PRO. As simulações numéricas tiveram como dados de entrada as propriedades físicas do combustível no estado de vapor e do ar atmosférico, ambos a 423K e pressão atmosférica, e velocidade teórica da mistura ar e combustível no duto do queimador. Os resultados obtidos mostram se satisfatórios para a faixa de concentração de água de até 20% no combustível. A adição de água ao combustível produziu uma redução da velocidade propagação da chama em cerca de; 5,8% para a concentração de 5% de água no combustível, 9,0 para 10% de água no combustível, 15% para 15 de água no combustível e 21,7% para 20% de água no combustível.

Os trocadores de calor tubulares são muito utilizados para o processamento térmico de alimentos líquidos viscosos por possuírem um maior diâmetro hidráulico em comparação aos trocadores de calor a placas. O cálculo da letalidade neste tipo de trocador está diretamente relacionado ao perfil de velocidade e à distribuição do tempo de residência (DTR). Para escoamento laminar de fluidos viscosos, Newtonianos e não-Newtonianos, geralmente adota-se um perfil de velocidade laminar e de lei de potência, respectivamente. No entanto, algumas características do equipamento como irregularidades na tubulação, a corrugação do tubo ou as curvas podem modificar o perfil de velocidade ideal. Esse desvio da idealidade pode ser caracterizado através da determinação experimental da distribuição do tempo de residência do processo. Este trabalho teve como objetivo a determinação experimental da DTR de fluidos viscosos em um equipamento bitubular de processamento térmico e o ajuste do perfil de velocidade associado. Modelos clássicos de DTR foram ajustados aos dados, assim como foram propostos e testados novos modelos generalizados de DTR, a fim de caracterizar o escoamento laminar não ideal em tubos. A determinação da DTR experimental foi realizada para vazões entre 10 e 50 L/h utilizando água, solução de carboximeticelulose 1,0% (pseudoplástico) e mistura glicerina/água 80%. Os dados de DTR foram obtidos através de duas técnicas: condutimétrica e colorimétrica. A primeira técnica baseia-se na injeção de solução saturada de cloreto de sódio e detecção online por um condutivímetro, porém, não apresentou resultados satisfatórios mostrando que o método não é adequado para fluidos viscosos. Já a segunda técnica utilizada se baseia na injeção de corante e posterior detecção em espectrofotômetro. Os modelos que melhor se ajustaram aos dados experimentais para os três fluidos estudados foram os modelos generalizados y-laminar e exponencial. A letalidade foi calculada a partir da distribuição de temperatura no trocador de calor em estado estacionário e do tempo médio de residência obtido experimentalmente e permitiu detectar o sobreprocessamento no processo estudado. / Tubular heat exchangers are widely used for thermal processing of viscous liquid foods because they have larger hydraulic diameters than the plate heat exchangers. The calculation of lethality in this type of exchanger is directly related to velocity profile and the residence time distribution (RTD). For the laminar flow of viscous fluids, Newtonian and non-Newtonian, generally laminar and power law velocity profiles are used, respectively. However, some features of the equipment as irregularities in the pipe, the corrugation of the pipe or the presence of curves can change the ideal velocity profile. This ideality deviation can be characterized through the experimental determination of the residence time distribution of the process. The aim of this work was the experimental determination of the RTD of a viscous fluid in a bitubular thermal processing equipment and the determination of the associated velocity profile. Classic models of RTD were fitted to the data, as well as were proposed and tested new generalized models of RTD, in order to characterize the non ideal laminar flow in tubes. The experimental determination of RTD was performed to volumetric flow rates between 10 and 50 L/h using water, carboximeticelulose solution 1,0% (pseudoplastic) and glycerin/water mixture 80%. The RTD data were obtained through two techniques: conductimetric and colorimetric. The first technique is based on injection of saturated solution of sodium chloride and online detection with a conductivimeter however, unsatisfactory results showed that the method was not suitable for viscous fluids. The second technique is based on the injection of dye and subsequent detection with a spectrophotometer. The best fitted models to the experimental data for the three studied fluids were: ylaminar and exponential generalized models. The lethality was calculated from the temperature distribution in the heat exchanger at steady state and average residence time obtained experimentally and allowed the evaluation of the overprocessing of this process.

Os trocadores de calor tubulares são muito utilizados para o processamento térmico de alimentos líquidos viscosos por possuírem um maior diâmetro hidráulico em comparação aos trocadores de calor a placas. O cálculo da letalidade neste tipo de trocador está diretamente relacionado ao perfil de velocidade e à distribuição do tempo de residência (DTR). Para escoamento laminar de fluidos viscosos, Newtonianos e não-Newtonianos, geralmente adota-se um perfil de velocidade laminar e de lei de potência, respectivamente. No entanto, algumas características do equipamento como irregularidades na tubulação, a corrugação do tubo ou as curvas podem modificar o perfil de velocidade ideal. Esse desvio da idealidade pode ser caracterizado através da determinação experimental da distribuição do tempo de residência do processo. Este trabalho teve como objetivo a determinação experimental da DTR de fluidos viscosos em um equipamento bitubular de processamento térmico e o ajuste do perfil de velocidade associado. Modelos clássicos de DTR foram ajustados aos dados, assim como foram propostos e testados novos modelos generalizados de DTR, a fim de caracterizar o escoamento laminar não ideal em tubos. A determinação da DTR experimental foi realizada para vazões entre 10 e 50 L/h utilizando água, solução de carboximeticelulose 1,0% (pseudoplástico) e mistura glicerina/água 80%. Os dados de DTR foram obtidos através de duas técnicas: condutimétrica e colorimétrica. A primeira técnica baseia-se na injeção de solução saturada de cloreto de sódio e detecção online por um condutivímetro, porém, não apresentou resultados satisfatórios mostrando que o método não é adequado para fluidos viscosos. Já a segunda técnica utilizada se baseia na injeção de corante e posterior detecção em espectrofotômetro. Os modelos que melhor se ajustaram aos dados experimentais para os três fluidos estudados foram os modelos generalizados y-laminar e exponencial. A letalidade foi calculada a partir da distribuição de temperatura no trocador de calor em estado estacionário e do tempo médio de residência obtido experimentalmente e permitiu detectar o sobreprocessamento no processo estudado. / Tubular heat exchangers are widely used for thermal processing of viscous liquid foods because they have larger hydraulic diameters than the plate heat exchangers. The calculation of lethality in this type of exchanger is directly related to velocity profile and the residence time distribution (RTD). For the laminar flow of viscous fluids, Newtonian and non-Newtonian, generally laminar and power law velocity profiles are used, respectively. However, some features of the equipment as irregularities in the pipe, the corrugation of the pipe or the presence of curves can change the ideal velocity profile. This ideality deviation can be characterized through the experimental determination of the residence time distribution of the process. The aim of this work was the experimental determination of the RTD of a viscous fluid in a bitubular thermal processing equipment and the determination of the associated velocity profile. Classic models of RTD were fitted to the data, as well as were proposed and tested new generalized models of RTD, in order to characterize the non ideal laminar flow in tubes. The experimental determination of RTD was performed to volumetric flow rates between 10 and 50 L/h using water, carboximeticelulose solution 1,0% (pseudoplastic) and glycerin/water mixture 80%. The RTD data were obtained through two techniques: conductimetric and colorimetric. The first technique is based on injection of saturated solution of sodium chloride and online detection with a conductivimeter however, unsatisfactory results showed that the method was not suitable for viscous fluids. The second technique is based on the injection of dye and subsequent detection with a spectrophotometer. The best fitted models to the experimental data for the three studied fluids were: ylaminar and exponential generalized models. The lethality was calculated from the temperature distribution in the heat exchanger at steady state and average residence time obtained experimentally and allowed the evaluation of the overprocessing of this process.

[pt] Objetivo: Uma parte significativa das reservas mundiais de petróleo é encontrada na forma de óleos pesados. Estes óleos pesados possuem alta viscosidade de 100 - 10000 cP, que torna seu transporte altamente complexo e custoso. Vários métodos foram desenvolvidos para reduzir a perda de carga de escoamentos laminares de óleos de alta viscosidade. Entre os mais utilizados, pode-se citar o bombeio de um fluido de baixa viscosidade perto da parede do tubo com o óleo viscoso sendo transportado no centro, conhecido como core-annular flow. Neste trabalho, uma alternativa ao core-annular flow é estudada. O método é baseado na utilização de micro ranhuras da parede do duto preenchidas com um liquido de baixa viscosidade. Este método tem o potencial de evitar alguns dos problemas que ocorrem no uso de core-annular flow. A análise do efeito das diferentes propriedades dos fluidos, condições de operação, geometria das ranhuras na perda de carga do escoamento foi feita através de um estudo numérico e experimental. Resultados indicam as limitações e potencialidade do uso de micro ranhuras na reduçãode perda de carga de escoamento laminar. / [en] Objective: A significant portion of the world oil reserves is found in the form of heavy oil. These oils have a high values of viscosity around 100-10000 cP, that makes their transportation complex and expensive. Several methods have been developed to reduce the pressure drop in laminar flows of high viscosity oils. Among them is the solution of pumping a liquid of lower viscosity near the pipe wall with the high viscosity oil flowing in the center. This method is known as Core-annular flow. In this work, an alternative to core-annular flow is studied. The method is based on the use of micro grooves in the pipe wall filled with a liquid of smaller viscosity. This method has the potential to elude some problems that occur with the core-annular flow method. The analysis of the drag reduction effect as a function of different fluids properties, operational conditions and geometry of the grooved walls was made using a numerical and experimental approach. Results indicate the limitations and potential of using micro grooves for drag reduction in laminar flows of high viscosity fluids.

The literature has documented proposals for macroscopic energy equation modeling for porous media considering the local thermal equilibrium hypothesis and laminar flow. In addition, a two-energy equation model has been proposed for conduction and laminar convection in packed beds. With the aim of contributing to new developments, this work treats turbulent heat transport modeling in porous media under the local thermal non-equilibrium assumption. Macroscopic time-average equations for continuity, momentum and energy are presented based on the recently established double decomposition concept (spatial deviations and temporal fluctuations of flow properties). Interfacial heat transfer coefficients are numerically determined for an infinite medium over which the fully developed flow condition prevails. The numerical technique employed for discretizing the governing equations is the control volume method. Laminar and turbulent flow results for the macroscopic heat transfer coefficient, between the fluid and solid phase in a periodic cell, are presented. Furthermore, fully developed forced convection in a porous channel bounded by parallel plates is considered based on a two-energy equation model. In conclusion, solutions for temperature profile and Nusselt number are obtained and presented for laminar and turbulent flows.

Para a certificação de uma nova aeronave ée necessário se proceder ao chamado teste de fumaça. O objetivo deste teste ée aferir a verdadeira capacidade dos equipamentos de evacuação da cabine de passageiros, no caso eventual de entrada de fumaça na mesma. Em geral, tal procedimento ée experimental, o que torna o custo consideravelmente alto, devido a construção do modelo além do elevado número de homens-hora necessário. Nessas condições, através de simulações numéricas pode-se baratear sobremaneira o processo como um todo, tanto no que concerne à otimização do modelo a ser construído quanto aos ensaios a serem realizados. O presente trabalho desenvolve em sua forma básica, um procedimento numérico para simulação de escoamento de fumaça em cabine de passageiros de uma aeronave comercial de transporte. Para tanto, utilizou-se o pacote comercial aerotermodinâmico para cálculo de escoamentos, FLUENT. Simulou-se inicialmente o escoamento laminar, e em seguida o caso turbulento. O foco principal foi simular numericamente o modelo em regime permanente. Entretanto, para se ter uma idéia do tempo total de entrada que resultasse em uma densidade relativa de fumaça crítica, foi simulado também um caso transiente.

No presente trabalho são apresentadas simulações bi e tridimensionais de escoamentos em canais com expansão brusca, usando dinâmica de fluidos computacional (CFD). O objetivo é analisar as zonas de recirculação formadas à jusante da expansão para escoamentos laminares. As configurações geométricas são baseadas em trabalhos experimentais com razão de expansão (ER) igual a 1,9423 e razão de aspecto (AR) igual a 36 e com ER=2 e AR=8. Resultados de escoamentos bidimensionais (assumindo hipótese de bidimensionalidade no plano central do canal) e tridimensionais com AR=36 são apresentados para valores de Reynolds abaixo de 2500. Também são apresentados resultados tridimensionais com AR=8 para números de Reynolds abaixo de 400. O conjunto de equações diferenciais parciais (continuidade e quantidade de movimento) foi resolvido usando os métodos numéricos de elementos (Petrov-Galerkin compensado) e volumes finitos (upwind de 1 e 2 ordem) com um algoritmo não permanente, obtendo soluções estáveis permanentes com t?8. Os estudos de malha de volumes finitos mostraram que o elemento quadrilateral uniforme apresenta resultados mais coerentes com os experimentais. Comparando os resultados das simulações bidimensionais e tridimensionais (AR=36) com os experimentais da literatura, os resultados bidimensionais para x1/s apresentam melhor concordância com os experimentais. No entanto, os resultados tridimensionais apresentaram melhor concordância com os resultados experimentais para as outras zonas de recirculação. Portanto, as diferenças encontradas entre os resultados experimentais e numéricos não são devidas aos efeitos tridimensionais não capturados pelo modelo numérico bidimensional. As discordâncias podem estar sendo causadas por fenômenos não relatados nos trabalhos experimentais.