Dissertação (mestrado)—Universidade de Brasília, Faculdade de Tecnologia, Departamento de Engenharia Mecânica, 2017. / Submitted by Priscilla Sousa (priscillasousa@bce.unb.br) on 2017-10-23T13:54:08Z No. of bitstreams: 1 2017_CiroFragaAlegretti.pdf: 4320395 bytes, checksum: 35cd8c2d4a7f9ef906f9e130bda5f432 (MD5) / Rejected by Raquel Viana (raquelviana@bce.unb.br), reason: Bom dia, Por favor, adicione o título alternativo. Atenciosamente on 2017-11-01T14:14:58Z (GMT) / Submitted by Priscilla Sousa (priscillasousa@bce.unb.br) on 2017-11-01T15:27:26Z No. of bitstreams: 1 2017_CiroFragaAlegretti.pdf: 4320395 bytes, checksum: 35cd8c2d4a7f9ef906f9e130bda5f432 (MD5) / Approved for entry into archive by Raquel Viana (raquelviana@bce.unb.br) on 2017-11-07T16:59:21Z (GMT) No. of bitstreams: 1 2017_CiroFragaAlegretti.pdf: 4320395 bytes, checksum: 35cd8c2d4a7f9ef906f9e130bda5f432 (MD5) / Made available in DSpace on 2017-11-07T16:59:21Z (GMT). No. of bitstreams: 1 2017_CiroFragaAlegretti.pdf: 4320395 bytes, checksum: 35cd8c2d4a7f9ef906f9e130bda5f432 (MD5) Previous issue date: 2017-11-07 / O presente estudo tem como objetivo a investigação dos efeitos provenientes da aplicação de campos magnéticos sobre o escoamento de um fluido magnético sujeito a uma expansão abrupta. O descolamento de camada limite provocado pela geometria do problema resulta na formação de zonas de recirculação. Simulações são realizadas visando a avaliação da possibilidade de controle da instabilidade gerada pela geometria deste problema físico, por meio da aplicação de um campo magnético. A formulação teórica do problema é composta de uma revisão das proposições existentes para a equação constitutiva de um fluido magnético, e de uma análise das equações do movimento resultantes de cada proposição. Visando a análise do acoplamento entre o comportamento magnético e hidrodinâmico deste material complexo, equações evolutivas para a magnetização são adotadas. Diferentes proposições são implementadas, incluindo estudos recentes referentes ao efeito da parte simétrica do tensor gradiente de velocidades sobre a magnetização deste meio polarizável. Um código computacional é desenvolvido utilizando o Método das Diferenças Finitas com uma abordagem pseudo-transiente. A formulação vorticidade-função de corrente é implementada para a solução deste problema. Resultados numéricos obtidos para diferentes formulações de equações evolutivas para a magnetização são comparados. Estudos computacionais são conduzidos para números de Reynolds 50 e 100. Observa-se a possibilidade de controle por parâmetros magnéticos do ponto de recolamento da camada limite e, consequentemente, do comprimento da zona de recirculação. / The present work investigates the effects provenient from an external magnetic field application on the flow of a ferrofluid subjected to a sudden expansion. The geometry-driven boundary layer detachment results in the formation of recirculating zones. Simulations were performed in order to evaluate the possibility of controlling this instability via magnetic fields. The theoretical formulation of this physical problem is composed by a review of the propositions for the constitutive equation of a ferrofluid, and by an analysis of the resulting linear momentum equation associated to each proposition. In order to analyze the coupling between the magnetic and hydrodynamic fields of this complex material, different evolutive equations for the global magnetization are considered. Different propositions are implemented, including the latest investigations regarding the effect of the symmetric part of the velocity gradient tensor on the magnetization on this polarizable medium. A computational algorithm is developed using the Finite Differences Method with a pseudo-transient approach. The vorticity-stream function formulation was implemented to solve this physical problem. The numerical results obtained considering different evolutive equations for the global magnetization are compared. Computational studies are conduced for Reynolds numbers 50 and 100. The possibility to control the boundary layer reattachment point due to magnetic parameters, and consequently the length of the recirculating zone, is observed.

Dissertação (mestrado)—Universidade de Brasília, Faculdade de Tecnologia, Departamento de Engenharia Mecânica, 2018. / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES). / Neste trabalho estudamos escoamentos parabólicos e elípticos de fluidos magnéticos a partir de simulações numéricas, utilizando o problema da camada limite laminar sobre placa plana e o problema de convecção termomagnética dentro de uma cavidade delgada como estudos de caso. Em cada caso, investigamos diferentes aspectos relativos a interação entre os campos das variáveis eletromagnéticas e hidrodinâmicas dos problemas abordados. No problema da camada limite, exploramos os efeitos do acoplamento entre o campo de vorticidade e magnetização. Inicialmente, atacamos o problema de maneira heurística via análise de escalas, com o objetivo de estimar a ordem de magnitude de cada termo presente nas equações governantes e simplificar o sistema de equações. As equações da camada limite e da magnetização são resolvidas numericamente a partir do método das diferenças finitas, utilizando um esquema de discretização apropriado para solução de problemas parabólicos do tipo Crank-Nicolson. Por fim, estudamos a influência dos parâmetros adimensionais sobre a força total exercida sobre a parede e sobre a espessura da camada limite, comparado os resultados numéricos com uma solução assintótica. No problema de convecção termomagnética interna, investigamos o processo convectivo induzido pela estratificação do campo de magnetização em função da distribuição de temperatura. Para solução numérica do sistema de equações, utilizamos uma formulação de acoplamento pressão-velocidade baseada no método de projeções de segunda ordem no tempo. As soluções encontradas são comparadas com benchmarks disponíveis na literatura e com resultados anteriores obtidos pelo grupo. Analisamos os efeitos das condições de contorno magnéticas sobre o número de Nusselt local e global para diferentes combinações entre números de Prandtl e Rayleigh. / In this work we study the parabolic and elliptical flows of magnetic fluids via numerical simulations, using the laminar boundary layer on flat plate and the problem of thermomagnetic convection inside a thin cavity as case studies. In each case, we investigate different aspects related to the dynamics of magnetic fluids. In the boundary layer problem, we explore the coupling effects between the vortex field and the magnetization field. We first tackle the problem heuristically via scaling analysis, in order to estimate the order of magnitude of each term present in the governing equations and to simplify the system of equations. The boundary layer and magnetization equations are solved numerically from the finite difference method using an appropriate Crank-Nicolson discretization scheme to solve parabolic problems. Finally, we study the influence of the dimensionless parameters on the total force exerted on the wall and on the thickness of the boundary layer, comparing the numerical results with an asymptotic solution. In the internal thermomagnetic convection problem, we investigated the convective process induced by the stratification of the magnetization field as a function of the temperature distribution. For the numerical solution of the system of equations, we use a pressurevelocity coupling formulation based on a second order projection method. The solutions found are compared with benchmarks available in the literature and with previous results obtained by the group. We analyzed the effects of magnetic boundary conditions on local and global Nusselt numbers for different combinations of Prandtl, Rayleigh numbers and aspect ratios.

Made available in DSpace on 2014-07-29T15:07:10Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Dissertacao nelio.pdf: 402379 bytes, checksum: 978793fda386f5ccef16f94380d52b6f (MD5) Previous issue date: 2008-04-05 / In this work we investigated the problem of Rayleigh-Bénard for a magnetic binary fluid, i.e., a magnetic fluid, which consist of magnetic nanopartilces stably dispersed in a liquid carrier. The theoretical calculations were performed based on a Lorenz-like model, which transforms a system of partial differential equations into ordinary differential ones. The analysis of the magnetic binary fluid problem used the Navier-Stokes, thermal conduction and mass diffusion equations. The magnetic body force was obtained using the Cowley- Rosensweig tensor as well as the Maxwell equations. The mass flux had included the difusive contribution, associated to Fick s law, and also the thermal diffusion term, due to the Soret effect. Our model consist of a system of eight ordinary differential equations, which were shown to mantain the same mathematical form as the ones obtained earlier by Cross for a non-magnetic binary fluid. However, as expected, our coefficients depend on the magnetic field. According to our investigation on the site www.isiknowledge.com this is the first time in the literature that those equations are obtained, which we named the Lorenz-Cross equations on Ferrohydrodynamics. The validity of our system of equations were, also, checked in the limit of a simple fluid, where our model returns to the Lorenz equations. The only difference is the existence of an effective Rayleigh number, represented by the sum of the Rayleigh number and the magnetic Rayleigh one. Finally, the efect of magnetophoresis in the system of equations had also been discussed. / Neste trabalho investigamos o problema de Rayleigh-Bénard para um fluido binário magnético, ou seja, um fluido magnético, que consiste de nanopartículas magnéticas dispersas em um líqüido carreador.Os cálculos teóricos foram baseados na construção de um modelo tipo Lorenz, pelo qual transformamos um sistema de equações diferenciais parciais em equações diferenciais ordinárias. O sistema de equações para o fluido binário utilizou as equações de Navier-Stokes, condução de calor e difusão de massa.A força magnética foi obtida, usando o tensor eletromagnético de Cowley-Rosensweig, levando em conta as equações de Maxwell. O fluxo de massa considerou o termo difusivo, associado a Lei de Fick, e a contribuição termodifusiva, devido ao efeito de Soret.Nosso modelo consiste de um sistema de 8 equações diferenciais ordinárias, e manteve a mesma forma matemática daquelas obtidas anteriormente por Cross para um sistema binário não-magnético. Entretanto, possui contribuições dependentes do campo magnético. De acordo com nosso levantamento bibliográfico essa é a primeira vez na literatura que essas equações são obtidas, as quais denominamos de equações de Lorenz-Cross na Ferrohidrodinâmica.A validade do nosso sistema de equações foi verificada, também, no limite de um fluido simples, no qual nosso sistema retorna ao modelo tradicional de Lorenz com a diferença da contribuição de um número de Rayleigh efetivo, que representa a soma do número de Rayleigh tradicional com um Rayleigh magnético. A contribuição do efeito magnetoforético para o sistema de equações também foi discutida.