Las trágicas consecuencias del impacto de los maremotos motivan las investigaciones en este campo. En el presente trabajo se estudia la influencia de la aceleración de Coriolis en la propagación de un maremoto. La fuerza “aparente“de Coriolis surge en los cuerpos en movimiento respecto a la Tierra considerada como un sistema de referencia no inercial. En el estudio de la influencia del término de Coriolis sobre la propagación de las ondas de maremoto, se emplea el modelo numérico TUNAMI, el cual considera las ecuaciones de propagación de ondas en coordenadas esféricas sin incluir el término de Coriolis. Este término se ha implementado mediante una subrutina en los códigos de programación del modelo numérico. La versión resultante del modelo se verifica para el escenario del maremoto de Chile del 27 de febrero del 2010, ocurrido a las 06:34 UTC. El cual impactó mente la costa central de Chile. Severamente la costa central de Chile. Los resultados muestran que la influencia de la aceleración de Coriolis es mayor en zonas de bajas profundidades que en batimetrías profundas. / Tesis

Publicación a texto completo no autorizada por el autor / Modelar los patrones estacionales de las corrientes marinas en el ecosistema de la Bahía de Callao para el año 2014 y pueda servir como antecedente para futuras investigaciones en los procesos biogeoquímicos y el transporte de contaminantes. Las simulaciones se realizaron con el modelo computacional COHERENS (Coupled Hydrodynamical Ecological Model for Regional and Shelf Seas). El modelo es un sistema de modelamiento numérico diseñado para diferentes aplicaciones en ecosistemas costeros de aguas poco profundas. COHERENS resuelve las ecuaciones de Navier-Stokes, basándose en la técnica del modo de división o “splitting mode”, este método separa el cálculo del movimiento de las masas de agua en un modo externo, que es barotrópico y bidimensional, del cálculo de los valores de las corrientes en cada una de las capas o niveles sigma en que se haya discretizado el eje vertical en el modo interno, que es baroclínico y tridimensional. El modelo se aplicó sobre una malla rectangular uniforme de 92 filas y 98 columnas, con una resolución espacial de 368 metros y 20 niveles sigma, los niveles sigma se adaptan a la superficie libre y a la batimetría y nos permite una mayor resolución en la columna de agua, y sobre un paso de tiempo dt = 40s. Se realizaron campañas de mediciones para obtener una batimetría detallada de la Bahía de Callao, y se procesaron datos de vientos y constituyentes armónicos de marea, para utilizar estas series de tiempo con condiciones iniciales y de frontera respectivamente. Se consiguió implementar el modelo en el área de estudio, reproduciendo así las características generales de la circulación y distribución de las corrientes con datos horarios en cada una de las grillas del área de estudio. Los resultados mostraron la predominancia de los flujos hacia el noroeste, influenciados por los vientos del sureste, así como por la Corriente Peruana Costera. En superficie las corrientes fueron más intensas en verano que en invierno, con valores promedios mensuales que varían entre 5.83 y 10.53 cm/s y en invierno oscilaron entre 4.29 y 6.18 cm/s. Se validó el modelo con la variable simulada del nivel del mar, aplicándole una regresión lineal con los datos medidos por la Universidad de Hawaii Sea Level Center obteniéndose valores mayores a 0.9 del coeficiente de Pearson para todos los escenarios evaluados. / Tesis

Magíster en Ciencias de la Ingeniería, Mención Mecánica / El presente trabajo de tesis tiene por objetivo estudiar la generación y posterior colisión de anillos de vorticidad idénticos, en una configuración simétrica de 60°y 120° para tres valores del número de Reynolds. Para esto, se realizan simulaciones computacionales en el sofware Fluent de ANSYS 12.0, en régimen laminar y sin transferencia de calor. Los anillos son generados simulando un mecanismo pistón en una cámara hexagonal donde se impone una función forzante para tres y seis de sus caras dependiendo de la configuración elegida. A partir de tres mallas discretas, que difieren en el número de elementos y en el tipo de estructura del mallado, se lleva a cabo una prueba de malla, donde se evalúa la precisión de los resultados con respecto al tamaño de malla y se elige la más adecuada. Los resultados fueron validados con datos experimentales obtenidos en el laboratorio LEAF-NL. Una vez generados los anillos, se estudian sus parámetros característicos cuando se desplazan en vuelo libre hacia el centro de la cavidad. Cuando se produce la colisión se estudian las propiedades fluido dinámicas en el centro del volumen de control y se caracterizan las estructuras secundarias generadas. La energía cinética se estudia de forma continua para todo el proceso, para identificar los cambios observados en la colisión. Para ambas configuraciones el número de Reynolds incide sobre parámetros cinemáticos del proceso como la velocidad de los anillos antes de la colisión y la velocidad de las estructuras formadas posterior a ésta. En tanto que el diámetro del generador incluye sobre parámetros geométricos como el diámetro de los anillos antes de la colisión y el tamaño de las estructuras formadas posterior a esta, que también está determinado por el número de anillos participantes. Durante la colisión se observa un fuerte aumento de presión en el centro del volumen de control que disminuye a medida que las estructuras generadas se alejan. En cuanto a la velocidad se observa que tiende a cero en torno al centro especialmente para la configuración de seis anillos en colisión. La energía cinética muestra variaciones asociadas a la disipación por esfuerzos viscosos en el movimiento de los anillos, y a la interacción de estos durante la colisión. La dinámica de la colisión de anillos de vorticidad aborda interesantes propiedades, como la reconexión de tubos de vorticidad que da paso a la formación de nuevas estructuras y la posibilidad de generar puntos de estancamiento en las zonas donde se produce la colisión de los anillos.

Neste trabalho apresenta-se a simulação de fluxos bidimensionais, laminares e incompressíveis entre cilindros rotatórios e placas paralelas (escoamento de Couette), de fluidos Newtonianos e não-Newtonianos, podendo envolver trocas de calor. Determina-se a distribuição de temperatura, velocidade e pressão resolvendo, pelo método de diferenças finitas, baseado no processo de integração temporal de Runge-Kutta e Relaxações Sucessivas, as equações governantes de escoamentos. O sistema de equações considerado envolve as de Navier-Stokes, Maxwell, Poisson e energia, adimensionalizadas, permitindo versatilidade na obtenção e comparação entre os resultados. Usa-se o sistema de coordenadas generalizadas por este possibilitar o emprego de domínios quaisquer. Os resultados obtidos, a baixo custo, utilizando wna estação de trabalho Silicon Graphics Origin200 (LICC) e o supercomputador CRA Y T94 (CESUP/RS), com base num algoritmo computacional eficiente (dinâmico) desenvolvido na linguagem FORTRAN 90, são visualizados graficamente pelos aplicativos Visual3.1 e Graf2d através de linhas de corrente, isotermas e perfis variados, aproximando-se adequadamente dos resultados analíticos, numéricos e experimentais existentes na literatura. / This work presents the numerical simulation of two dimensional incompressible laminar flows between rotating cylinders and parallel plates (Couette flow) for Newtonian and non-Newtonian fluids, with energy dissipation in the form o f heat. Temperature, velocity and pressure distributions are determined nurnerically, by the finite differences explicit Runge-Kutta multistage scheme and Sucessive Relaxation. The system of equations involves the Navier-Stokes, Maxwell model, Poisson and an energy equation, in adimensional form, allowing versatility in order to obtain and compare the results. The boundary fitted coordinates system is employed, because fluids through general forms can be analysed. Obtained results, at low costs, used the Silicon Graphics Origin200 and CRA Y T94 (CESUP-UFRGS), based on an efficient algorithm writen in FORTRAN 90, and they are displayed through streamlines, isotherms and other perfis, and showed to compare well with analytical, numerical or experimental data found in the literature.

Made available in DSpace on 2016-02-05T18:29:44Z (GMT). No. of bitstreams: 0 Previous issue date: 2015-07-24. Added 1 bitstream(s) on 2016-02-05T18:33:45Z : No. of bitstreams: 1 000857603.pdf: 3216740 bytes, checksum: d57a297ea51232d30bfc65bc4c02c6e0 (MD5) / A caracterização do escoamento em válvulas de sucção e descarga de compressores de refrigeração é muita complexa, portanto as válvulas têm sido estudadas por meio de modelos com geometrias mais simples, como a geometria denominada de difusor radial. A configuração estática, que desconsidera o movimento do disco frontal no modelo do difusor radial, foi bastante estudada, o que produziu importantes contribuições para o desenvolvimento do projeto de válvulas. No entanto, o problema é caracterizado por uma forte interação fluido-estrutura devido ao acoplamento entre o escoamento e a dinâmica do movimento do disco frontal. Uma lacuna observada na literatura é a ausência de estudos de simulação numérica do escoamento em difusores radiais, quando na presença de interação fluido-estrutura no disco frontal, com a preocupação de validação da metodologia numérica por meio de dados experimentais. Neste trabalho, os escoamentos em difusores radiais com discos frontais fixos e móveis foram investigados numericamente usando um código comercial baseado na metodologia de Volumes Finitos (Fluent versão 15.0), com o objetivo de analisar detalhadamente as principais características do escoamento. Numa primeira etapa foi estudado o escoamento em um difusor radial com disco frontal fixo com razão de diâmetro de D/d=1,5. A metodologia numérica foi validada experimentalmente para números de Reynolds variando de 4.000 a 20.000 e afastamentos entre discos na faixa de s/d=0,001 a s/d=0,09. Posteriormente, a mesma geometria foi usada para estudar o problema de interação fluido-estrutura quando o disco frontal é móvel, onde a dinâmica do disco frontal foi modelada como um sistema massa-mola-amortecimento com um grau de liberdade. A metodologia numérica foi validada com dados experimentais para números de Reynolds em torno de 2.000, considerando sistemas com duas constantes de elasticidade... / The flow description in suction and discharge valves used in refrigeration compressors is very complex. Therefore, the valves have been studied through simpler models as the radial diffuser. The static configuration, which disregards the movement of the frontal disc, has been widely studied and has produced important contributions to the development of valves designs. However, the real problem is characterized by a strong fluid-structure interaction due to the coupling between the fluid flow and the dynamics of the frontal disc. A gap in the literature is the absence of studies on the numerical simulation of this fluid-structure interaction problem as the experimental validation is the main concern. In this work, the flow through radial diffusers with static and moving frontal discs are numerical investigated using a commercial code based on the Finite Volume method (Fluent version 15.0) aiming at analyzing in details the main characteristics of the flow. Firstly, the flow through a radial diffuser with static frontal disc and diameter ratio of D/d=1.5 was studied. The numerical methodology was experimentally validated for Reynolds numbers varying from 4,000 to 20,000 and distances between discs in the range of s/d=0.01 to s/d=0.09. Then, the same basic geometry was used to study the fluid-structure interaction problem, in which the dynamics of the frontal disc was modeled as a one degree of freedom mass-spring-damping system. The numerical methodology was validated with experimental data for Reynolds numbers around 2,000, considering two stiffness systems. The obtained results show that both methodologies can be considered partially validated ...

Orientador: José Luiz Gasche / Banca: João Batista Campos Silva / Banca: Rafael Sene de Lima / Resumo: A caracterização do escoamento em válvulas de sucção e descarga de compressores de refrigeração é muita complexa, portanto as válvulas têm sido estudadas por meio de modelos com geometrias mais simples, como a geometria denominada de difusor radial. A configuração estática, que desconsidera o movimento do disco frontal no modelo do difusor radial, foi bastante estudada, o que produziu importantes contribuições para o desenvolvimento do projeto de válvulas. No entanto, o problema é caracterizado por uma forte interação fluido-estrutura devido ao acoplamento entre o escoamento e a dinâmica do movimento do disco frontal. Uma lacuna observada na literatura é a ausência de estudos de simulação numérica do escoamento em difusores radiais, quando na presença de interação fluido-estrutura no disco frontal, com a preocupação de validação da metodologia numérica por meio de dados experimentais. Neste trabalho, os escoamentos em difusores radiais com discos frontais fixos e móveis foram investigados numericamente usando um código comercial baseado na metodologia de Volumes Finitos (Fluent versão 15.0), com o objetivo de analisar detalhadamente as principais características do escoamento. Numa primeira etapa foi estudado o escoamento em um difusor radial com disco frontal fixo com razão de diâmetro de D/d=1,5. A metodologia numérica foi validada experimentalmente para números de Reynolds variando de 4.000 a 20.000 e afastamentos entre discos na faixa de s/d=0,001 a s/d=0,09. Posteriormente, a mesma geometria foi usada para estudar o problema de interação fluido-estrutura quando o disco frontal é móvel, onde a dinâmica do disco frontal foi modelada como um sistema massa-mola-amortecimento com um grau de liberdade. A metodologia numérica foi validada com dados experimentais para números de Reynolds em torno de 2.000, considerando sistemas com duas constantes de elasticidade... / Abstract: The flow description in suction and discharge valves used in refrigeration compressors is very complex. Therefore, the valves have been studied through simpler models as the radial diffuser. The static configuration, which disregards the movement of the frontal disc, has been widely studied and has produced important contributions to the development of valves designs. However, the real problem is characterized by a strong fluid-structure interaction due to the coupling between the fluid flow and the dynamics of the frontal disc. A gap in the literature is the absence of studies on the numerical simulation of this fluid-structure interaction problem as the experimental validation is the main concern. In this work, the flow through radial diffusers with static and moving frontal discs are numerical investigated using a commercial code based on the Finite Volume method (Fluent version 15.0) aiming at analyzing in details the main characteristics of the flow. Firstly, the flow through a radial diffuser with static frontal disc and diameter ratio of D/d=1.5 was studied. The numerical methodology was experimentally validated for Reynolds numbers varying from 4,000 to 20,000 and distances between discs in the range of s/d=0.01 to s/d=0.09. Then, the same basic geometry was used to study the fluid-structure interaction problem, in which the dynamics of the frontal disc was modeled as a one degree of freedom mass-spring-damping system. The numerical methodology was validated with experimental data for Reynolds numbers around 2,000, considering two stiffness systems. The obtained results show that both methodologies can be considered partially validated ... / Mestre

Orientador: Edson Del Rio Vieira / Coorientador: Sérgio Said Mansur / Banca: Ricardo Alan Verdú Ramos / Banca: Carlos Roberto Ilário da Silva / Resumo: No presente trabalho, padrões de escoamento e emissão de vórtices produzidos por protuberâncias quadradas e onduladas situadas sobre uma placa plana são experimentalmente estudados através de visualização de escoamentos e anemometria de filme quente. Os experimentos foram conduzidos em um túnel hidrodinâmico vertical com intensidade turbulenta da corrente livre inferior a 0,3%. Informações qualitativas e quantitativas foram obtidas para números de Reynolds de até 2 500. Os padrões de escoamento foram capturados por meio de imagens estáticas com o túnel em operação no modo blow-down enquanto que a freqüência de emissão de vórtices foi determinada por anemometria de filme quente em regime permanente. A injeção de corante líquido a montante das protuberâncias permitiu a visualização de recirculações nas cavidades bem como a formação e emissão de vórtices na camada cisalhante sobre as protuberâncias. A visualização de escoamento também contribuiu para encontrar o melhor posicionamento da sonda de filme quente a fim de obter a frequência de emissão de vórtices. Imagens da visualização de escoamentos obtidas para diferentes números de Reynolds mostraram a complexa estrutura topológica do escoamento, caracterizada pela emissão de vórtices, bolhas de recirculação, escoamento reverso e características da camada limite. Adicionalmente, o comportamento da frequência de emissão de vórtices como função do número de Reynolds foi determinado / Abstract: In the present work, flow patterns and vortex shedding phenomenon produced by square and wavy protuberances placed on a flat wall are experimentally studied by means of flow visualization and hot-film anemometry. The experiments have been performed in a vertical hydrodynamic tunnel whose turbulent intensity measured was less than 0,3%. Qualitative and quantitative information have been obtained for Reynolds numbers up to 2 500. The flow patterns have been captured in photographic still images in blow-down mode while vortex shedding frequencies have been determined by hot-film anemometry in steady mode operating. Injection of liquid dye upstream protuberances has allowed to visualize the recirculating flow inside cavities as well as vortex formation and shedding in the shear layer over the protuberances. Flow visualization has also helped to identify the best position to insert the hot-film probe in the flow in order to obtain a vortex shedding frequency with a high signal noise ratio. Flow visualization images obtained at different Reynolds number have shown the complex topological structure of the flow, characterized by vortex shedding, recirculating bubbles, reverse flow and boundary layer separation and attachment. Additionally, the behavior of the dimensionless vortex shedding frequency as a function of the Reynolds number has been determined / Mestre

Orientador: Sérgio Said Mansur / Coorientador: Edson Del Rio Vieira / Banca: José Luiz Gasche / Banca: Aluisio Viais Pantaleão / Resumo: Este trabalho traz uma investigação experimental do escoamento em cavidades retangulares com razões de aspectos de 1⁄2 a 10 para números de Reynolds na faixa de 103 a 104. Os experimentos foram conduzidos em um canal de superfície livre em circuito fechado, projetado e construído no âmbito de um trabalho anterior, inserido dentro desta mesma linha de pesquisa. Antes do início da presente campanha experimental, este aparato foi inteiramente reestruturado, efetuando-se os ajustes e reparos necessários à correção dos problemas de funcionamento identificados no trabalho precedente. Após esta etapa, testes preliminares foram executados, incluindo o levantamento do envelope operacional do aparato e a medição dos níveis de vibração na seção de testes, com o propósito de qualificação do equipamento para a realização deste estudo. No que concerne aos ensaios das cavidades, visualizações de escoamento foram efetuadas, utilizando-se três diferentes tipos de traçadores: corante líquido, bolhas de hidrogênio e partículas sólidas. Com o auxílio de uma iluminação adequada, todas as técnicas se mostraram capazes de fornecer elementos importantes para a observação das mudanças nos padrões de escoamento produzidas por alterações nos parâmetros que governam este tipo de escoamento - o número de Reynolds e a razão de aspecto. Especial atenção foi dada à obtenção de informações quantitativas e qualitativas do escoamento na camada cisalhante das cavidades, cujas características intrínsecas favorecem a formação e a propagação de instabilidades de Kelvin-Helmholtz. Medições de velocidade por anemometria de filme quente também foram efetuadas, visando a obtenção do comportamento característico St x Re para cada cavidade ensaiada. Curvas do tipo St = A Re-b, onde A e b são constantes... (Resumo completo, clicar acesso eletrônico abaixo) / Abstract: This work is concerned with an experimental investigation of the flow in rectangular cavities with aspect ratios from 1⁄2 to10, for Reynolds number between 10 3 and 104. Experiments have been conducted in a free surface water channel developed in a previous work inserted in the same field of research. Before beginning the experimental runs, that apparatus has been fully redesigned. Adjustments and repairs have been performed in order to correct some operation problems previously identified. After that phase, preliminary tests have been done to obtain the operating envelope and qualify the apparatus in terms of vibration level. With regard to tests of cavities, different methods of flow visualization have been employed - liquid dye injection, hydrogen bubbles generation, and seeding of solid particles. By using a proper lighting, all these techniques have allowed to observe flow patterns changes as a function of aspect ratio and Reynolds number. Particular attention has been dispensed to obtain quantitative and qualitative information about the periodic behavior of the shear layer, where Kelvin-Helmholtz instabilities are produced. Hot film measurements have also been performed to obtain St x Re curves for each cavity tested. Correlations of the form St = A Re-b have been fitted to experimental data, where A and b are constants for each case investigated. As possible, results have been compared with numerical and experimental data from the literature and a good agreement has been reached. The results presented here... (Complete abstract click electronic access below) / Mestre

Orientador: Maurício Araújo Zanardi / Banca: José Antonio Perrella Balestieri / Banca: Luiz Roberto Carrocci / Banca: Carlos Alberto Chaves / Banca: Newton Galvão de Campos Leite / Resumo: Neste trabalho estuda-se a convecção mista laminar em regime permanente em cavidades retangulares com fonte de calor para diferentes razões de aspecto. Para a determinação das distribuições de velocidades e temperaturas são utilizadas as equações da conservação da massa quantidade de movimento e de energia com a aproximação de Boussinesq. A solução das equações diferenciais é feita através do método de volumes finitos utilizando o esquema de discretização de "Power-Law", proposto por Patankar e o procedimento SIMPLE foi empregado para obtenção do acoplamento pressão-velocidade. O modelo foi inicialmente utilizado para simulação de convecção natural, com objetivo de validação e comparação com resultados de problemas similares encontrados na literatura. Posteriormente foi estudad a convecção mista, para diferente condições de contorno envolvendo temperaturas conhecidas e paredes adiabáticas, variando-se a potência dissipada, o fluxo de massa injetado e a razão de aspecto da cavidade. Como resultados, são apresentado valores para o número de Nusselt baseado no coeficiente global de transferência de calor em função do número de Rayleigh, do número de Richardson e da razão de aspecto. Os resultados confirmam que a convecção mista é mais efetiva para a transfrência de calor do que a convecção natural, exceto para uma pequena faixa de número de Richardson e em cavidades de razão de aspecto elevada, quando a formação de recirculações junto à base da fonte geradora desvia o escoamento forçado piorando a transferência de calor. / Abstract: In this work, the steady state laminar mixed convection inside a rectangular enclosure with discrete heat source for different aspect rations is studied. The velocity an temperature distributions were perfomed using the mass, momentum and energy conservation equations with the Boussinesq aprroximation. The differential equations solutions were carried out by the finite volume method using the "power-law" discretization, scheme, proposed by Patankar and the SIMPLE algorithm to obtain the pressure-velocity relationship. The developed model was first used to simulate natural convection processes in order to validate it through comparison with results for similar problems found in the open literature. After that the mixed convection, comsidering different boundary condition combinations, including prescribed temperatures and adiabatic walls, varying the dissiáted heat, the injected flow rate and enclosure aspect ratio. As results, the Nusselt number based on the overall heat transfer coefficient, behavior is presented as functions of Rayleigh and Richardson numbers and enclosure aspect ratio. The results confirm that the mixed convection is a more effective heat transfer mechanism than natural convection except fpr a narrow Richardson number range and high aspect ratios when the formation of recirculations near the heat source base mdeviates the forced flow away of the source. / Doutor

Neste trabalho apresenta-se a simulação de fluxos bidimensionais, laminares e incompressíveis entre cilindros rotatórios e placas paralelas (escoamento de Couette), de fluidos Newtonianos e não-Newtonianos, podendo envolver trocas de calor. Determina-se a distribuição de temperatura, velocidade e pressão resolvendo, pelo método de diferenças finitas, baseado no processo de integração temporal de Runge-Kutta e Relaxações Sucessivas, as equações governantes de escoamentos. O sistema de equações considerado envolve as de Navier-Stokes, Maxwell, Poisson e energia, adimensionalizadas, permitindo versatilidade na obtenção e comparação entre os resultados. Usa-se o sistema de coordenadas generalizadas por este possibilitar o emprego de domínios quaisquer. Os resultados obtidos, a baixo custo, utilizando wna estação de trabalho Silicon Graphics Origin200 (LICC) e o supercomputador CRA Y T94 (CESUP/RS), com base num algoritmo computacional eficiente (dinâmico) desenvolvido na linguagem FORTRAN 90, são visualizados graficamente pelos aplicativos Visual3.1 e Graf2d através de linhas de corrente, isotermas e perfis variados, aproximando-se adequadamente dos resultados analíticos, numéricos e experimentais existentes na literatura. / This work presents the numerical simulation of two dimensional incompressible laminar flows between rotating cylinders and parallel plates (Couette flow) for Newtonian and non-Newtonian fluids, with energy dissipation in the form o f heat. Temperature, velocity and pressure distributions are determined nurnerically, by the finite differences explicit Runge-Kutta multistage scheme and Sucessive Relaxation. The system of equations involves the Navier-Stokes, Maxwell model, Poisson and an energy equation, in adimensional form, allowing versatility in order to obtain and compare the results. The boundary fitted coordinates system is employed, because fluids through general forms can be analysed. Obtained results, at low costs, used the Silicon Graphics Origin200 and CRA Y T94 (CESUP-UFRGS), based on an efficient algorithm writen in FORTRAN 90, and they are displayed through streamlines, isotherms and other perfis, and showed to compare well with analytical, numerical or experimental data found in the literature.