Orientador: Juliana Conceição Precioso Pereira / Banca: Waldemar Donizete Bastos / Banca: Lidiane dos Santos Monteiro Lima / Resumo: Neste trabalho analisamos as equações de Navier-Stokes em R^n, (n≤3) e mostramos boa colocação global, quando a velocidade inicial pertence ao espaço de Morrey e tem norma suficientemente pequena. Mostramos, também, que se o dado inicial é uma função homogênea de grau -1 então as soluções mild são autossimilares. Além disso, apresentamos um resultado de estabilidade assintótica das soluções mild / Abstract: In this work we will analyze the Navier-Stokes equations in R n, (n ≥ 3) and we will show global well-posedness, when the initial velocity belongs to the Morrey space M p, λ and with a sufficiently small norm. We will also show that if the initial data is a homogeneous function of degree −1, then the mild solutions are self-similar. Moreover, we will present an asymptotic stability result of the mild solutions / Mestre

Submitted by Edisangela Bastos (edisangela@ufpa.br) on 2018-03-28T13:08:25Z No. of bitstreams: 2 license_rdf: 0 bytes, checksum: d41d8cd98f00b204e9800998ecf8427e (MD5) Dissertacao_EstudoAnaliticoExperimental.pdf: 2764706 bytes, checksum: 23a8474d6c0a8add2635345dfc0f84d0 (MD5) / Approved for entry into archive by Edisangela Bastos (edisangela@ufpa.br) on 2018-04-02T14:17:35Z (GMT) No. of bitstreams: 2 license_rdf: 0 bytes, checksum: d41d8cd98f00b204e9800998ecf8427e (MD5) Dissertacao_EstudoAnaliticoExperimental.pdf: 2764706 bytes, checksum: 23a8474d6c0a8add2635345dfc0f84d0 (MD5) / Made available in DSpace on 2018-04-02T14:17:35Z (GMT). No. of bitstreams: 2 license_rdf: 0 bytes, checksum: d41d8cd98f00b204e9800998ecf8427e (MD5) Dissertacao_EstudoAnaliticoExperimental.pdf: 2764706 bytes, checksum: 23a8474d6c0a8add2635345dfc0f84d0 (MD5) Previous issue date: 1983 / O estudo proposto neste trabalho está baseado num estudo de parâmetros influentes no processo de gaseificação ascendente ou Contra-Corrente. O gaseificador utilizado foi um prototipo modular. O módulo inferior com diâmetro externo de 50cm e diâmetro interno 42cm devido ao refratário e às paredes duplas para o pré-aquecimento do ar de entrada. O módulo superior de diâmetro externo de 55 cm e interno 50,6 cm é constituido também de paredes duplas por causa das extrações de gás estarem lozalizadas a duas alturas diferentes. Os dois módulos são acplados entre si de tal maneira que podemos variar a altura de carga do gaseificador, assim como, a altura da saída de gás. O processo utilizado na gaseificação foi o "gás de ar" ou "gás pobre". O estudo foi dividido em duas geometrias, variando entre elas a relação da altura da saída de gás pelo diâmetro do gaseificado. Quando a extração de gás se processou pelos furos superiores com uma relação δ = 3,09 denomina-mos de geometria superior e para δ = 2,14 de geometria inferior. Para cada uma das geometrias foram realizadas cinco experiências com vazões de ar diferentes. Foram medidas as temperaturas em três pontos distintos do gaseificados a fim de verificarmos o comportamento das zonas de reação de acordo com as temperaturas, assim como, os fluxos de ar, gás, carvão gaseificado e vapor d'água contido no ar foram medidos a fim de que as análises fossem feitas es termos de parâmetros adimensionais. A composição do gás foi analisada cromatograficamente para todos os experimentos a fim de determinarmos o poder calorífico do gás, as parcelas de energia de cada componente na mistura do gás resultante, a potência calorífica do gaseificador. Com relação a composição do gás de ar, devido as nossas condições ambientais a gaseificação comportou-se como se fosse uma composição de gás d'água apresentando em sua análise parcelas de hidrogênio e metano proporcionando assim um aumento no poder calorífico do gás e consequentemente aumento da potência calorífica do gaseificador. / The research subject proposed in this study is based on an examination of the parameters significant for the process of ascendent and counter-current gasification. The gasifier which was utilized was a module proto type. The lower module has an extenal diameter of 50 cm and an internail diameter of 42 cm, owing to the refractory and to the double walls designed for the heating of the incoming air. The upper module with an external diameter of 55 cm and an internal diameter of 50,6 cm, is similarly made of double walls in view of the extraction of gas being localized at different The two modules are joined to each other in such a way as to enable a variation in the height of the charging of the gasifier, as well as in the height of the outgoing gas. The process of gasification used in the study was that of air gas or low-BTU gas. The study was divided into two geometries by varying be tween them, the relation of the height of the outgoing gas and the diameter of the gasifier. When gas was extracted by the upper perforation with a relation δ = 3,09 it is denominated upper geometry andwhen δ=214, lower geometry. Five experimento involving different escapes of air were made for each of the geometries. Temperatus were measured at three different points of the gasifier in order to ascertain the behavior of the reaction zones according to the temperatures. The flows of air, gas, gasified coal and steam contained in the air were measured so that the analyses were made in terms of dimensional parameters. The composition of the gas was analyses chromografically in all the experiments undertaken, so as to determine the calorific potential of the gas, the percent of energy in each component of the resultant mixed gas, and the calorific power of the gasifier. In relation to the composition of air gas, the gasification behaved as if it were a mixture of water gas, owing to local ambiental condition. The composition presented, on analysis, parts of hydrogen and methane, thus contributing to an increase in the heating power of the gas and consequently, an increase in the heating potential of the gasifier.

Ingeniero Civil Matemático / El primer objetivo de este trabajo es desarrollar un algoritmo que resuelva la EDP asociada al modelo de Bingham, en un dominio particular, una canaleta. La dificultad se centra en que este modelo introduce una no linealidad al problema. Como segundo objetivo, una vez obtenido este algoritmo, se quiere validar usando mediciones obtenidas mediantes experimentos sobre fluidos que se cree se comportan como el modelo de Bingham indica. Con esto en mente, se estudia el modelo de Bingham y problemas asociados equivalentes en formulación débil. Esto permite concluir características de las soluciones y también encontrar un algoritmo, que nace de la formulación del problema como punto silla. El algoritmo resuelve la no linealidad de las ecuaciones de Cauchy mediante una simplificación nacida de la geometría especial de las canaletas, y la no linealidad de Bingham mediante un astuto algoritmo iterativo debido a Glowinski, que resuelve en cada paso un problema lineal. Se utilizó Matlab para el desarrollo de los algoritmos puesto que debemos utilizar matrices y operaciones de matrices de forma repetida, y Matlab está optimizado para ello. Una vez obtenido un algoritmo, se usan los datos de la tésis de Jorge Martínez, para validar el modelo, y reobtener algunos datos intrínsecos del fluido, a saber, su tensión de fluencia $\tau$ y su viscosidad $\mu$ y compararlos con las versiones obtenidas experimentalmente. Esto se hace mediante una minimización de cuadrados de la diferencia entre datos locales de la velocidad y la solución obtenida por el algoritmo.

Ingeniero Civil Mecánico / Los descansos hidrodinámicos son ampliamente utilizados en equipos rotatorios debido a su capacidad de resistir altas cargas, alta amortiguación, escaso desgaste, amplia vida útil y una holgura entre rotor y descanso pequeña. La operación confiable de estos equipos bajo distintas condiciones de operación es de vital importancia. Para esto, es necesaria tanto la predicción como el control del comportamiento dinámico, esto es respuesta al desbalance, velocidades críticas e inestabilidades. En este trabajo se realizan simulaciones computacionales a través de un software con la capacidad de resolución de problemas CFD (Computational Fluid Dynamics), con una interface FSI (Fluid Structure Interaction), que buscan la determinación de coeficientes dinámicos de rigidez y de amortiguamiento. Se determinan los coeficientes dinámicos considerando términos lineales y no lineales, bajo diferentes condiciones de operación, dadas por la velocidad de rotación del eje. Estos coeficientes se obtienen mediante el uso de un método de identificación de parámetros de dominio temporal. Adicionalmente, se estudian los efectos generados por la inclusión del fenómeno de cavitación y la flexibilidad de la pared en las magnitudes de los coeficientes dinámicos. Finalmente, se validan los resultados comparando los coeficientes dinámicos lineales con aproximaciones analíticas de los distintos modelos desarrollados. Los resultados obtenidos en modelos con cavitación muestran que los coeficientes de rigidez son determinantes en el ajuste de la respuesta del fluido a la excitación del rotor, no así los coeficientes de amortiguamiento que no contribuyen mayormente al ajuste (sus magnitudes son prácticamente nulas en muchos casos). En condiciones bajo Oil Whirl los coeficientes no lineales adquieren mayor importancia, asimismo como para altas velocidades de operación. La flexibilidad del descanso es determinante sólo para cuantificar la presión desarrollada por el fluido y la ubicación del punto de equilibrio que alcanza el rotor. Por lo tanto, para la determinación de coeficientes dinámicos bastaría simular con una pared rígida.

Ingeniero Civil Mecánico / El Área de Transporte de la Agencia Chilena de Eficiencia Energética (AChEE), en su funcionamiento desde el 2010 en adelante ha llevado a cabo diversos proyectos, en los cuales ha buscado reducir el consumo de combustible a través de la implementación de Medidas de Mejora de Eficiencia Energética (MMEE). En estos proyectos, el proceso de cuantificación de resultados se ha llevado a cabo de diversas maneras sin seguir un lineamiento común, lo cual no ha permitido hacer estos resultados comparables entre estudios. Es por esto, que la AChEE ha elaborado un protocolo estándar, basado en el Protocolo Internacional de Medida y Verificación (IPMVP), para aplicarse en los proyectos que se realicen a partir del 2014. Dentro de esta memoria se ha abordado dicha problemática aplicando el protocolo a los proyectos de la AChEE del periodo 2011-2013, para así compararlos con los resultados obtenidos anteriormente. Luego, se evaluó la costo-efectividad de cada proyecto y de dos nuevas herramientas que permiten estimar el impacto de dispositivos aerodinámicos y de conducción eficiente: el análisis de Fluidodinámica Computacional (CFD), y la metodología Potencia Específica Vehicular (VSP), respectivamente. A partir de la cuantificación estandarizada se obtuvo una diferencia con lo reportado originalmente de 79.225 [lt/anuales] menos, producto que este es más estricto. Además se hacen recomendaciones sobre los medidores más adecuados según el tipo de proyecto. Por otro lado, con respecto al análisis CFD se concluye que es aplicable para determinar el impacto de dispositivos aerodinámicos, recomendándose su utilización en las etapas de diseño y puesta a prueba de estas tecnologías. Finalmente, se determina que la Metodología VSP es un buen estimador del consumo de combustible bajo condiciones de conducción normal, que sin embargo adquiere un mayor margen de error en la aplicación de conducción eficiente, estimando una reducción del consumo levemente menor que la real. Todos estos antecedentes impactan en el diseño y futuro desarrollo de la AChEE.

Doctor en Ciencias de la Ingeniería, Mención Fluidodinámica / El estudio de flujos granulares resulta importante en distintas aplicaciones industriales, como también para lograr una mejor comprensión de fenómenos naturales. Los flujos granulares que ocurren en la naturaleza muchas veces presentan un gran poder destructivo. Por ello, la predicción de la ocurrencia y comportamiento de éstos a escalas geofísicas resulta de gran interés para el ordenamiento territorial y evaluación del riesgo en asentamientos humanos y numerosas faenas industriales. Ejemplos de flujos granulares a escalas geofísicas son: flujos detríticos (aluviones), flujos piroclásticos, avalanchas de nieve y avalanchas de roca. Esta tesis está estructurada en base a una serie de artículos de investigación originales autocontenidos en la que se aborda el estudio de la dinámica interna de flujos granulares densos. En el presente trabajo se presenta una serie de resultados experimentales sobre flujos granulares compuestos por mezclas aire-partículas, con diferentes grados de fluidización inicial, inducidos sobre un canal rectangular (experimentos tipo rompimiento de presa ). También se presentan resultados experimentales y numéricos respecto del proceso de defluidización de mezclas aire-partículas en columnas estáticas. Los resultados obtenidos aportan nuevos conocimientos respecto de la física de los flujos granulares densos. Diversos estudios coinciden en que el fluido intersticial, incluso cuando es aire, resulta de gran importancia en la dinámica de los flujos granulares. Las partículas utilizadas en el estudio experimental pertenecen al grupo A según la clasificación del Geldart. Ensayos experimentales han mostrado que mezclas de partículas obtenidas en depósitos de flujos piroclásticos ricos en cenizas presentan un comportamiento del tipo A cuando son sometidas a fluidización por gas. Por ello, los resultados obtenidos en este trabajo tienen especial relevancia para entender la mecánica de flujos piroclásticos densos ricos en cenizas. Además, comportamientos similares a los esperados en mezclas aire-partículas del tipo A han sido observados en mezclas detríticas (agua-partículas) durante procesos de defluidización producto de la autoconsolidación de las mezclas debido a su propio peso. Para llevar acabo esta tesis, en primer lugar se realizaron experimentos tipo rompimiento de presa de mezclas granulares fluidizadas en distintas proporciones. Los resultados obtenidos fueron comparados con flujos derivados de mezclas no fluidizadas y flujos de agua pura, todos ensayados en la misma instalación experimental. La evolución espaciotemporal de la presión de poros en el fondo de los flujos granulares generados y a lo largo del canal experimental fue estudiada mediante un segundo conjunto de experimentos. Técnicas de análisis de imágenes de video permitieron correlacionar la estructura observada del flujo con las señales de presión obtenidas. En particular, con imágenes de video obtenidas a lo largo del canal se estudió los patrones de depositación del flujo. Nuevos experimentos, consistentes en medir la evolución de la presión de poros en mezclas estáticas (columnas) previamente fluidizadas, permitieron estudiar los mecanismos que controlan la difusión de la presión de poros en éstas. Este estudio fue complementado con un modelo numérico capaz de representar de buena forma los resultados experimentales obtenidos. A pesar de que en flujos granulares la difusión de la presión de poros puede ser controlada por otros procesos más complejos que aquellos presentes en el caso estático, este simple experimento aporta nuevas ideas respecto al proceso de difusión de la presión de poros en mezclas inicialmente fluidizadas. Finalmente, se estudió experimentalmente el alcance de los flujos granulares, para todo el rango de fluidización (desde nula a completamente fluidizado) en canales con distintas pendientes. En resumen, nuestros resultados enfatizan la capacidad de la presión de poros en aumentar la movilidad de mezclas fluido-partículas. El incremento en las escalas de tiempo de difusión de la presión de poros debido a la consolidación de mezclas fluidizadas y expandidas causan un notable incremento en el alcance de los flujos, cuando se comparan con mezclas no fluidizadas y no expandidas.

Doctor en Ciencias de la Ingeniería, Mención Fluidodinámica / Esta tesis comprende el estudio matemático de las ecuaciones de Capa Límite mediante series de Fourier. Las ecuaciones de Capa Límite son una simplificación de las ecuaciones de Navier-Stokes, el carácter elíptico de las ecuaciones de Navier-Stokes es eliminado mediante una aproximación en términos del número de Reynolds, de esta forma las ecuaciones toman un carácter parabólico lo que permite resolverlas avanzando con la integración en la dirección del flujo sin necesidad de retroceder en la integración numérica, esto lleva consigo la simplificación del algoritmo de resolución y ahorro de tiempo de cálculo. Las ecuaciones de Capa Límite fueron introducidas por primera vez por L. Prandtl en 1904 y desde entonces son ocupadas extensamente por investigadores e ingenieros, debido principalmente a su simplicidad y buenos resultados que entregan, además, por su forma simplificada respecto de las ecuaciones de Navier-Stokes, las ecuaciones de Capa Límite permiten obtener una visión conceptual clara de los fenómenos que son descritos mediante éstas ecuaciones. En muchos flujos de interés en ingeniería como por ejemplo: chorros, plumas, flujos en canales a superficie libre, transferencia de calor y masa en una placa plana, pueden ser aplicadas las ecuaciones de Capa Límite y estas entregan resultados que andan en muy buen acuerdo con los resultados obtenidos con las ecuaciones completas de Navier-Stokes. En este trabajo se resuelven problemas del tipo Capa Límite como los mencionados anteriormente, mediante el uso de Series de Fourier. De esta forma, se construyó un algoritmo en el cual las únicas variables de entrada sean los perfiles iniciales de velocidad, temperatura, concentración, etc. El método consiste esencialmente en transformar las ecuaciones de la capa límite en un set infinito de ecuaciones diferenciales ordinarias en la variable x mediante las Series de Fourier. Entonces se toma como aproximación del continuo, un número N de las ecuaciones anteriores y se resuelven por medio de los métodos estándar de resolución de ecuaciones diferenciales ordinarias. El número N de ecuaciones diferenciales ordinarias consideradas es tal que la solución no difiera de la solución con N-1 ecuaciones. Esta Tesis muestra que el método propuesto es una eficiente alternativa para el estudio de las ecuaciones de Capa Límite, donde los resultados numéricos entregados por esta metodología compiten bastante bien con los métodos clásicos establecidos como diferencias finitas el método de disparo y elementos finitos. Este trabajo dio como fruto la publicación de varios artículos en revistas especializadas en transferencia de calor y matemáticas aplicadas.

Orientador: Henry França Meier. / Co-orientador: Dirceu Noriler. / Dissertação (mestrado) - Universidade Regional Blumenau, Centro de Ciências Tecnológicas, Programa de Pós-Graduação em Engenharia Química.

Este trabalho apresenta um sistema para a geração, captura e processamento de imagens de escoamentos hidrodinâmicos ao redor de corpos rígidos, visando a determinação quantitativa e qualitativa de suas propriedades. Para a geração das imagens, construiu-se um túnel hidrodinâmico vertical de baixa turbulência, operado pela ação da gravidade, no interior do qual escoamentos ao redor de diferentes modelos podem ser obtidos. Para a visualização dos escoamentos, optou-se pelo emprego da técnica de injeção de corantes líquidos, através de longas agulhas hipodérmicas instaladas a montante do modelo ensaiado. As imagens assim geradas foram capturadas em película química fotossensível ou em fita magnética, conforme o tipo de ensaio realizado. Informações qualitativas sobre diferentes tipos de escoamentos externos foram obtidas mediante a análise de imagens estáticas, permitindo identificar a estrutura do escoamento em função do número de Reynolds. Medidas do comprimento da região de recirculação e das distâncias entre vórtices em uma esteira turbilhonária a jusante de um cilindro circular foram, também, realizadas, por meio da interpretação de imagens estáticas processadas digitalmente. Dados quantitativos dos escoamentos estudados foram obtidos por contagem de fotogramas, cuja identificação é obtida por meio de uma nova técnica de geração do código de tempo por superposição de imagens - denominada SITC (Superimposed Image Time Coding) - desenvolvida no âmbito deste trabalho. Mais especificamente, este método foi utilizado na análise do escoamento ao redor de quatro diferentes geometrias - perfil cilíndrico (Re<590), quadrado (Re<1200), elíptico de razão de raios de 0,6 (Re<4000) e retangular de razão de aspecto de 1/16 (Re<1500), para os quais foram determinados os número de Strouhal em função do número de Reynolds. Este método foi empregado, ainda, na obtenção da velocidade de propagação de vórtices na esteira de von Kármán produzida por um cilindro circular. Sempre que possível, os resultados obtidos foram confrontados com dados de outros autores - obtidos numericamente ou por diferentes métodos experimentais - revelando boa concordância. Esta constatação, além de assegurar a validade dos resultados apresentados no contexto deste trabalho, comprova o valor da visualização como ferramenta de análise qualitativa e quantitativa de escoamentos.

Neste trabalho desenvolvemos um algoritmo para a geração de malhas quadtree com o objetivo de utilizá-las na simulação de escoamento de fluidos, onde muitas vezes faz-se necessário o uso de malhas finas. A idéia central da geração das malhas quadtree está baseada na estrutura de árvore quaternária em que cada nodo possui quatro filhos. Assim uma estrutura de árvore está associada a uma malha que pode ter espaçamento uniforme ou refinamento em regiões específicas. Para evitar problemas de discretização, uma malha quadtree deve satisfazer um critério chamado de balanceamento e este é tratado de forma detalhada no desenvolvimento do trabalho. Podemos destacar também outro ponto importantíssimo na implementação de malhas quadtree, que é a busca de vizinhos dos nodos. Além disso apresentamos a discretização dos operadores em diferenças finitas, que é feita a partir do conhecimento dos vizinhos dos quadrantes da malha e de técnicas de interpolação. A ordem do método é verificada a partir de testes com a equação do calor, tanto para malhas uniformes quanto para malhas com níveis de refinamento diferenciados e concluímos, assim, que o método desenvolvido e apresentado é satisfatório. / In this work we developed an algorithm to generate meshes quadtree in order to use them to simulate uid ow, which often makes it necessary to use ne meshes. The central idea of the generation of quadtree meshes is based on the quaternary structure of the tree, where each node has four children, and thus a tree structure is associated with a mesh that can be evenly or locally re ned. To avoid problems of discretization, a quadtree mesh must satisfy a criterion called the balancing and this is addressed in detail in the development of this work. We also highlight another important point in the implementation of quadtree meshes, which is the search for neighboring nodes. Additionally, we present the nite di erences discretization of operators, which uses the knowledge of the mesh quadrant neighboors and interpolation techniques. The order of the method is checked by tests with the heat equation for both uniform meshes and for meshes with di erent levels of re nement and we conclude that method here presented is satisfactory.