Orientador: Henry França Meier. / Coorientador: Leonardo Machado da Rosa. / Dissertação (Mestrado em Engenharia Química) - Programa de Pós-Graduação em Engenharia Química, Centro de Ciências Tecnológicas, Universidade Regional de Blumenau, Blumenau.

Orientador: Lisiane Fernandes de Carvalho. / Coorientador: Leonardo Machado da Rosa. / Dissertação (Mestrado em Engenharia Química) - Programa de Pós-Graduação em Engenharia Química, Centro de Ciências Tecnológicas, Universidade Regional de Blumenau, Blumenau.

Orientador: Henry França Meier. / Coorientador: Waldir Pedro Martignoni. / Dissertação (Mestrado em Engenharia Química) - Programa de Pós-Graduação em Engenharia Química, Centro de Ciências Tecnológicas, Universidade Regional de Blumenau, Blumenau.

Orientador: Maurício Araújo Zanardi / Coorientador: José Antônio Perrella Balestieri / Coorientador: Andreas Kempf / Banca: Alex Mendonça Bimbato / Banca: Márcio Teixeura Mendonça / Resumo: O motor de combustão interna é a principal fonte de energia de automóveis, sendo de grande importância para o setor de energia no mundo. Com o aparecimento de problemas relacionados com a emissão exagerada de poluentes e gases de efeito estufa, o desenvolvimento de modelos que corretamente descrevem os fenômenos físicos que ocorrem no interior da câmara de combustão de motores tornou-se relevante. Assim, na primeira parte deste trabalho a biblioteca de modelos de fonte aberta de dinâmica de fluidos computacional (CFD) OpenFOAM com módulos desenvolvidos na Universidade de Duisburg-Essen foi utilizada para investigar o efeito do volume das fendas no desenvolvimento da combustão em motores convencionais com ignição por centelha. As simulações de grandes escalas (LES, large eddy simulation) realizadas foram validadas com visualizações de câmeras de alta velocidade obtidas do motor óptico de Duisburg, que mostraram a presença de uma frente luminosa no interior da fenda anular que poderia ser associada a uma chama se propagando. Os resultados apresentados mostraram boa concordância qualitativa com os dados experimentais, o que permitiu concluir que no caso do motor de Duisburg, a chama é realmente capaz de penetrar no volume da fenda. Em seguida, um estudo sobre sprays combustíveis foi realizado, por se tratar de uma tendência muito promissora em motores modernos. Atenção especial foi dada aos fenômenos de conservação de momento, ruptura, evaporação e mistura do caso de teste "Spray G" da rede de combustão em motores (ECN, engine combustion network). Os processos de ruptura e evaporação foram investigados e simulados, sendo os resultados interpretados de acordo com os modelos utilizados. O comprimento de penetração foi validado com experimentos e uma boa concordância foi atingida. Finalmente, um estudo de sensibilidade da malha foi realizado e seus resultados apresentados e discutidos / Abstract: The internal combustion engine is the major energy source of automobiles and is of large importance for the energy sector worldwide. As problems related to exaggerated pollutant and greenhouse gases emissions emerged, the development of models to correctly describe the physical phenomena taking place inside the combustion chamber of engines became relevant. Thus, in the first part of this work the open source CFD library OpenFOAM with modules developed at the University of Duisburg-Essen was used to investigate the effect of the crevice volume on the performance of the combustion in port fuel injection spark ignition engines. The LES (large eddy simulation) simulations were validated against high speed flame visualization obtained from the Duisburg optical engine, which showed the presence of a luminous front inside the top land crevice that could be a wrinkled flame. The presented results showed good qualitative agreement with the experimental data, which allowed the conclusion that in the case of the Duisburg engine, the flame indeed penetrates into the crevice volume. Furthermore, a study on fuel sprays was performed, since this is a very promising trend related to modern engines. Special attention was given to the phenomena of momentum exchange, droplet breakup, evaporation and mixture from the test case "Spray G" provided by the Engine Combustion Network (ECN). The processes of droplet breakup and evaporation were investigated and simulated, being the results interpreted according to the models used. The penetration length was validated against experiments and good agreement was obtained. Finally, a mesh sensitivity study was performed and the results presented and discussed / Mestre

Dissertação (mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico, Programa de Pós-Graduação em Engenharia Química, Florianópolis, 2016. / Made available in DSpace on 2017-04-25T04:03:39Z (GMT). No. of bitstreams: 1 344688.pdf: 1774238 bytes, checksum: eca4a5e907f9467f830c24ac1dc046d9 (MD5) Previous issue date: 2016 / A utilização de nanopartículas tem recebido especial atenção devido às suas propriedades físicas e químicas e diversas aplicações. No campo da engenharia química, os nanomateriais tem aplicação fundamental no desenvolvimento de catalisadores e em revestimentos nanoestruturados aplicados a sensores. Nesse sentido, a tecnologia de reatores de chama tem-se mostrado uma via atrativa e de alto rendimento para a síntese de nanopartículas com propriedades e funcionalidades sofisticadas. A fabricação de nanofilmes pela deposição das nanopartículas provenientes da fase gasosa é uma abordagem promissora e, nesse aspecto, técnicas de expansão do fluxo, em particular, o uso de lentes aerodinâmicas, apresentam uma série de vantagens que auxiliam no seu processo de deposição. Contudo, para promover uma elevada taxa de produção sem comprometer as características finais das nanopartículas, uma compreensão da sua dinâmica e síntese é necessária. Através da resolução numérica das equações que governam os fenômenos envolvidos na síntese e deposição das nanopartículas, pode-se obter muitas informações a respeito da distribuição e transporte das variáveis de interesse, bem como os parâmetros geométricos que afetam o funcionamento do reator e as características dos nanomateriais formados. Neste trabalho é apresentada a investigação numérica do comportamento fluidodinâmico do processo de formação e deposição de nanopartículas em reator de chama de difusão acoplado ao sistema de lentes aerodinâmicas. A performance do sistema foi investigada através da análise dos perfis de velocidade, temperatura e concentração das espécies químicas, a fim de validar os dados experimentais e fornecer informações sobre o processo. Através da alteração da geometria do sistema, diferentes configurações foram avaliadas com o objetivo de determinar o funcionamento ideal do reator para a deposição das partículas. Os resultados mostram que o sistema de lentes aerodinâmicas é capaz de restringir o fluxo principal a uma região muito estreita em comparação ao reator de chama sem lentes, sendo esta uma característica essencial para o controle da deposição das nanopartículas e para o desenvolvimento de nanomateriais com novas propriedades funcionais e estruturais.<br> / Abstract : The nanoparticles use has received particular attention due to their physical and chemical properties and various applications. In the chemical engineering field, the nanomaterials have an important application in the development of catalysts and nanostructured coatings applied to sensors. Thus, the flame reactor technology has shown to be an attractive route with high performance for the synthesis of nanoparticles with sophisticated properties and functions. The nanofilms manufacturing by the deposition of nanoparticles from a gas phase is a promising approach and, in this sense, the flow expansion technique, in particular the use of aerodynamic lenses, shows many advantages, which help their deposition process. However, to promote a high production rate without compromising the final characteristics of the nanoparticles, an understanding of their synthesis and dynamic is required. Through the numerical solution of the equations that govern the main phenomena involved in the nanoparticles synthesis and deposition, a lot of information about the distribution and transport of the interest variables can be obtained, as well the geometric parameters that affect the reactor operation and the nanomaterials characteristics. This paper presents the fluid dynamic numerical investigation of the nanoparticle formation and deposition process in a diffusion flame reactor coupled to an aerodynamic lens system. The system performance was investigated by the analysis of the velocity, temperature and chemical species concentration profiles to validate the experimental data and provide information about the process. Changing the system geometry, different configurations were evaluated in order to determine the optimal reactor operation mode for the nanoparticle deposition. The results show that the aerodynamic lens system is able to restrict the main flow to a much narrow region when compared to the flame reactor without lenses, being this an essential feature to control the deposition of the nanoparticles and to development of new nanomaterials with structural and functional properties.

Tese (doutorado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico, Programa de Pós-Graduação em Engenharia Química, Florianópolis, 2014. / Made available in DSpace on 2015-02-05T20:41:54Z (GMT). No. of bitstreams: 1 329077.pdf: 22755991 bytes, checksum: c32017fcb873899cc5782f98c3be50ac (MD5) Previous issue date: 2014 / A presença de escoamento horizontal em sistemas onde existe um gradiente vertical de temperatura que pode induzir a convecção ao natural pode ser vista em diversas situações, tanto em aplicações tecnológicas quanto em fenômenos naturais. Apesar disto, a influência do escoamento cisalhante sobre os limites onde a convecção natural ocorre ainda é pouco conhecida, especialmente em meios multifásicos. O objetivo do presente trabalho é avaliar a estabilidade de um sistema composto por dois fluidos imiscíveis sobrepostos sujeitos a um gradiente de pressão horizontal, que induz o escoamento nesta direção o, e um gradiente de temperatura vertical que pode levar à formação de células convectivas quando a diferença de temperatura entre as paredes horizontais atingir um valor crítico. Este modelo contempla diferentes fenômenos presentes sistemas mais simples cujas características de estabilidade já são conhecidas e apresentadas na literatura, sendo por isso chamado de convecção o de Rayleigh-Bénard-Poiseuille estratificada. Duas diferentes abordagens numéricas foram empregadas para avaliar a estabilidade este sistema. Primeiramente, foi utilizada uma análise linear onde a dependência das variáveis ao longo do tempo e da direção horizontal é modelada através de modos normais associados a uma determinada perturbação. O comportamento dinâmico desta perturbação define a estabilidade do sistema: se a amplitude da perturbação diminuir com o tempo o sistema ser á estável, caso contrário este seria instável. A segunda forma de análise foi através da simulação numérica direta das equações governantes com o uso de técnicas de fluidodinâmica computacional. Os resultados obtidos com as duas metodologias mostram-se de modo geral em acordo, indicando respostas semelhantes à variação em determinados parâmetros. Devido ao grande número de fenômenos que afetam a estabilidade deste sistema, a análise foi restrita a uma estreita faixa para os parâmetros governantes. Em especial, foram determinados os valores mínimos para o número de Rayleigh necessários para que a convecção natural ocorra e as possíveis formas que o sistema pode ser organizar neste caso. Diferentes modos de acoplamento entre as camadas foram identificados e caracterizados, bem como foram definidos os intervalos onde cada modo surge como mais instável. A competição entre diferentes modos de instabilidade pode alterar de forma significativa os perfis de velocidade e temperatura obtidos, podendo mesmo levar á casos onde o sistema continuamente oscila entre diferentes formas de convecção natural. A indução de um escoamento paralelo, no entanto, inibe a formação destes estados oscilatórios por afetar de forma distinta os diferentes modos. A presença de uma interface separando as duas camadas representa um problema adicional, pois esta pode levar à formação de células convectivas devido unicamente ao efeito termocapilar ou pode ser deformada em função do campo de velocidades e causar variações locais nas espessuras das camadas. Além disso, os resultados obtidos com a simulação direta utilizando o método do volume de fluido mostram que quando o valor de Rayleigh é consideravelmente superior ao valor crítico e a diferença de densidade entre as camadas não for suficiente para estabilizar a interface, a aproximação em termo dos modos normais não é mais válida e estruturas muito complexas podem surgir. Apesar das dificuldades matemáticas e numéricas inerentes `a modelagem desta forma de escoamento, a associação da análise linear com a simulação numérica direta mostrou-se apropriada para a análise de estabilidade da convecção o de Rayleigh-Bénard-Poiseuille estratificada e os resultados obtidos foram suficientes para esclarecer muitas das características deste problema, permitindo um melhor entendimento da origem e interação dos diversos modos de instabilidade.<br> / Abstract : The presence of horizontal flow in systems where a vertical temperature gradient can leads to heat transfer by natural convection is widely observed in several technological applications, such as co-extrusion process and oil-water flows, as well as can occur in natural phenomena such as atmospheric flow and mantle convection. Despite the high relevance to both theoretical and practical applications, the influence of the shear flow on the onset of natural convection is poorly understood, particulary in multiphase systems. The main objective of the study herein reported is to investigate the stability of a system where two superposed immiscible fluids are subject to a pressure gradient inducing horizontal flow and a vertical temperature gradient that induce heat transfer by natural convection if the temperature difference between the horizontal walls reaches a critical value. This system comprehends several characteristics present in other classical flow structures, which stability features are well known, and therefore it is named as Stratified Rayleigh-B´enard-Poiseuille convection. Two different numerical approaches were used to analyze this system. The first one was a linear stability analysis where normal modes were used to express the temporal dependence and spatial distribution along the horizontal direction of the field variables. Each normal mode is related to a disturbance and the dynamic behavior of this disturbance defines the system stability. Whenever the disturbance amplitude decreases along the time and eventually disappears the system will be stable, otherwise it will be unstable. The second numerical approach used was the direct numerical simulation of the governing equation through computational fluid dynamics techniques. The results obtained with both methodologies are in good agreement, showing similar responses to the change in certain parameters. Due to the large number of phenomena governing the system stability, this study focuses in a restricted part of the parameters spectrum, selected mostly to allow the determination of the minimum value that the Rayleigh number must achieve in order to natural convection be possible and the different ways in which the system can self-organize when this happens. Different coupling modes between the bottom and top layers were identified and characterized, as well as the intervals where each mode appears as the most unstable. Competition between different instability modes can change the velocity and temperature profiles significantly and can even leads to situations where the system continuously oscillate between two different natural convection patterns. However, the presence of shear flow inhibits the development of oscillatory states, even at very low Reynolds numbers. This happens because the shear flow affects each instability mode in a different way and the equilibrium between the forces needed to keep the oscillatory state is broken. The existence of an interface separating the system in two layers offers an additional problem. The interface itself can induce the formation of convective cells due to the thermocapillary effect or can be deformed as a result of the velocity field, generating local changes in the layers depth. Moreover, results provided by direct numerical simulation using the volume of fluid method to capture the interface position shows that when the Rayleigh number is substantially greater than the critical value and the density difference between the layers is not enough to stabilize the interface, the approximation given by the normal modes is no more accurate and complex structures with a high interface deformation can appear. Despite the difficulties associated with the numerical and mathematical modeling of this flow structure, the approach adopted in the present study proved to be appropriate to analyze the stability of the stratified Rayleigh-B´enard-Poiseuille convection and the acquired results were adequate to elucidate many of the flow stability properties, allowing a better understanding about the origin and interaction of several instability modes.

Dissertação (mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico, Programa de Pós-Graduação em Engenharia Química, Florianópolis, 2014. / Made available in DSpace on 2015-02-05T20:54:40Z (GMT). No. of bitstreams: 1 327374.pdf: 2009401 bytes, checksum: 54f5197c89ee579e10d3869c177fc489 (MD5) Previous issue date: 2014 / A modelagem matemática realística da transferência de massa em mistura multicomponente e de notória complexidade devido a presença de fenômenos difusivos (difusão cruzada) que não são descritos pela lei de Fick. As equações de Maxwell-Stefan e a lei de Fick generalizada são capazes de representar todas as interações possíveis em misturas multicomponentes e, com isso, os efeitos da difusão cruzada são considerados. Neste estudo, um modelo para a transferência de massa e calor em gotas multicomponentes empregando as equações de Maxwell-Stefan e lei de Fick generalizada foi desenvolvido. A abordagem Euler-Lagrange foi adotada para a modelagem bifásica. O modelo foi empregado para o estudo da transferência de massa e calor em mistura binária ar-água e em mistura multicomponente composta por metano, n-pentano, n-hexano e n-octano. O equilíbrio atingido nas simulações numéricas em CFD foi verificado com dados de carta psicrométrica, para a mistura binária, e dados obtidos do simulador de processos PRO/II R, para a mistura multicomponente. A influência da difusão cruzada na transferência de massa multicomponente foi analisada comparando-se as predições do modelo completo com predições obtidas de modelos baseados na lei de Fick, considerando coeficiente de difusão constante e coeficiente de difusão efetivo. Além disso, o efeito da correção para altas taxas foi analisado e um estudo acerca de correlações para o cálculo dos coeficientes de difusão em concentrações finitas e dos coeficientes convectivos de transferência de massa e calor foi conduzido. Os resultados mostraram que abordagens mais simples, como o modelo de difusividade efetiva, podem ser empregadas para descrever a transferência de massa em misturas multicomponentes ideais. As correlações para o cálculo dos coeficientes de difusão em concentrações finitas apresentaram predições similares entre si e o emprego da correlação para altas taxas não influenciou nos resultados. No estudo de correlações para o cálculo dos coeficientes convectivos de transferência de massa e calor verificou-se que a correção LRH apresentou os maiores desvios em relação à predição de Ranz-Marshall e com a diminuição da vazão a influência do blowing e effect foi observada.<br> / Abstract : Realistic mathematical modeling of multicomponent mixtures is of paramont complexity due to diusive phenomena (cross diffusion effects) that are not described by Fick's law. The Maxwell-Stefan's equations and generalized Fick's law are capable of representing all possible interactions in multicomponent mixtures and, thus, the effects of cross diffusion are considered. In this study, a model for mass and heat transfer in multicomponent droplets using the Stefan-Maxwell's equations and generalized Fick's law has been developed. The two-phase ow was modeled according to an eulerian-lagrangian approach. The model was applied in the study of mass and heat transfer in a binary mixture of water and air and in a multicomponent mixture composed by methane, n-pentane, n-hexane and n-octane.The equilibrium achieved in the CFD studies was verified with the data obtained from psychrometric chart for the binary mixture, and the values obtained by the process simulator PRO/II R , for the multicomponent mixture. The in uence of cross diffusion in multicomponent mass transfer was analyzed by comparing the predictions of the full model with predictions obtained from models based on Fick's law, considering constant and effective diffusion coeficients. Moreover, the effect of high ux corrections was evaluated and a study with correlations for diffusion coeficients in finite concentrations and for mass and heat transfer coeficients was conducted. Results showed that simpler approaches, as the effective diffusivity model, can be used to describe the mass transfer in ideal multicomponent mixtures. The correlations for the calculation of diffusion coeficients in finite concentrations showed similar predictions with each other and the high rates correction did not in uence the results. In the study of correlations for the convective mass and heat transfer coeficients was verified that LRH correlation presented the highest deviations from the prediction of Ranz-Marshall and the in uence of blowing effect was observed as the initial ow rate was decreased.

Made available in DSpace on 2016-08-29T15:39:04Z (GMT). No. of bitstreams: 1 tese_8463_Rafael Manache Facuri.pdf: 7606232 bytes, checksum: 4f447c77ec467270c4107e9bed431e9d (MD5) Previous issue date: 2014-12-15 / Técnicas de exploração como poços horizontais, para aumentar a eficiência de produção, têm sido praticadas, porém isso traz um cenário desafiador para a operação, o que inclui o transporte de cascalhos durante a perfuração do poço. Diversos parâmetros afetam a eficiência desse transporte, incluídos, principalmente, nas propriedades do fluido de perfuração e nas características do sistema de perfuração. Além da ampla gama de parâmetros, e suas interações, o que dificulta os estudos deste tema, as condições reais às quais estas variáveis se aplicam como, torna o desafio ainda mais complexo, pois essas condições nem sempre reprodutíveis em unidades experimentais. Nesse sentido, buscou-se modelar, através da técnica de CFD (Computational Fluid Dynamics), o fenômeno multifásico de transporte dos cascalhos pelo fluido de perfuração. O modelo computacional foi baseado na abordagem Euleriana Granular para simulação do escoamento multifásico sólido-líquido em regime laminar, sendo seu desempenho avaliado a partir dos dados experimentais de Yu et. al. (2007). Com esse modelo, analisou-se a fluidodinâmica do escoamento para um fluido não-Newtoniano tipo plástico de Bingham em uma coluna horizontal com excentricidade de 13,74 mm (offset), abordando os efeitos da vazão do fluido, da rotação da coluna e da taxa de penetração na eficiência do transporte dos cascalhos utilizando o planejamento experimental do tipo composto central de 16 ensaios. A comparação dos resultados experimentais de Yu et. al. (2007) e do modelo mostrou boa concordância, com desvios médios de |6,6%|. Posto isso, foi possível elucidar a ordem de grandeza dos efeitos das variáveis sobre a concentração de cascalhos e a queda de pressão, com destaque para o efeito potencializador da rotação da coluna na eficiência da limpeza do poço e o importante efeito da vazão na queda de pressão. Entretanto, a vazão apresentou insignificante efeito sobre a concentração de cascalhos, mostrando que dentro da faixa do escoamento laminar, a eficiência da limpeza do poço é pouco afetada da vazão do fluido de perfuração. Os resultados das simulações numéricas corroboraram com os resultados encontrados na literatura. / Exploration techniques such as horizontal wells to increase production efficiency have been practiced but it brings a challenging scenario for the operation, which includes the transport of cuttings during the drilling operation. Several parameters affect the efficiency of the transport including mainly properties of the drilling fluid and the characteristics of the drilling system. Besides the wide range of variables, and their interactions, which affects this efficiency and makes this study difficult, the real conditions in which these variables are applied as high temperature and pressure, it makes the challenge even more complex, especially because these conditions are not always possible to be reproduced in experimental units. In this sense the multiphase flow phenomenon of carrying cuttings by the drilling fluid was modeled through the technique of CFD (Computational Fluid Dynamics). The computational model was based on the Eulerian Granular approach for simulating the solid-liquid multiphase flow in a laminar regime and the model was validated by the experimental data from Yu et al. (2007). With this model the fluid dynamics of a non-Newtonian fluid Bingham plastic was analyzed in a horizontal column with eccentricity of 13.74 mm (offset) studying the effects of the drilling fluid flow, the drilling pipe rotation and penetration rate in the efficiency of cuttings removal, using central composite design with 16 runs. The comparison of the experimental results of Yu et al. (2007) and the model showed good agreement with average deviations of |6.6%|. That said, it was possible to elucidate the order of magnitude of the effects of the variables on the cutting removal and the pressure drop, giving special attention for the maximizing effect of drilling pipe rotation on the hole cleaning efficiency and for the important effect of fluid flow on the pressure drop. However, the flow had insignificant effect on the cuttings concentration, showing that within the tested range of laminar flow, the hole cleaning efficiency is little affected by flow of the drilling fluid. The results of the numerical simulations agreed with the results found in the literature.

Made available in DSpace on 2015-09-17T15:26:45Z (GMT). No. of bitstreams: 0 Previous issue date: 2015-06-25. Added 1 bitstream(s) on 2015-09-17T15:45:16Z : No. of bitstreams: 1 000846822.pdf: 4839529 bytes, checksum: c4b8326579b8c8a11a6d43fb64caa62f (MD5) / O motor de combustão interna é a principal fonte de energia de automóveis, sendo de grande importância para o setor de energia no mundo. Com o aparecimento de problemas relacionados com a emissão exagerada de poluentes e gases de efeito estufa, o desenvolvimento de modelos que corretamente descrevem os fenômenos físicos que ocorrem no interior da câmara de combustão de motores tornou-se relevante. Assim, na primeira parte deste trabalho a biblioteca de modelos de fonte aberta de dinâmica de fluidos computacional (CFD) OpenFOAM com módulos desenvolvidos na Universidade de Duisburg-Essen foi utilizada para investigar o efeito do volume das fendas no desenvolvimento da combustão em motores convencionais com ignição por centelha. As simulações de grandes escalas (LES, large eddy simulation) realizadas foram validadas com visualizações de câmeras de alta velocidade obtidas do motor óptico de Duisburg, que mostraram a presença de uma frente luminosa no interior da fenda anular que poderia ser associada a uma chama se propagando. Os resultados apresentados mostraram boa concordância qualitativa com os dados experimentais, o que permitiu concluir que no caso do motor de Duisburg, a chama é realmente capaz de penetrar no volume da fenda. Em seguida, um estudo sobre sprays combustíveis foi realizado, por se tratar de uma tendência muito promissora em motores modernos. Atenção especial foi dada aos fenômenos de conservação de momento, ruptura, evaporação e mistura do caso de teste Spray G da rede de combustão em motores (ECN, engine combustion network). Os processos de ruptura e evaporação foram investigados e simulados, sendo os resultados interpretados de acordo com os modelos utilizados. O comprimento de penetração foi validado com experimentos e uma boa concordância foi atingida. Finalmente, um estudo de sensibilidade da malha foi realizado e seus resultados apresentados e discutidos / The internal combustion engine is the major energy source of automobiles and is of large importance for the energy sector worldwide. As problems related to exaggerated pollutant and greenhouse gases emissions emerged, the development of models to correctly describe the physical phenomena taking place inside the combustion chamber of engines became relevant. Thus, in the first part of this work the open source CFD library OpenFOAM with modules developed at the University of Duisburg-Essen was used to investigate the effect of the crevice volume on the performance of the combustion in port fuel injection spark ignition engines. The LES (large eddy simulation) simulations were validated against high speed flame visualization obtained from the Duisburg optical engine, which showed the presence of a luminous front inside the top land crevice that could be a wrinkled flame. The presented results showed good qualitative agreement with the experimental data, which allowed the conclusion that in the case of the Duisburg engine, the flame indeed penetrates into the crevice volume. Furthermore, a study on fuel sprays was performed, since this is a very promising trend related to modern engines. Special attention was given to the phenomena of momentum exchange, droplet breakup, evaporation and mixture from the test case Spray G provided by the Engine Combustion Network (ECN). The processes of droplet breakup and evaporation were investigated and simulated, being the results interpreted according to the models used. The penetration length was validated against experiments and good agreement was obtained. Finally, a mesh sensitivity study was performed and the results presented and discussed

Made available in DSpace on 2015-06-17T19:34:28Z (GMT). No. of bitstreams: 0 Previous issue date: 2014-12-05. Added 1 bitstream(s) on 2015-06-18T12:48:48Z : No. of bitstreams: 1 000823125.pdf: 1457307 bytes, checksum: 3241538fc9202137086ba26247faf933 (MD5) / Neste trabalho apresenta-se um estudo numérico-experimental do comportamento da agitação de fluído em reservatórios de pulverizadores agrícolas. Uma adequação da calda de defensivos agrícolas em um reservatório é muito importante para garantir a homogenedidade da pulverização ao longo de toda a cultura. O objetivo do estudo foi desenvolver um modelo computacional capaz de prever as regiões do reservatório onde ocorre a deposição do concentrado da calda de defensivos, e assim, auxiliar no projeto de reservatórios de pulverizadores agrícolas, com economia de tempo e custo. Deste modo, resultados de simulações computacionais de fluidodinâmica (CFD) foram comparados a testes experimentais para validação do modelo numérico desenvolvido. procedimento experimental realizado é normalizado e consistiu na verificação da concentração de cobre de uma solução teste, em três níveis de um reservatório de 4000 litros, durante a agitação, reagitação e o esvaziamento do mesmo. Utilizando um modelo monofásico (água), avaliou-se o perfil de velocidades e a distribuição de tensão de cisalhamento na parede do reservatório a fim de relacionar essas variáveis com a concentração de resíduos. A comparação entre resultados experimentais e o modelo computacional desenvolvido, indicou que regiões com baixos valores numéricos de tensão de cisalhamento estavam em concordância com as regiões de alta deposição de cobre da solução teste / This paper presents a numerical and experimental study of the behavior of fluid agitation in tanks of agricultural sprayers. Proper agitation of the spray mixture of pesticides in a tank is very important to ensure a uniform spraying throughout the field. The objective of the study was to develop a computermodel capable of predicting tank zones where deposition of pesticides mixture concentrate occurs, and thus aiding in the design of tanks for agricultural sprayers, with cost and time savings. Thus, results of fluid dynamics simulations (CFD) were compared to experimental tests to validate the numerical model. The experimental procedure performed is standardized and consisted on the verification of copper concentration of test solution in three levels of 4000 liters tank, during agitation, re-agitation and tank emptying. Using a single-phase model (water), we assessed the velocity profile and the distribution of shear stress on the tank wall in order to relate these variables to the residue concentration. The comparison between experimental results and the computational model developed indicated that regions with low numerical values of wall shear stress were in agreement with regions of high deposition of copper test solution