Dissertação apresentada para obtenção do grau de Mestre em Engenharia Térmica na Faculdade de Engenharia da Universidade do Porto, sob orientação do Prof. Doutor Xavier Viegas

Tese de doutoramento. Engenharia Química. Departamento de Engenharia Química. Universidade de Houston, Faculdade de Engenharia. Universidade do Porto. 1984

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Orientador: Paulo Cesar Razuk / Resumo: Fluidos de viscosidade entre 0,874 10-3 e 787 10-3 N m s-2 foram agitados pelos impelidores tipos âncora convencional, âncora modificada, fita helicoidal e parafuso em tanques cilíndricos de fundos reto e toroesférico para determinação da potência requerida e do tempo de mistura. Na agitação efetuada com os impelidores centrados houve o aparecimento de vórtices em algumas rotações. As medidas de potência foram efetuadas na região em que o número de Reynolds (NRe ) variou de 16 a 70.000 com a âncora convencional e modificada. Os diagramas do número de potência( ) P N em função do número de Reynolds, construídos com os dados experimentais, mostraram que, para todos os fluidos usados, ocorreu um desvio na curva quando o vórtice, formado na superfície do fluido, alcançou os impelidores e teve início a dispersão de ar no interior da massa fluida. A presença de bolhas de ar desenvolveu, no tanque, um sistema de duas fases (líquido-gás), alterando as características dos fluidos agitados. Nos cálculos do número de potência e do número de Reynolds foram utilizados os valores de viscosidade e densidade do fluido, e não os correspondentes ao sistema líquido-gás o que provocou, provavelmente, o desvio nas curvas. Na região em que o número de Reynolds fica entre 16 e 300 não houve formação de vórtices acentuados com aeração e a curva foi definida pela correlação ( )a NP A NRe = , onde A é função do tipo de impelidor e das dimensões do vaso e o expoente a, um valor empírico que varia com o número de Reynolds obtendo a relação ( )1,7 Re N = 19.953 N − P . O desempenho dos impelidores na homogeneização foi analisado pela energia requerida para se obter uma mistura de açúcar e água com concentrações correspondentes a 40 e 60o Brix. O método desenvolvido foi baseado na verificação...(Resumo completo, clicar acesso eletrônico abaixo) / Abstract: Fluids with viscosity between (0,874 and 787 10-3 Nm s-2 were agitated by conventional anchor, modified anchor, helicoidal ribbon and screw impellers in cilindric tanks straight and concave (torospheric) bottoms for the measurement of power and time of mixture. The arisal of vortex occurred when agitation was accomplished with centred impellers and in some rotations. The measures of power were obtained in the interval where the number of Reynolds (NRe) varied from 16 to 70.000 with conventional and modified anchor. The diagrams of number of Reynolds in function of number of Froude constructed with experimental data showed that, to all fluids employed, a deflection in the curve occurred when the vortex formed at the surface of the fluid reached the impellers and the dispersion of air inside the fluid mass started. The presence of air bubbles develops in the tank a system of two phases altering the characteristics of the agitated fluids. In the calculations of the number of Reynolds were used the values of the fluid viscosity and density and not ones corresponding to the liquid-gas system, provoking a deflection in the curves. In the interval where the number of Reynolds remains between 16 and 300 the formation of a well developed vortex with aeration did not occur and the curve was defined by the correlation A N = ANRE Re , where A is function of the type of the impeller and of the dimensions of the tank, and the exponent a, an empirical value, varies with the number of Reynolds. The performance of the impellers in the homogenization was analysed in terms of the energy required in order to obtain a mixture...(Complete abstract click electronic access below) / Doutor

Neste trabalho, modelos que descrevem o transporte de sedimentos finos devido às ondas aquáticas de superfície foram estudados. Soluções numéricas da equação de transporte bidimensional que descreve a evolução da concentração de sedimentos suspensos em um fundo erodível foram obtidas, para alguns casos particulares. Quando as ondas aquáticas propagam sobre uma camada de lama fluida viscoelástico, a equação do transporte é modificada. Este modelo foi investigado e resultados numéricos foram apresentados. Uma nova equação de transporte de sedimentos foi deduzida supondo-se que os parâmetros viscoelástico dependem fortemente da frequência da onda aquática. Usando estas hipóteses, uma expressão acurada de ordem superior para a dissipação de energia de ondas foi obtida. / In this work, models that describe the transport of fine sediments by aquatic surface waves have been studied. Numerical solutions of the bidimensional transport equation that describes the evolution of the concentration of suspended sediments in an erodible bed have been obtained for some particular cases. When the aquatic waves propagate over a viscoelastic mud layer, the transport equation is modified. This model was investigated and numerical results were presented. A newequation for transport of sediments was deduced assuming that the viscoelastic parameters depends strongly on the frequency of the aquatic wave. Using these hypotheses, an accurate expression of higher order for the wave energy dissipation has been obtained.

A anastomose sistêmico-pulmonar é um excelente procedimento paliativo para crianças e recém-nascidos portadores de cardiopatias congênitas cianóticas com diminuição da circulação pulmonar. Neste artigo, as aproximações “Streamline Upwind/Petrov-Galerkin – SUPG” foram utilizadas na simulação de escoamento de sangue em uma anastomose sistêmico pulmonar. A Anastomose estudada neste artigo é conhecido como Blalock-Taussig modificada no qual um enxerto de tubo sintético (prótese) é interposto entre a artéria subclávia esquerda e a artéria pulmonar com o objetivo de desviar parte do fluxo sistêmico ao pulmonar. A metodologia de elementos finitos utilizada, conhecida como método SUPG, supera as dificuldades enfrentadas pelo método de Galerkin clássico em altos números de Reynolds, que são compatibilizar os subespaços de velocidade e pressão – satisfazendo deste modo a condição denominada de Babuška-Brezzi e evitar oscilações espúrias devido à natureza assimétrica da aceleração advectiva de equação de momentum – adicionando termos malha-dependentes para a formulação de Galerkin clássica. Estes termos adicionais são construídos para aumentar a estabilidade da formulação de Galerkin original sem prejudicar sua consistência. Um modelo tridimensional parametrizado, utilizando o elemento lagrangeano trilinear, foi criado a partir de medições obtidas durante procedimento cirúrgico para avaliar os efeitos dos parametros geométricos envolvidos na cirurgia (diâmetro e ângulo do enxerto e a pulsatilidade do escoamento) Os resultados apresentam que o ângulo da anastomose proximal tem sensível influência na quantidade de fluxo desviada pelo enxerto e enorme influência na porcentagem de fluxo direcionado para cada um dos pulmões. Quanto ao diâmetro do enxerto conclui-se que este é o regulador principal da porcentagem de fluxo desviada. A partir das simulações realizadas determinou-se correlações para o fator de atrito e porcentagem de fluxo sangüíneo desviado pelo enxerto.

Dissertação (mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico. Programa de Pós-Graduação em Engenharia Química / Made available in DSpace on 2012-10-22T22:44:50Z (GMT). No. of bitstreams: 1 226538.pdf: 1517251 bytes, checksum: 3cbebb810702436a685349e26f736910 (MD5) / Ciclones são equipamentos que empregam uma resultante entre as forças de arraste, força peso, centrífuga e inércia para separar partículas. Por possuir simples desenho e baixo custo de manutenção, eles são ideais para serem usados como pré-limpadores de efluentes com material particulado em suspensão. A técnica de CFD (Computational Fluid Dynamics) aparece como uma importante ferramenta para a pesquisa e desenvolvimento de processos de engenharia. Neste trabalho foi desenvolvido um estudo de modelagem tridimensional de ciclones do tipo Lapple a partir dos modernos recursos de CFD. O trabalho foi dividido em três partes: análise do escoamento e avaliação do desempenho de um ciclone de diâmetro similar aos utilizados em plantas de FCC (fluid catalytic cracking); estudo de refino da malha numérica visando diminuir os efeitos de difusão numérica de forma a obter resultados mais acurados; e, finalmente, a validação do modelo proposto através de uma curva empírica de eficiência de coleta e também de critérios numéricos. Todas as simulações foram realizadas considerando o escoamento bifásico, com o modelo de turbulência RSM (Reynolds stress model), e esquema de interpolação upwind de segunda ordem para as variáveis descritivas. Na primeira parte do estudo, os testes foram feitos com um ciclone de diâmetro igual a 0,254m, sendo as demais medidas de acordo com as relações propostas por Lapple (1951). Os resultados preliminares obtidos para os campos de pressão, velocidade e concentração de partículas se mostraram qualitativamente coerentes com os da literatura, entretanto, a malha numérica utilizada necessitou de um refinamento a fim de melhorar os resultados de simulação, visto que as eficiências obtidas apresentaram desvios em relação àquelas indicadas por Lapple (1951). Foram colocadas camadas de prismas junto às paredes do ciclone e do finder. Os resultados obtidos com a malha refinada passaram a prever corretamente o desempenho de coleta, como também descreveram adequadamente o comportamento do escoamento no ciclone. Para a validação do modelo, as simulações foram feitas com um ciclone de diâmetro de 0,127m. As eficiências de coleta para diferentes diâmetros de partículas coincidiram aproximadamente com as de Lapple (1951). Desta forma, pode-se afirmar que o modelo tridimensional proposto é válido para simular o escoamento gás-sólido em ciclones, assim como prever adequadamente a eficiência de separação.

A compreensão de processos físicos e químicos que conduzem à formação de petróleo ou de gás no solo são necessários para uma exploração eficiente da energia. Por isso, há um grande interesse em prever os efeitos e a migração de fluidos no solo. Neste trabalho é desenvolvido um modelo matemático para o escoamento reativo em meios porosos. O domínio é um canal poroso (rocha) com uma fratura, onde ocorrem as reações de precipitação ou dissolução de dois minerais carbonatados, a calcita e a dolomita. Através da implementação do modelo são realizadas algumas simulações, também descritas neste estudo. O modelo matemático é baseado em equações não lineares do tipo Navier-Stokes, que inclui a equação da quantidade de movimento, da temperatura e das concentrações das espécies químicas. As equações desenvolvidas no trabalho são inovadoras e são obtidas através da junção de alguns trabalhos importantes. Para modelar o fluxo são utilizadas a lei de Darcy e a aproximação de Boussinesq e para obter o valor da taxa de cada reação é realizado um processo iterativo. O conjunto de equações é discretizado pelo método de diferenças finitas centrais e o sistema é resolvido através do método de Runge-Kutta simplificado. O modelo é aplicado em diferentes situações variando o valor do pH com o objetivo de avaliar a influência dessa propriedade no escoamento reativo. O processo de mudança da porosidade e da permeabilidade que ocorre nas bacias sedimentares pode implicar na formação de hidrocarbonetos e de aquíferos. Devido a isso, o número de Darcy e a porosidade, também, são analisadas na fratura do canal poroso. Os resultados obtidos são razoáveis quando comparados com dados da literatura. O tema abordado neste trabalho é instigante porque abrange fenômenos químicos, termodinâmicos e de transporte, com parâmetros difíceis de serem obtidos experimentalmente. O modelo desenvolvido possui uma contribuição relevante porque pode ser utilizado para qualquer outro mineral, desde que suas propriedades químicas e termodinâmicas sejam consideradas. / The understanding of physical and chemical processes leading to the formation of oil or gas in the soil are necessary for e cient energy exploration. Therefore, there is great interest in predicting the e ects and the migration of uids in the soil. In this work is developed a mathematical model for the reactive ow in porous media. The domain is a porous channel (rock) with a fracture, where occur the precipitation and dissolution reactions of two carbonate minerals, calcite and dolomite. Through the implementation of the model are performed some simulations, also described in this study. The mathematical model is based on non-linear equations of Navier-Stokes that includes the equation of momentum, temperature and concentrations of chemical species. The equations developed in this work are innovative and are obtained at the junction some important works. To model the ow are used the Darcy's law and the Boussinesq approximation and to obtain the value of the rate of each reaction is realized an iterative process. The set of equations is discretized by central nite di erence method and the system is solved by the simpli ed Runge-Kutta method. The model is applied in di erent situations, by varying the pH with the aim of evaluating the in uence of this property in the reactive ow. The process of changes of the porosity and permeability that occurs in the sedimentary basins can induce in the hydrocarbon and aquifers formation. Because of this, the number of Darcy and the porosity also are analyzed in the fracture of the porous channel. The results are reasonable compared with the literature data. The theme addressed in this study is instigating because it covers chemical, thermodynamic and transport phenomena, with di cult parameters to be obtained experimentally. The model developed has an important contribution because it can be used for any other mineral, since its chemical and thermodynamic properties are considered.

O objetivo deste trabalho e apresentar um modelo matemático para o estudo da circulação transiente em sistemas de aguas rasas e a sua implementação no sistema HYDRO que e uma linguagem orientada para Hidrodinâmica, desenvolvida pelo Curso de Pós-graduação em Engenharia Civil da UFRGS. O modelo visa descrever o fluxo em sistemas hídricos (lagos, estuários, rios) devido ao efeito de mares, ventos e rotação terrestre. A solução das equações que governam o problema se obtém empregando o método de elementos finitos. A particularidade deste modelo é a de tentar simular as características tridimensionais do movimento do fluido, podendo-se então determinar o perfil de velocidades . / The objetive of this work is to present a mathematical model for the study of transient circulation in "Shallow" water systems and its implementation in the HYDRO system, which is an oriented language for computational hydrodinamic developed by the Postgraduation Course in Civil Engineering at UFRGS. This mathematical model aims to describe the flow in hydric systems (lakes, estuaries, rivers) induced by tidal effects, wind actions and earth movements. The solution of the equations that govern the problem is obtained through the use of the finite element method. One of the most important features of this model is its possibility to simulate the threedimensional characteristic of the flow, so that the velocity profile can be. determinated.

RODRIGUES, Francisco Leandro de Oliveira. Estudo de Combustão Seca e Molhada nas Configurações de Poços Verticais e THAI. 2012. 85 f. Dissertação (Mestrado em Física) - Programa de Pós-Graduação em Física, Departamento de Física, Centro de Ciências, Universidade Federal do Ceará, Fortaleza, 2012. / Submitted by francisco lima (admir@ufc.br) on 2014-03-18T13:36:43Z No. of bitstreams: 1 2012_fldorodrigues.pdf: 1553430 bytes, checksum: ea5d6bd9410c4b7a7f27705ba3db8f8a (MD5) / Approved for entry into archive by Edvander Pires(edvanderpires@gmail.com) on 2014-05-19T19:07:34Z (GMT) No. of bitstreams: 1 2012_fldorodrigues.pdf: 1553430 bytes, checksum: ea5d6bd9410c4b7a7f27705ba3db8f8a (MD5) / Made available in DSpace on 2014-05-19T19:07:34Z (GMT). No. of bitstreams: 1 2012_fldorodrigues.pdf: 1553430 bytes, checksum: ea5d6bd9410c4b7a7f27705ba3db8f8a (MD5) Previous issue date: 2012 / We study, through numerical simulation, the response of oil and gas reservoirs subjected to in situ combustion, dry and wet. We use vertical and THAI Toe-to-Heel Air Injection well configurations. For this study it is used a numerical simulator for thermal processes, the STARS by CMG group. In the configuration of vertical wells it is used an arrangement of the type 1/4 of five-spot that consists of two vertical wells localized at diagonally opposite corners from a horizontal parallelepiped. In this , there is an initial process, called preheating, that makes the cyclic steam injection. Later, it made the air injection to generate the combustion front. Already in the configuration THAI, there is a vertical well, responsible for the injection of air to generate the combustion and a horizontal well, responsible for production. In two configurations are verified the productions and rates of oil, water and gas and water-oil and gas-oil ratios. The purpose of this work is to analyze the performance of these configurations. The results show that wet combustion is more effective than dry combustion for both well configurations. Although, the wet combustion process has produced far more water than dry combustion process, a negative factor, their relative performance to the factor of oil recovery was betther. / Neste trabalho é realizado um estudo, através de simulações numéricas, de reservatórios de óleo e gás submetidos à técnica de combustão in situ, seca e molhada. Essas variações são estudadas nas configurações de poços verticais e THAI. Para esse estudo, é utilizado um simulador numérico de processos térmicos, o STARS (Steam, Thermal, and Advanced Process Reservoir Simulation) do grupo CMG (Computer Modelling Group). Na configuração de poços verticais é utilizado um arranjo do tipo 1/4 de five-spot, que consiste de dois poços verticais localizados em cantos diagonalmente opostos na horizontal de um paralelepípedo. Nessa, há um processo inicial, chamado de pré-aquecimento, em que se faz a injeção cíclica de vapor. Posteriormente, é feito a injeção de ar para gerar a combustão. Já na configuração THAI, há um poço vertical, responsável pela injeção de ar para gerar a combustão, e um poço horizontal, responsável pela produção. Nas duas configurações de poços, são verificadas as produções e as taxas de óleo, de água e de gás e as razões água-óleo e gás-óleo. O intuito é analisar o desempenho dessas configurações. Os resultados mostram que a combustão molhada é mais eficaz que a combustão seca em ambas as configurações de poços. Embora o processo de combustão molhada tenha produzido bem mais água que o processo de combustão seca, um fator negativo, seu desempenho relativo ao fator de recuperação de óleo foi superior.