O presente trabalho tem por objetivo estudar as Interações Turbulência-Radiação em um escoamento não reativo para meios participantes. Estas interações caracterizam-se por um complexo fenômeno transiente, devido à combinação de dois fenômenos, unindo as características das flutuações da turbulência e da elevada não linearidade do fenômeno da radiação térmica. O estudo consiste em análise numérica do problema por dinâmica de fluidos computacional, através da utilização do Fire Dynamics Simulator (FDS), um software Open-Source, na qual a modelagem da turbulência é feita através da Simulação de Grandes Escalas. Como se trata de um software novo, bem como sendo introduzido no grupo de pesquisa, primeiramente é realizada a simulação de um caso benchmark para verificação e avaliação da formulação numérica. A análise do TRI é realizada em um problema proposto baseado em trocadores de calor reais utilizados em máquinas térmicas, como por exemplo, geradores de vapor ou coletores de escapamento de motores, envolvendo transferência combinada de convecção forçada e radiação térmica. A metodologia de avaliação consiste em comparar o fluxo radiante médio nas fronteiras obtido através da simulação transiente e compará-lo com o fluxo obtido por meio do campo médio temporal de temperaturas. São avaliadas a influência da intensidade de turbulência na entrada do escoamento, assim como a da espessura óptica, ambos relevantes para os efeitos do TRI. Conforme descrito pela literatura, neste tipo de problema as interações podem ser negligenciadas, confirmando os resultados obtidos, da ordem de 2% para o fluxo radiante. / This dissertation has the objective of analyzing the Turbulence-Radiation Interaction for a non-reactive flow with a participating media. These interactions are characterized by complex transient effects, due to the combination of two phenomena, coupling the scalar fluctuations of the turbulence and the highly non-linearity of thermal radiation. The study consists in a numerical analysis through Computational Fluid Dynamics, using the Fire Dynamics Simulator (FDS), an Open-Source software, which employs the Large Eddy Simulation method. Because the software is under development and new in the research group, it will be performed the simulation of a benchmark case for verification and evaluation of the numerical methodology. The TRI analysis will be performed in a proposed problem, based on real heat exchangers, as an example, steam generators or exhaust manifold of combustion engines, involving combined heat transfer between forced convection and radiative heat transfer. The methodology consists in evaluating the radiative mean heat flux obtained by the transient simulation and compare it with the flux obtained with the time-averaged temperature field. It will be evaluated the influence of the turbulence intensity at the inlet and the optical thickness, both very important for the TRI effects. According to the literature, in this case the TRI effects could be neglected, confirming the obtained results, around 2% for the radiative heat flux.

A estimação de parâmetros de equações constitutiva viscoelásticas, tipicamente efetuada através de diferentes tipos de reômetros, pode ser uma tarefa árdua, especialmente no que diz respeito à estimação de parâmetros não lineares. Nas últimas décadas houve grande progresso no desenvolvimento de novas metodologias para caracterização de fluidos viscoelásticos na região de comportamento viscoelástico não linear e na simulação de escoamentos de fluidos viscoelásticos nesta região. Este trabalho tem como objetivo apresentar uma metodologia de estimação de parâmetros reológicos de equações constitutivas viscoelásticas baseada na comparação recursiva entre valores originados em experimentos com a modelagem em fluidodinâmica computacional do escoamento de referência. Esta metodologia apresenta como vantagem a possibilidade de estimar parâmetros a partir de dados originados em escoamentos mais representativos dos processos industriais, resultando em parâmetros com maior potencial de representar adequadamente o comportamento viscoelástico de um dado material nas suas condições típicas de aplicação. Dois estudos de caso foram implementados de forma a testar a metodologia: o escoamento de um fluido newtoniano entre placas paralelas e o escoamento de um fluido viscoelástico na saída do capilar. A estimação da viscosidade newtoniana foi baseada na comparação entre valores analíticos e numéricos para o gradiente de pressão ao longo do escoamento. A estimação do parâmetro não linear da equação constitutiva viscoelástica de Phan-Thien-Tanner (PTT) foi baseada na diferença entre os perfis de diâmetro numéricos com relação aos valores experimentais para o fenômeno de inchamento do filete de fluido ao emergir da saída do capilar, conhecido como inchamento do extrusado. O erro final obtido para o valor estimado da viscosidade newtoniana foi de 9 % com relação ao valor de referência. Para o parâmetro não linear do modelo PTT o erro para o valor estimado foi de 0,75 % com relação ao valor de referência obtido pela técnica de reometria rotacional. / The estimation of viscoelastic constitutive equations parameters, typically performed through different types of rheometers, can be an arduous task, especially as regards the estimation of nonlinear parameters. In recent years, there has been great progress in developing new methods for the characterization of viscoelastic fluids beyond the linear region and in the simulation of viscoelastic fluid flows in general. This work aims to present a methodology for estimation of rheological parameters of viscoelastic constitutive equations. The methodology is based on recursive comparison between experimentally measured fields with numerically computed ones by a computational fluid dynamics (CFD) model. This methodology has the advantage of estimating parameters through data coming from more representative flows of industrial processes, resulting in parameters with higher potential to represent the viscoelastic behavior of a given material under its typical conditions of application. Two case studies have been used to test this methodology: a steady state shear flow between two parallel plates of a Newtonian fluid and a viscoelastic fluid flow in a capillary. The estimation of Newtonian viscosity was based on the comparison between analytical and numerical values for the pressure gradient along the flow. The estimation of the nonlinear parameter of the viscoelastic constitutive equation Phan-Thien-Tanner was based on the difference between the experimental and numerical diameter profiles of the swelling of the fluid emerging from the capillary opening, known as extrudate swell. The final error obtained for the estimated value of Newtonian viscosity was 9 % compared to the reference value. For nonlinear parameter of PTT model, the error of the estimated value was 0.75 % compared to the reference value obtained through rotational rheometer technique.

Submitted by Maykon Nascimento (maykon.albani@hotmail.com) on 2016-02-25T20:37:24Z No. of bitstreams: 2 license_rdf: 23148 bytes, checksum: 9da0b6dfac957114c6a7714714b86306 (MD5) Texto Completo.pdf: 18980626 bytes, checksum: 51d95a3f57d8198e5bd10707ad7e2170 (MD5) / Approved for entry into archive by Patricia Barros (patricia.barros@ufes.br) on 2017-05-03T15:20:34Z (GMT) No. of bitstreams: 2 Texto Completo.pdf: 18980626 bytes, checksum: 51d95a3f57d8198e5bd10707ad7e2170 (MD5) license_rdf: 23148 bytes, checksum: 9da0b6dfac957114c6a7714714b86306 (MD5) / Made available in DSpace on 2017-05-03T15:20:34Z (GMT). No. of bitstreams: 2 Texto Completo.pdf: 18980626 bytes, checksum: 51d95a3f57d8198e5bd10707ad7e2170 (MD5) license_rdf: 23148 bytes, checksum: 9da0b6dfac957114c6a7714714b86306 (MD5) / Non-Newtonian fluids may present several complex characteristics, such as viscoelasticity, plasticity and thixotropy. Understanding the behaviour of these materials is essential to facilitate its applicability, since many of them are present in daily life, such as gels, chocolate, and mayonnaise. The material studied on the present work was an waxy crude oil. The oil, present in reservoirs located in deep water, when subjected to low temperatures during production shutdowns, precipitates its paraffin, creating a structure which may be very resistant to flow. Thus, the formed material may represent a great difficulty to production restart. The design of pumps and compressors used in these systems depend on a rheological property called yield stress and therefore, it is essential to obtain reliable values of this rheological parameter. However, the complex behaviour, and the dependence of the crude oil characteristics on the shearing and temperature history make this a challenging task. Besides these, other factors may influence the measurement of yield stress, as the effect of wall slip and if the cooling is static or dynamic. This work shows the variation of yield stress for tests with dynamic cooling. The imposition of a stress during cooling caused the reduction in yield stress 0. Increasing the imposed stress, 0 decreased until it reached a minimum. Next, it was noticed an increase in yield stress with increasing imposed stress. The experiments carried out in this work were made in a commercial stress control rheometer. The effect of wall slip was tested by comparing smooth and rough geometries and it was verified signs of its presence, with the reduction of yield stress for smooth geometries. The equation of Weissenberg-Rabinowitsch, used for correction of the inhomogeneity of the shear stress along the radius geometry, seemed to be not necessary for the demonstrated results. / Fluidos não newtonianos podem apresentar diversas características complexas, como a viscoelasticidade, plasticidade e tixotropia. Entender o comportamento de materiais tão complexos é fundamental para facilitar sua aplicabilidade, já que muitos estão presentes no cotidiano das pessoas, como géis, chocolate e maionese. O material estudado no presente trabalho foi um petróleo parafínico. O petróleo, presente em bacias localizadas em águas profundas, quando submetido a baixas temperaturas durante paradas de produção, precipita suas parafinas dando origem a uma estrutura que pode ser muito resistente ao escoamento. Dessa forma, o material formado pode representar uma grande dificuldade para o reinício da produção. O dimensionamento das bombas e compressores utilizados para retomada da produção depende de uma propriedade reológica denominada tensão limite de escoamento e, por isso, é fundamental obter valores confiáveis desse parâmetro reológico. No entanto, o comportamento complexo, e a dependência das características do petróleo com o histórico de cisalhamento e temperatura tornam a tarefa desafiadora. Outros fatores podem influenciar na medição da tensão limite de escoamento, como o efeito do escorregamento na parede do sensor da geometria e se o resfriamento é estático ou dinâmico. Este trabalho mostra a variação da tensão limite de escoamento para ensaios com resfriamento dinâmico. A imposição de tensão durante o resfriamento causou a redução da tensão limite de escoamento 0. Elevando-se a tensão imposta, 0 reduziu até atingir um valor mínimo. Em seguida, percebeu-se um aumento da tensão limite de escoamento com o aumento da tensão imposta. Os experimentos realizados neste trabalho foram feitos em um reômetro comercial do tipo tensão controlada (“stress controlled”). O efeito de escorregamento da amostra foi testado comparando geometrias com superfícies lisas e ranhuradas e foi possível verificar sinais de sua presença, com a redução da tensão limite de escoamento para geometrias lisas. A equação de Weissenberg-Rabinowitsch, utilizada para correção da não homogeneidade da tensão de cisalhamento ao longo do raio da geometria, mostrou-se não necessária para os resultados demonstrados.

Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado do Rio de Janeiro / Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico / A prototype of a graphical interface for SAR (Synthetic Aperture Radar) images has being developed and improved. In its current stage, the tool is able to extract the directional wave spectrum and the wind field of ERS 1&2 images. Among the various approaches used in developing the prototype, the evaluation of the currently used methodology in the image interpretation should be highlighted. In this work, synthetic SAR images are generated aiming to evaluate techniques to extract the directional wave spectrum. The coupling between the output of the SAR simulator and the input of the algorithm to generate the wave spectrum is pursued. Furthermore, a detailed comparison between the values used for simulation and the results drawn from the interface allows the identification of deficiencies and potential improvements to the current method. Thus, the present work presents development of the coupling and presents some of the features of the SAR. The results presented indicates that the coupling partially achieved their goal with good results in the wave direction interpretation. However, there are still some issues that should be evaluated to obtain more consistent results. / O protótipo de uma interface gráfica para análise de imagens SAR (radar de abertura sintética - da sigla em inglês (Synthetic Aperture Radar) vem sendo desenvolvido e aperfeiçoado. Em seu estágio atual, a ferramenta é capaz de extrair o espectro direcional de ondas e o campo de ventos de imagens ERS 1&2. Dentre as diversas abordagens empregadas no desenvolvimento do protótipo, pode-se citar a avaliação da metodologia atualmente utilizada na interpretação das imagens. Neste sentido, é apresentada uma proposta de geração de imagens SAR sintéticas, de forma a viabilizar a avaliação do método de extração de parâmetros meteo-oceanográficos a partir do acoplamento do simulador de imagens com o interpretador utilizado no protótipo. Uma comparação detalhada entre os valores empregados para simulação e os resultados sacados da interface torna possível identificar possíveis deficiências e indicar aperfeiçoamentos ao método. Desta forma, o presente trabalho, além de discutir o protótipo para análise de imagens SAR, apresenta o desenvolvimento do acoplamento do simulador de imagens. Os resultados obtidos indicam que o acoplamento atingiu parcialmente seu objetivo apresentando bons resultados na interpretação das direções. Porém, ainda há algumas questões a serem avaliadas para a obtenção de resultados mais consistentes.

Programa de Pós-Graduação em Geotecnia. Núcleo de Geotecnia, Escola de Minas, Universidade Federal de Ouro Preto. / Submitted by Oliveira Flávia (flavia@sisbin.ufop.br) on 2015-10-09T18:43:06Z No. of bitstreams: 2 license_rdf: 22190 bytes, checksum: 19e8a2b57ef43c09f4d7071d2153c97d (MD5) DISSERTAÇÃO_InvestigaçãoDepósitosFluviais.pdf: 4958801 bytes, checksum: a6160be2ea8fabc9128633c54352cac5 (MD5) / Approved for entry into archive by Gracilene Carvalho (gracilene@sisbin.ufop.br) on 2015-10-26T13:01:57Z (GMT) No. of bitstreams: 2 license_rdf: 22190 bytes, checksum: 19e8a2b57ef43c09f4d7071d2153c97d (MD5) DISSERTAÇÃO_InvestigaçãoDepósitosFluviais.pdf: 4958801 bytes, checksum: a6160be2ea8fabc9128633c54352cac5 (MD5) / Made available in DSpace on 2015-10-26T13:01:57Z (GMT). No. of bitstreams: 2 license_rdf: 22190 bytes, checksum: 19e8a2b57ef43c09f4d7071d2153c97d (MD5) DISSERTAÇÃO_InvestigaçãoDepósitosFluviais.pdf: 4958801 bytes, checksum: a6160be2ea8fabc9128633c54352cac5 (MD5) Previous issue date: 2014 / As cabeceiras da bacia hidrográfica do alto rio das Velhas, no município de Ouro Preto, localizam-se entre a vertente norte da serra de Ouro Preto e sudoeste da serra de Antônio Pereira (Quadrilátero Ferrífero), ou seja, em região com elevada declividade e com canais de drenagens estreitos e encaixados. Além disso, a região apresenta cobertura superficial inconsolidada e relativamente delgada, com ocorrência de chuvas orográficas concentradas, favoráveis à possibilidade de desenvolvimento de movimentos de massa do tipo fluxo, embora não haja localmente registros dos mesmos no tempo histórico. Nos cursos d’água de bacias de baixa ordem da região ocorrem matacões angulosos de grandes dimensões, que seriam incompatíveis com o transporte fluvial devido à pequena largura dos canais. A área de trabalho está situada na Área de Proteção Ambiental da Cachoeira das Andorinhas (APA/CA), no Alto Rio das Velhas, com ocupação humana pouco expressiva, e unidades geológicas bem diferenciadas nas cabeceiras (Formações Moeda e Cauê, do Supergrupo Minas), o que possibilitou determinar a área-fonte dos clastos depositados ao longo dos cursos de cada bacia. Este trabalho teve como objetivo principal caracterizar os sedimentos ao longo das drenagens e nas encostas de pequenas bacias de cabeceira da área da APA/CA, para compreender quais processos geológicos predominaram no passado geológico recente, se aluviais ou gravitacionais. Os resultados de índices morfométricos, parâmetros hidrológicos e de análises de sedimentos de fundo coletados ao longo dos canais principais evidenciaram que fluxos de detritos ocorreram na região no passado geológico recente (Holoceno). Acredita-se que o procedimento metodológico adotado, com execução de levantamentos de campo e simples análises laboratoriais, mostrou bons resultados para analisar a suscetibilidade movimentos de massa torrenciais em regiões serranas, como as encontradas no Quadrilátero Ferrífero, com bom potencial de uso para outras regiões similares do país. ________________________________________________________________________ / ABSTRACT: The headwaters of the upper Velhas hydrographic basin, in Ouro Preto, is located between the north slopes Ouro Preto range and southwest of Antônio Pereira range (Iron Quadragle), i.e, this area presents steep slopes and narrow and incised drainage channels. Furthermore, the region presents a thin unconsolidated cover and concentrated orographic rainfall that favours the developing of flow type mass movements, although there is not a historical record of them. In the low order streams of the basins occur large boulders, which are incompatible with the transport capacity of these channels. The study area is located in the Environmental Protection Area of Cachoeira das Andorinhas (APA/CA), in the Upper Velhas basin, revealing an inexpressive human occupation, and distinct geological units in the headwaters (Moeda and Cauê formations, Minas Supergroup), which allowed the determination of the source area of the clasts deposited over the drainage courses. This work aimed to characterize the sediments along the drainages and slopes of small headwater catchments of the Upper Velhas river region in order to understand which geological processes predominated in the recent geological past, whether alluvial or gravitational. The results of morphometrical and hydrological parameters and the analysis of bed load sediments and of large boulders settled along channel courses showed that torrential flows occurred in the geological past in the region (Holocene). We believe that the applied methodology, i.e., with the execution of field surveys and simple laboratory tests, showed good results to prove the susceptibility to torrential mass movements in mountainous regions, such as the found in the Iron Quadrangle, as well as in others similar regions of the country.

Programa de Pós-Graduação em Engenharia Geotécnica. Núcleo de Geotecnia, Escola de Minas, Universidade Federal de Ouro Preto. / Submitted by Oliveira Flávia (flavia@sisbin.ufop.br) on 2016-01-12T15:57:32Z No. of bitstreams: 2 license_rdf: 0 bytes, checksum: d41d8cd98f00b204e9800998ecf8427e (MD5) DISSERTAÇÃO_InfluênciaMonitoramentoFluido.pdf: 7480117 bytes, checksum: 9246c84830308b3969ac870f537c8b0b (MD5) / Approved for entry into archive by Oliveira Flávia (flavia@sisbin.ufop.br) on 2016-01-12T18:30:58Z (GMT) No. of bitstreams: 2 license_rdf: 0 bytes, checksum: d41d8cd98f00b204e9800998ecf8427e (MD5) DISSERTAÇÃO_InfluênciaMonitoramentoFluido.pdf: 7480117 bytes, checksum: 9246c84830308b3969ac870f537c8b0b (MD5) / Made available in DSpace on 2016-01-13T16:13:22Z (GMT). No. of bitstreams: 2 license_rdf: 0 bytes, checksum: d41d8cd98f00b204e9800998ecf8427e (MD5) DISSERTAÇÃO_InfluênciaMonitoramentoFluido.pdf: 7480117 bytes, checksum: 9246c84830308b3969ac870f537c8b0b (MD5) Previous issue date: 2015 / No Brasil, a pesquisa geológica de minério de ferro utiliza, em grande escala, o método de sondagem rotativa testemunhada diamantada.Com o objetivo de ampliar o desempenho da sondagem, este trabalho estabelece, através de um estudo de caso, uma metodologia que demonstra a influência de se ter uma formulação do fluido compatível com as litologias perfuradas, além da influência do monitoramento de suas propriedades e dos parâmetros de perfuração. A metodologia compreende algumas etapas como desenvolvimento operacional, formulação do fluido e monitoramentos executados, confirmação dos litotipos e contatos a partir da descrição geológica detalhada e perfilagem geofísica, avaliação do maciço, investigação de possíveis interferências das litologias perfuradas e os efeitos da metodologia na produtividade e custo.O estudo foi realizado na Mina de Brucutu da Mineradora Vale S.A, localizada no Quadrilátero Ferrífero, onde diversos problemas operacionais são apontados durante a execução da sondagem, devido principalmente à porção friável.Foram executados cinco furos realizando o controle e monitoramento do fluido, bem como dos parâmetros de perfuração. Para permitir a comparação dos resultados, cada furo foi executado com variações diferentes no fluido e também com diferentes escalas de monitoramento. Com o intuito de investigar as interferências positivas e negativas das litologias perfuradas, amostras do material perfurado das regiões onde houve perda frequente de lama foram submetidas a diferentes análises, como distribuição granulométrica, geração de lama da própria amostra e caracterização química e mineralógica. A metodologia estabelecida garantiu uma perfuração eficiente, rápida, segura e com custo compatível com a operação. Em relação às campanhas anteriores, a aplicação da metodologia possibilitou uma redução de 41,18% no tempo de execução médio dos furos, um acréscimo de 81,01% na taxa de penetração diária e de 69,51% na produtividade média, com uma redução nos custos fixos em torno de 41%. Comprovou-se também que o melhor desempenho é obtido quando se trabalha somente com fluido polimérico, e executando monitoramento das propriedades do fluido e dos parâmetros de perfuração. _________________________________________________________________________________ / ABSTRACT: The diamond drilling method is the most used in large scale on iron ore exploration in Brazil. This work has the aim to increase the drilling performance, so that it establishes, through a case study, a methodology that demonstrates the influence of adequate fluid formulation and monitoring of its properties and drilling parameters, and it’s compatibility to the drilled lithologies. The methodology comprises some steps as operational development, the fluid formulation and its monitoring, confirmation of rock types and contacts, by detailed geological description and geophysical well logging, rock structure evaluation, investigation of possible interference of the drilled lithologies and the effects of methodology in productivity and cost. The study took place at the Brucutu mine site by Vale SA, located in the Iron Quadrangle, where several operational problems are pointed out during the drilling execution, mainly due to the presence of friable rocks. Five holes were executed subjected to its drilling parameters and fluid monitoring and controlling. In order to comparison of results, each hole was monitored with different variations in the fluid and different monitoring types. In order to investigate the positive and negative interference of the drilled lithology, where fluid’s losses occurred, samples were collected and underwent to different analysis such as particle size distribution, sample own mud generation and chemical and mineralogical characterization. The results were quite satisfactory. The established methodology ensured an efficient, fast and safety drilling with compatible operation cost and well preserved cores. In comparison with previous drilling programs at Brucutu Mine, the application of the methodology enables a reduction of 41.18% in the average runtime of holes execution, increases the daily penetration rate at 81.01% and productivity in 69.51% and a decreased at the fixed costs around 41%. The study also showed that the best performance is obtained when is used only polymer fluid, and fluid properties and drilling parameters were monitoring and controlling during the whole operation.

Tese (doutorado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico, Programa de Pós-Graduação em Engenharia Mecânica, Florianópolis, 2013. / Made available in DSpace on 2013-12-05T22:22:51Z (GMT). No. of bitstreams: 1 319126.pdf: 2611543 bytes, checksum: 5f71a7fdd4494a24c01fcb63bd0f0373 (MD5) Previous issue date: 2013 / De forma distinta aos métodos de CFD convencionais, os métodos LB (lattice-Boltzmann) baseados na discretização de equações cinéticas, historicamente denominadas de equações de Boltzmann, descreve o comportamento dinâmico dos fluidos na escala mesoscópica. Na escala citada, fenômenos macroscópicos complexos, como o surgimento e colapso de interfaces, podem ser naturalmente descritos como associados a termos fontes incorporados às equações cinéticas. Utilizando esta característica do LBM, o presente trabalho propõe um novo método numérico para simulação de fluidos monocomponentes não-ideais, onde as fases líquida e vapor podem coexistir. O modelo cinético contínuo para este fluido tem como base a primeira equação da hierarquia BBGKY, na qual a repulsão à curta distância é representada pelo modelo de esferas rígidas de Enskog e a atração à longa distância é descrita utilizando um potencial médio. Por intermédio da análise multi-escala de Chapman-Enskog, demonstra-se que as equações de balanço de massa, quantidade de movimento e energia são compatíveis com aquelas do modelo de interface difusa. Objetivando a obtenção de um modelo mínimo, são realizadas simplificações nas equações cinéticas que não comprometem o comportamento macroscópico. O estudo de uma interface líquido-vapor em equilíbrio permite a derivação de expressões para o perfil de densidade na interface e para a tensão superficial, assim como comprova que o modelo contínuo recupera corretamente as densidades de saturação previstas pelas leis da termodinâmica. A forma discreta para a equação cinética é então obtida aplicando-se o método das abscissas prescritas em conjunto com uma nova forma discreta de terceira ordem para o termo advectivo da equação de Boltzmann. A validação numérica do método discreto é realizada por meio da medida da velocidade do som, da obtenção da curva de coexistência, da conferência da lei de Laplace assim como da relação teórica para a tensão superficial. Tais simulações são realizadas utilizando as equações de estado de Van der Waals, Redlich-Kwong, Redlich-Kwong-Soave, Peng-Robinson e Carnahan-Starling. Os resultados demonstram que a inconsistência termodinâmica apresentada por métodos anteriores é eliminada com a utilização do termo de advecção de terceira ordem. Por fim, o método é aplicado no estudo da coalescência entre duas gotas e no crescimento de bolhas em um meio líquido. Observa-se uma boa concordância com as correlações teóricas e dados experimentais disponíveis. <br> / Abstract : Unlike conventional CFD methods, the Lattice Boltzmann Method (LBM) describes the dynamic behavior of fluids in a mesoscopic scale using discrete forms of the kinetic equations. In this scale, complex macroscopic phenomena as the formation and collapse of interfaces can be naturally described as related to source terms incorporated into the kinetic equations. Based on this characteristic, a novel numerical method for the simulation of a single component multiphase flow is proposed. A continuum kinetic model for this fluid is obtained from the first equation of the BBGKY hierarchy using a short-range repulsion represented by the Enskog hard sphere model and long-range attraction described by a mean-field potential. Using the Chapman-Enskog multiscale analysis, it is shown that the mass, momentum and energy balance equations are compatible with those of the diffuse interface model. A minimal version of the model is then proposed by means of simplifications which do no affect the macroscopic behavior. The study of a flat liquid-vapor interface demonstrates that the continuum model recovers the saturation densities predicted by the laws of thermodynamics and expressions for the density profile and surface tension are derived. A discrete form of the kinectic equation is then obtained by applying the quadrature method based on prescribed abscissas together with a new third order scheme for the discretization of the advection term in the Boltzmann equation. The numerical validation of the method is performed by measuring the speed of sound, retrieving the coexistence curve and verifying both the Laplace's law and the theoretical expression for the surface tension. The simulations are performed with the equations of state of Van der Waals, Redlich-Kwong, Redlich-Kwong-Soave, Peng-Robinson and Carnahan-Starling. The results show that the thermodynamic consistency problem presented in earlier multiphase models are greatly reduced by using the third order discretization scheme for the advection term. Simulations of the coalescence process of drops and of the growth of a bubble in a liquid pool are, finally, presented with good agreement with available theoretical predictions and experimental data.

Dissertação (mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico, Programa de Pós-Graduação em Engenharia Química, Florianópolis, 2013. / Made available in DSpace on 2014-08-06T17:12:21Z (GMT). No. of bitstreams: 1 322922.pdf: 2355984 bytes, checksum: d88788a604fcaab1ae99bcb85346b099 (MD5) Previous issue date: 2013 / A proposta deste trabalho é a modelagem fenomenológica de uma chaminé expelindo material particulado com diâmetro médio de 10 µm (MP10),15 µm e 20 µm utilizando dados adquiridos ao longo de um ano de funcionamento de uma usina de açúcar e álcool. Com este mode-lo, pretende-se estudar o comportamento do material particulado em meio ao escoamento do ar ambiente, determinando-se o grau de disper-são e as distâncias percorridas pelo mesmo, a fim de se verificar se ha-veria risco de doenças respiratórias para a população próxima à indús-tria. O modelo elaborado passou por testes de validação. O trabalho de Hall et al. (1998), que trata sobre dispersão de partículas em túnel de vento foi utilizado para esse fim. O modelo testado apresentou resulta-dos adequados para a dispersão de partículas de vidro de 105µm, con-forme os dados fornecidos no trabalho supracitado. No modelo de emis-são de particulado, três simulações foram conduzidas para melhor avali-ar os efeitos e as diferenças entre um modelo de escoamento turbulento não isotérmico e um modelo misto não isotérmico (laminar fora da cha-miné e turbulento em seu interior). O modelo de emissão de material particulado produziu um comportamento físico consistente com dados encontrados na literatura para particulados da classe MP10. A altura da chaminé (25 m) que pode lançar as partículas até cerca de 80 m do nível do chão permite deslocá-las com eficiente dispersão por longas distân-cias, reduzindo assim grandemente qualquer risco para a saúde humana. O material particulado de 10 µm chega ao chão em aproximadamente 3 h e 30 min e pode permanecer no ar por tempo indeterminado, depen-dendo de seu tamanho (<10 µm) e das condições de vento. <br> / Abstract : The purpose of this study is the phenomenological modeling of a chimney spewing particulate matter with a diameter of 10 µm (PM10), 15 µm and 20 µm using data acquired over an operation year in a sugar plant. With this model, we intend to study the behavior of particulate matter in the air flow through the environment, determining the degree of dispersion and the distances traveled by the same in order to verify if there is risk of respiratory diseases for the population near industry. The model developed has undergone validation testing. The work of Hall et al. (1998), which deals with dispersion of particles in the wind tunnel was used for this purpose. The model tested showed adequate results for the dispersion glass particulates of 105µm according to the data provid-ed in the above mentioned study. In the model of particle emission, three simulations were conducted to further evaluate the effects and differences between a not isothermal turbulent flow model and a non- isothermal mixed model (laminar outside the chimney and turbulent inside). The model emission of particulate matter produced a physical behavior consistent with literature data for PM10 particulates class. The stack height (25 m) which can shed particles up to about 80 m from ground level allows them to move efficiently dispersing over long dis-tances, thus greatly reducing any risk to human health. Particulate mat-ter comes to the ground in about 3 h 30 min and can stay in the air indef-initely depending on their size (<10 micrometers) and wind conditions.

Dissertação (mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico. Programa de Pós-Graduação em Engenharia de Alimentos. / Made available in DSpace on 2012-10-19T23:39:51Z (GMT). No. of bitstreams: 1 198530.pdf: 903453 bytes, checksum: dca03fcc371a6542b8e18e43097262f4 (MD5) / Sistemas de trocas térmicas são de grande importância na indústria de alimentos. O objetivo principal deste trabalho é fazer uma revisão de correlações para transferência de calor em fluidos não-newtonianos em dutos circulares e não-circulares, que são apresentadas em artigos, e ainda não foram divulgadas adequadamente, e também propor modificações em algumas correlações. As correlações foram comparadas, sempre que possível, com os dados experimentais da literatura para condições de temperatura de parede constante e fluxo de calor constante, e condições de escoamento laminar e turbulento, considerando-se as condições geométricas em dutos circulares e não-circulares. Este trabalho apresenta modificações em correlações já existentes, como para transferência de calor em dutos circulares com temperatura de parede constante e termicamente desenvolvido, e transferência de calor em dutos não-circulares com temperatura de parede constante e termicamente em desenvolvimento, e transferência de calor em dutos não-circulares com fluxo de calor constante e termicamente em desenvolvimento, as modificações propostas neste trabalho apresentam um bom desempenho comparadas com dados experimentais e correlações mais antigas. Através da comparação entre as correlações apresentadas para transferência de fluxo de calor constante e termicamente desenvolvido em dutos circulares, com os dados experimentais, demonstra-se que para este caso a dependência é exclusiva de um único parâmetro, que é o índice de comportamento do escoamento. A análise das correlações para temperatura de parede constante e termicamente em desenvolvimento, com os dados experimentais, demonstram a importância de se levar em consideração o índice de consistência do fluido. A transferência de calor em dutos não-circulares, mesmo sendo dependente de duas dimensões, apresenta correlações simples e as aproximações de correlações de dutos circulares, também apresentaram bons resultados.

Dissertação (mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico. Programa de Pós-Graduação em Engenharia Química. / Made available in DSpace on 2012-10-20T01:31:54Z (GMT). No. of bitstreams: 1 189337.pdf: 1181941 bytes, checksum: 873ea5eaddd96e37c3359d96305007e4 (MD5) / No presente trabalho foi desenvolvido e implementado computacionalmente um modelo linear capaz de representar com qualidade os transientes a que um duto esta sujeito, como a abertura e o fechamento de válvulas, a partida e a parada de bombas. Estas operações são consideradas os eventos do duto. Foi utilizado um modelo para cada tipo de fluido, sendo estes, o óleo combustível leve (OCL), o diesel, a gasolina e o gás liquefeito do petróleo (GLP). Foram realizados diversos eventos a fim de representar diferentes capacidades de entregas a diferentes consumidores. No modelo o único parâmetro a ser ajustado é a constante de tempo do duto. As constantes de tempo do diesel, GLP, e gasolina foram obtidas através do ajuste de curvas, enquanto a do pentano foi estimada. Outro estudo com o mesmo objetivo, foi o de simular o mesmo duto para diferentes comprimentos a fim de estimar a constante de tempo para diferentes comprimentos.