Este trabalho objetiva prover subsídios para análise de estabilidade de sistemas eixo-mancal de deslizamento carregados dinamicamente, sob lubrificação hidrodinâmica por filme fluido. A equação da pressão na qual se baseia todo o desenvolvimento apresentado neste trabalho foi concebida por Sommerfeld. Sendo esta fundamentada na teoria de mancais infinitamente longos, assume-se que o mancal de deslizamento considerado insere-se neste contexto. As expressões para as componentes de força radial e tangencial do sistema eixo-mancal em questão podem ser obtidas para as conhecidas soluções de Half Sommerfeld e Full Sommerfeld, integrando a equação da pressão de Sommerfeld. A resolução dessa integração foi obtida através da utilização de fórmulas recursivas tabeladas por Booker, para integrais que apresentam uma mesma forma característica, denominadas Integrais de Booker, e nas quais resulta o desmembramento da integral principal. Linearizando as forças por expansão de Taylor de primeira ordem, geram-se os coeficientes das matrizes características do sistema. A implementação numérica foi feita sobre as forças e matrizes obtidas para Half Sommerfeld utilizando o Método de Newmark, e abrangendo dois casos, ordem zero e primeira ordem. Ambos são analisados e confrontados no que concerne os resultados de convergência e divergência numéricas, e efeito half-speed whirl. Conclusões e considerações finais são tecidas com respeito às características, vantagens e desvantagens, e relevância para aplicação prática. Sobre estes propósitos, observa-se que a formulação em primeira ordem mostra-se mais vantajosa por permitir utilização de intervalos de tempo maiores para descrever a trajetória assumida pelo centro do eixo. Outra contribuição deste trabalho, e não menos importante, é a obtenção de uma formulação geral para as expressões das componentes de força, bem como das matrizes de rigidez e amortecimento. Além de se poder obter as mesmas expressões resultado geradas pelas soluções de Half e Full Sommerfeld, os limites de integração são livres para assumir quaisquer valores de posicionamento angular, e não restringem o intervalo de integração a ? ou a 2?.

Este trabalho tem por finalidade analisar um método de fluxo potencial para cálculo de coeficientes aerodinâmicos através de uma comparação com resultados experimentais. O método utilizado é o método malha de dipolos, cujas vantagens figuram sobretudo em sua alta velocidade de cálculo e de análise, e razoável precisão nos resultados, razões pelas quais a metodologia desenvolvida neste trabalho é direcionada principalmente para as fases iniciais de projeto aeronáutico.

A técnica de transformada integral generalizada é utilizada para a obtenção de soluções analíticas do problema de convecção forçada em regime laminar, na região de entrada de dutos de geometria simples, tais como canais de placas paralelas e dutos circulares. Nessa região as camadas limites hidrodinâmica e térmica estão se desenvolvendo simultaneamente. O fluido é considerado como newtoniano e suas propriedades físicas como constantes. São utilizadas distribuições de velocidades longitudinais na forma analítica, as quais estão disponíveis na literatura e foram obtidas por métodos de linearização da equação de qualidade de movimento na direção axial. A partir da distribuição de velocidade axial obtém-se a distribuição de velocidade normal e analisa-se a influência desta velocidade sobre os parâmetros de transferência de calor: temperatura média de mistura e números de Nusselt local e médio. Analisa-se também a influência de dois perfis de velocidades diferentes sobre os resultados. Obtém-se resultados numéricos para a temperatura média de mistura e números de Nusselt local e médio considerando-se a geometria de um canal de placas planas paralelas, resolvendo-se um sistema completo de equações diferenciais ordinárias acopladas, para vários números de Prandtl. Implementam-se também, soluções aproximadas para um cálculo mais rápido dos resultados, verificando-se a precisão de tais soluções. Quando possível os resultados são comparados com resultados existentes na literatura.

Neste trabalho apresenta-se uma metodologia para a estimativa dos efeitos de interferência aerodinâmica sobre empenagens devido a jatos turbulentos, subsônicos e aquecidos. Primeiramente emprega-se um método de diferenças finitas para resolver numericamente as equações de Reynolds com as aproximações de camada limite. As equações de reynolds são resolvidas simultaneamente com a equação diferencial parcial oriundado modelo (K) da energia cinética turbulenta desenvolvido por Prandtl. Desta forma são calculados o campo de velocidade e de temperatura resultante. Na segunda etapa modela-se o campo de velocidade radial induzido pelo jato através de uma distribuição linear de sumidouros. Esta distribuição é utilizada com o "Vortex Lattice Method" no cálculo da interferência aerodinâmica sobre uma empenagem horizontal. Finalmente, são obtidas as curvas de sustentação de uma empenagem horizontal em função das principais variáveis do escoamento do jato.

Uma grande limitação dos foguetes à propelente sólido consiste na dificuldade de alteração do módulo do vetor empuxo, quando e se necessário, durante a queima do grão. Entre as soluções conhecidas pra resolver este problema encontram-se a utilização de um grão composto de propelentes diferentes, a utilização de uma geometria de grão adequada e a utilização de foguetes auxiliares (e.q. boosters). Estas soluções não significam entretanto um efetivo controle já que não podem ser alteradas durante a queima. Consistem, na sua essência, de uma pré-programação da queima. Um controle efetivo é obtido pela injeção de massa na câmara de combustão, alterando a vazão mássica que flui através da tubeira, as propriedades termodinâmicas do gás produto da combustão bem como outros parâmetros do motor foguete, tendo como resultado a possibilidade de controle do módulo do vetor empuxo quando e se necessário, ou seja, num instante aleatório durante a queima e de reprodutibilidade possível, independente de programação prévia. Este trabalho visa estabelecer primordialmente um equacionamento matemático adequado à obtenção da curva pressão versus tempo de queima durante a queima, sem injeção e com a injeção.

Bombas eletromagnéticas termoelétricas (EMTE) podem ser usadas no controle do escoamento nos circuitos primário e secundário de reatores nucleares espaciais, refrigerados a metal líquido. Para se simular o sistema e avaliar o desempenho de bombas EMTE, em estado estacionário, foi desenvolvido um programa computacional, denominado BEMTE, que estuda os principais parâmetros de funcionamento da bomba e determina o ponto de atuação do sistema, para uma dada potência de operação do reator. O esquema elaborado utiliza: 1. um modelo para simulação dos conversores termoelétricos da bomba e cálculo da corrente elétrica total gerada; 2. o programa POISSON, acoplado ao BEMTE, que resolve as equações de Maxwell e calcula a distribuição do campo magnético nos canais da bomba; 3. um modelo de cálculo de altura dinâmica da bomba, a partir da interação campo-corrente nos canais, e 4. para o fechamento do problema, um estudo simplificado do trocador de calor e das perdas de pressão nos circuitos do reator. Os resultados obtidos em cada etapa do programa foram satisfatórios, comparados aos dados experimentais. O programa mostrou-se adequado ao projeto e simulação de bombas eletromagnéticas de corrente contínua.

Esta tese apresenta uma investigação detalhada dos injetores centrífugos utilizados para atomização de propelentes líquidos. Inicialmente foram analisadas e comparadas as teorias aplicadas aos cálculos analíticos das dimensões do injetor e do escoamento interno, apresentadas por vários pesquisadores. Com base nesta análise, para os cálculos iniciais, foi escolhida a teoria de Abramovich como sendo a mais completa e adequada. Nessa teoria o propelente é considerado um fluido ideal e por este motivo pode ser aplicada no projeto dos injetores que possuem as características geométricas apropriadas. Para os cálculos dos injetores, incluindo os efeitos de viscosidade, a teoria de Abramovich foi modificada. Essa modificação apresentou resultados satisfatórios. A segunda parte do trabalho incluiu a modelagem numérica do escoamento interno do injetor. Nessa parte foi apresentado o procedimento de geração de malha, sendo também discutidos os tipos de modelagem multifásica e modelos de turbulência aplicados para simulação do escoamento. A modelagem de escoamento do fluido no interior do injetor tem suas particularidades devido às altas velocidades de rotação. Estas velocidades têm influência no comportamento do fluido que torna complexa a convergência da solução numérica; por isso para se obter resultados compatíveis com escoamento real é necessário utilizar modelos de turbulência direcionados para este tipo de problema. Na simulação numérica foi aplicado o modelo de turbulência ?-?, RNG ?-? e Reynolds stress model. A modelagem foi feita utilizando o software ANSYS CFX. Os resultados desta simulação apresentaram o comportamento detalhado do escoamento do fluido dentro de injetor. Foram determinados os campos de velocidade axial, tangencial e radial, a câmera oca formada pelo ar e distribuição da pressão total, estática e dinâmica. A validação dos resultados analíticos e numéricos foi feita em comparação com resultados dos testes experimentais. Para realização dos ensaios foi projetada uma matriz de testes que permitiu fazer a avaliação dos injetores mono e bi-propelentes. Durante os ensaios também foi analisada a influência da quantidade de orifícios de entrada do injetor na homogeneidade da distribuição do líquido no spray.

This work investigates through numerical simulation, the operation of a big bore direct fuel injection spark ignition engine, at part load under stratified operation. It evaluates fuel-air mixture preparation and combustion process with the adoption of detailed chemical kinetics mechanisms for both Isooctane and Ethanol, and applying adaptive mesh refinement to capture the turbulent flame brush. The investigation is split in 3 main parts. In the first part, with Isooctane as fuel, the impact of in-cylinder turbulence level induced by squish has shown that the attempt to isolate the squish ratio, maintaining the bowl shape, for the evaluated cases have led to a scenario not more appropriate for flame initiation and propagation for 2 of the 3 geometries. But the observations made during this initial stage have led to the proposal of a fourth geometry to improve the mixture formation and combustion process. As it was seen the combustion process was about 11.5 deg faster with the new piston bowl proposed. In the second part, still with Isooctane and maintaining the new proposed piston, evaluates the influence of two types of hollow cone fuel injectors, an inwardly and an outwardly opening types, where maintain fixed spark timing, the end of injection is varied and compared among the two cases, while targeting for the same gross IMEP output. The main results are that the outwardly opening injector case resulted in better fuel-air mixture preparation, even with a late end of injection. This led to higher combustion efficiency and lower unburned hydrocarbon, CO and soot emissions, while increasing NOx emissions. The 10-90% MFB burn duration is higher for the outwardly opening injector case. In the last part the outwardly opening spray injector from the previous part, but using Ethanol as fuel has shown that to attain the same IMEP level the injected fuel mass is increased with Ethanol, and with its higher latent heat of vaporization, the time required to have an ignitable fuel-air mixture more than doubled that for the Isooctane case. Another important effect of these is the excessive increase of THC emissions. The overall combustion duration was faster for the Ethanol, mainly as the last part of the combustion was almost twice as fast as for the Isooctane case. It may be a consequence of a more homogeneous fuel-air mixture cloud as the fuel has more time to diffuse as the EOI is more advanced. The in-cylinder charge cooling effect of Ethanol led to a reduction in the in-cylinder temperature, leading to a reduction in NOx formation. CO emissions was also lowered, which is maybe attributed to either the reduced chemical dissociation with the lower temperatures, or reduced fuel rich regions. The reduced fuel rich regions also explain the reason for lower soot emissions.

O método WENO (Esquema Ponderada Essencialmente Não-Oscilatório) é o produto evolutivo de uma sequência de estudos adicionais, que começou com o trabalho seminal de Godunov nos últimos anos da década de 50 do século passado. A partir da reconstrução clássica de Riemann de Godunov os esquemas de alta resolução passaram pelos esquemas MUSCL ("Esquema Monotonicamente Centrado para Leis de Conservação"), o ENO ("Esquema Essencialmente Não-Oscilatório"), chegando finalmente ao estágio do esquema WENO. Esquemas WENO são esquemas de ordem mais alta precisão projetados para problemas com soluções contínuas por partes contendo descontinuidades. A idéia-chave reside no nível de aproximação, quando um procedimento não-linear adaptativo é utilizado para escolher automaticamente o estêncil mais suave localmente, evitando assim que descontinuidades surjam no procedimento de interpolação como tanto quanto possível. Seguindo de perto este caminho evolutiva, uma outra característica muito importante está relacionada com a aproximação tão acurada quanto possível, dos fluxos de Riemann nas junções entre as fronteiras das células. Muitas idéias para essa aproximação apareceram ao longo do caminho. Os esquemas de Lax-Friedrichs, Roe, Steger-Warming, AUSM, AUSMPW, HLL, HLLE, estão todos em uso hoje. Um código computacional baseado em algoritmos de alta ordem e alta resolução, baseado nos algoritmos WENO e MUSCL, chamado HYNE2D, para a simulação de escoamentos viscosos em altas velocidades e com eventualmente soluções constantes por partes, foi desenvolvido pelos autores. Muitos dos esquemas mais eficientes para o cálculo do fluxo foram implementadas, e, neste trabalho, uma comparação completa entre Lax-Friedrichs, Roe, AUSM+ e AUSMPW será explorado estritamente para uma formulação em volumes finitos baseada em arestas em malhas não-estruturadas. Os problemas de validação são todos os casos teste de aferição normalmente encontrados na literatura.

O presente trabalho trata do projeto aerotermodinâmico de turbinas a vapor de múltiplos estágios baseado em uma abordagem de técnicas de modelamento unidimensional. Um programa computacional foi desenvolvido para projeto preliminar de turbinas a vapor de múltiplos estágios escritos em linguagem FORTRAN 90, visando à redução do tempo de projeto preliminar, a independência de programas comerciais e o acesso ao código fonte para modificar e implementar novos modelos para melhorar o potencial da ferramenta de projeto. Uma revisão dos principais tipos de turbinas a vapor, seus ciclos termodinâmicos, principais componentes, funcionamento básico e os mecanismos de perdas envolvidos são apresentados. A metodologia de cálculo empregado no projeto preliminar da turbina a vapor e a implementação do International Association for the Properties of Water and Steam (IAPWS) são apresentadas, para o cálculo das propriedades termodinâmicas, assim como do critério de vórtice livre e o modelo de perdas desenvolvido por Dunham e Came. Os resultados do programa computacional desenvolvido foram comparados com os resultados do programa comercial desenvolvido pela CONCEPTS NRECTM, AXIAL. A comparação foi realizada para uma turbina a vapor de um estágio e uma turbina a vapor de dois estágios. A análise comparativa foi feita na linha media e mostrou que os resultados do programa computacional desenvolvido estão próximo dos valores calculados pelo programa comercial com desvios e diferenças aceitáveis devido à diferente metodologia, procedimento numérico e calibração do modelo de perdas entre os mesmos.