Made available in DSpace on 2016-12-08T17:19:36Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Gerson Filippini.pdf: 3306780 bytes, checksum: e9e94632db2e1724ef9cf694d93a5724 (MD5) Previous issue date: 2004-11-26 / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / The Finite Elements Method (MEF) has been traditionally applied to stress analysis in solid mechanics, whereas the Finite Volume Method (MVF) has its main application in heat transfer and fluid flow analyses. In the last years, use of Finite Elements in fluid dynamics problems has shown a substantial increase due, not only to its well-known facility to handle complex geometries, but to the development of new element stabilization techniques. On the other hand, the development of new models based on unstructured meshes has open new possibilities for application of the Finite Volume method. The present work addresses some aspects associated to the application of the MVF to plane elasticity, in which a discretisation procedure for Cartesian meshes is presented and comparisons between FEM and FVM for test problems are discussed. Emphasis is given to stress computation for Finite Volumes and comparisons to those obtained via recovery techniques for Finite Elements. The discretisation strategy and solution of the linear equation system have been approached under the classical FVM perspective, aiming at integration in existing Finite Volume codes. The analyses have been performed for a doubly-clamped beam with prescribed displacements in both ends, in which special attention is given to the shear stresses. It has been observed that the stresses evaluated using the MVF yields smaller differences when compared to the global smoothing method associated to the FEM. Furthermore, Finite Volumes has shown less susceptibility to poor aspect ratio then Finite Elements using linear shape functions. A qualitative analysis of the compression of a cylindrical billet has also shown no hourglass for Finite Volumes solutions. / O Método de Elementos Finitos (MEF) tem sido Tradicionalmente aplicado a problemas mecânicos de análise de tensões, enquanto o Método de Volumes Finitos (MVF) tem sua aplicação principal em transferência de calor e mecânica dos fluidos. Nos últimos anos, o uso de Elementos Finitos em problemas de dinâmica dos fluidos tem mostrado um aumento substancial. Isso se deve não somente a sua conhecida facilidade de tratar geometrias complexas, mas também ao desenvolvimento de novas técnicas de estabilização de elementos. Por outro lado, o desenvolvimento de novas estratégias baseadas em malhas não estruturadas tem renovado o incentivo na aplicação do método de Volumes Finitos. O presente trabalho discute diversos aspectos relativos à aplicação do MVF a problemas de elasticidade plana com malhas estruturadas e cartesianas, com ênfase nas comparações entre as distribuições de tensões obtidas pelo MVF e aquelas calculadas pelo MEF a partir de diferentes esquemas de suavização. As análises são feitas para uma viga engastada em ambos lados com deslocamentos prescritos nas extremidades visando avaliar principalmente as tensões cisalhantes. Observou-se que o campo de tensões calculado pelo MVF apresenta menor diferença quando comparado com aquele obtido pelo MEF utilizando-se o esquema de suavização global. Ressalta-se que o problema é abordado pelo prisma de Volumes Finitos (discretização das equações de governo e métodos de solução) visando futura implementação em códigos já existentes para problemas de termofluidos, com vistas à aplicação a problemas de interação fluidoestrutura. Fez-se também uma verificação inicial da existência de modos espúrios em um problema compressivo e a influência da variação da razão de aspecto dos elementos sobre os resultados.

Made available in DSpace on 2016-12-08T17:19:37Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Parte 3.pdf: 482495 bytes, checksum: 9b5dfbfdca016633f541825e4d0a771d (MD5) Previous issue date: 2011-02-11 / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / One of the most frequent problem in the manufacture of composites with carbon nanotubes (CNT) is the interfacial interaction between the CNT and the matrix. Aiming to solve this problem, after previous oxidation, multi-walled carbon nanotube (MWCNT) were functionalized with amine groups by two different routes, via a Me2NSO2Cl and HBA. The thermogravimetry (TG) showed a decrease on the thermal stability of functionalized MWCNT. The MWCNT were also analyzed by elemental anaysis, which showed an increase in the amount of oxygen and nitrogen in the functionalized material, proving the amination of MWCNT. Composites of resin DGEBA were manufactured with pristine and amino MWCNT composites, where the concentration of the MWCNT ranged from 0.1 to 0.5% (m / m). Differential scanning calorimetry (DSC) analysis showed a decrease in the glass transition temperature (Tg) of the composite compared to the neat resin, and the reduction was more evident in composites with functionalized MWCNT. The composites were also analyzed by mechanical compression, flexural and tensile tests. In compression tests there was no significant difference between the neat resin and the composites modulus but the composite with MWCNT functionalized Me2NSO2Cl reaches maximum compression stress, the highest value. Bending tests showed an increase in the modulus and maximum stress of the composites compared to pure resin. The higher results were obtained when the concentration of MWCNT was 0.1% (m / m) and with MWCNT functionalized material via Me2NSO2Cl. No major differences were observed for the modulus and strength of neat resin and composites under tensile test. In this work, a study of purification of single wall carbon nanotubes (SWCNT) by heat treatment under an inert atmosphere at 1250 ° C, followed by supercritical fluid extraction, were also performed. The CNT were submitted to extraction with supercritical CO2 as solvent. The choice of surfactant (TBP) and chelating (HFA) was carried out to eliminate metallic impurities (especially iron) from the catalyst. Analysis by Atomic Emission Spectrometry Inductively Coupled Plasma (ICP) showed a significant reduction in the amounts of iron and cobalt. The purified SWCNT were then analyzed by TG , Raman spectroscopy and scanning electron microscopy (SEM), the results showed that the removal of metal catalysts improve significantly the thermal resistance of the CNT. / Uma das mais freqüentes questões na fabricação de compósitos com nanotubos de carbono (NTC) é a interação interfacial entre os NTC e a matriz. Com o intuito de melhorar esta interação os nanotubos de carbono de parede múltipla (NTCPM), após prévia oxidação, foram funcionalizados com grupos amínicos por duas rotas diferentes, uma via Me2NSO2Cl e a outra via HBA. As análises termogravimétricas (TG) mostraram uma diminuição da estabilidade térmica dos NTCPM funcionalizados. Os NTCPM também foram analisados por análise elementar, que mostrou um aumento na quantidade de oxigênio e nitrogênio no material funcionalizado, comprovando a aminação dos NTCPM. Com NTCPM pristine e aminados foram fabricados compósitos com matriz de resina epoxídica éter diglicidilício do Bisfenol A (DGEBA), em que a concentração dos NTCPM variou de 0,1 a 0,5% (m/m). As análises por calorimetria exploratória diferencial (DSC) mostraram uma diminuição da Tg do compósito em relação a resina pura, sendo a queda mais evidente nos compósitos com NTCPM funcionalizados. Os compósitos também foram analisados por ensaios mecânicos de compressão, flexão e tração. Nos ensaios de compressão não houve diferenças significativas entre os módulos da resina pura e dos compósitos, já na tensão máxima houve aumento, para o compósito com NTCPM funcionalizados com Me2NSO2Cl. Nos ensaios de flexão houve aumento no módulo e na tensão máxima dos compósitos em relação à resina pura, sendo os valores maiores quando a concentração de NTCPM foi de 0,1% (m/m) e com material funcionalizado via Me2NSO2Cl. Nos ensaios de tração não foram percebidas diferenças nos módulos e tensões máximas comparando os compósitos e a resina pura. Neste trabalho também foi realizado um estudo de purificação de NTCPS, produzidos por descarga em arco, seguido de tratamento térmico em atmosfera inerte a 1250ºC, seguido por extração em fluído supercrítico, CO2 no estado supercrítico como solvente. A escolha do surfactante (TBP) e do quelante (HFA) foi feita com intuito de eliminar impurezas metálicas (especialmente ferro), provenientes do catalisador. Análises de Espectrometria de Emissão Atômica por Plasma Acoplado Indutivamente (ICP) mostram que houve redução na quantidade de ferro e cobalto. Os NTCPS purificados foram posteriormente analisados por TG, espectroscopia Raman e microscopia eletrônica de varredura (MEV). Os resultados mostraram que a retirada dos metais aumenta consideravelmente a resistência térmica dos NTCPS.

Submitted by Debora de Oliveira Medeiros null (deboraomedeiros@gmail.com) on 2017-06-13T19:08:30Z No. of bitstreams: 1 dissertacao_arquivar.pdf: 4524135 bytes, checksum: 33a027db23ff40bebc026b9090443d53 (MD5) / Approved for entry into archive by Luiz Galeffi (luizgaleffi@gmail.com) on 2017-06-19T12:58:15Z (GMT) No. of bitstreams: 1 medeiros_do_me_prud.pdf: 4524135 bytes, checksum: 33a027db23ff40bebc026b9090443d53 (MD5) / Made available in DSpace on 2017-06-19T12:58:15Z (GMT). No. of bitstreams: 1 medeiros_do_me_prud.pdf: 4524135 bytes, checksum: 33a027db23ff40bebc026b9090443d53 (MD5) Previous issue date: 2017-04-24 / Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo (FAPESP) / Neste trabalho é apresentado um estudo das equações de Navier Stokes incompressível com superfície livre e métodos de projeção com uma formulação recente denominada laplaciano superficial. Esta formulação tem como finalidade uma melhor descrição da força de tensão superficial e grandezas, como curvatura e vetores tangencial e normal, descritas sobre a interface. Assim, uma condição de tensão normal alternativa é definida, e esta quando discretizada implicitamente e combinada com o método de projeção, descrevem a formulação laplaciano superficial, cuja sua solução é utilizada como condições de contorno para resolver o sistema de equações que descrevem o escoamento. A nova formulação destina-se a resolver um sistema tridiagonal de equações gerado sobre a interface, e usar a solução deste sistema de equações como uma condição de contorno na superfície livre para o sistema linear da correção da pressão no interior do domínio, que é resultante da aplicação do método de projeção. A nova equação que define a condição de tensão normal conta com grandezas definidas na malha euleriana, no contexto Marker-And-Cell (MAC), que devem ser projetadas sobre a malha lagrangeana e também considera a curvatura e os vetores tangente e normal na sua descrição, sendo importante um estudo detalhado de geometria diferencial. Finalmente, variações da formulação laplaciano superficial com tensão superficial para diferenças finitas são aplicadas para resolver os testes numéricos da oscilação da gota e da gota apoiada que possuem solução de referência, além da simulação de um problema com movimento de interface (fountain flow). Nestes testes, concluímos que a variação mais precisa e estável é aquela que aplica uma discretização da equação da tensão normal utilizando médias de valores alocados na malha MAC. / This work presents a study of the Navier-Stokes equations incompressible with free surface and a projection methods with a recent formulation defined as surface laplacian. The purpose of this formulation is to improve the description of the force of stress tension and quantities, as curvature and tangent and normal vectors, present at the interface. Thus, an alternative normal stress condition is defined, and when this is discretized implicitly and combined with the employ of projection method, describe the surface laplacian formulation, whose solution is used as boundary condition to solve the system of equations describing the flow. The new formulation is intended to solve the tridiagonal system of equations generated at the interface, and to use this solution as a boundary condition at free surface for the linear system of the pressure correction inside of domain, which results of the application of the projection method. The new equation used to define the normal stress condition considers quantities defined in the Eulerian mesh, in the Marker-And-Cell context (MAC), that should be projected on the Lagrangian mesh. In addition, in the new equation, it is also considered the influence of the curvature and normal and tangential vectors in your description, so that a detailed study of differential geometry for this computation is important. Finally, variations of the surface laplacian formulation for finite differences are applied for solving numerical tests of the drop oscillation and sessile drop which have reference solutions, beyond of the simulation of a problem with free surface moving (fountain flow). In these tests, we concluded that the most accurate and stable variation is the one that applies a discretization of the normal stress equation using the mean of values in the MAC mesh. / FAPESP: 2015/01243-0

Made available in DSpace on 2014-12-17T14:09:14Z (GMT). No. of bitstreams: 1 MarcosAFR_TESE.pdf: 4983695 bytes, checksum: 6cb8867b58e49a5dd6efc85191c6fa49 (MD5) Previous issue date: 2012-09-03 / Coordena??o de Aperfei?oamento de Pessoal de N?vel Superior / Many of hydrocarbon reserves existing in the world are formed by heavy oils (?API between 10 and 20). Moreover, several heavy oil fields are mature and, thus, offer great challenges for oil industry. Among the thermal methods used to recover these resources, steamflooding has been the main economically viable alternative. Latent heat carried by steam heats the reservoir, reducing oil viscosity and facilitating the production. This method has many variations and has been studied both theoretically and experimentally (in pilot projects and in full field applications). In order to increase oil recovery and reduce steam injection costs, the injection of alternative fluid has been used on three main ways: alternately, co-injected with steam and after steam injection interruption. The main objective of these injection systems is to reduce the amount of heat supplied to the reservoir, using cheaper fluids and maintaining the same oil production levels. This works discusses the use of carbon dioxide, nitrogen, methane and water as an alternative fluid to the steam. The analyzed parameters were oil recoveries and net cumulative oil productions. The reservoir simulation model corresponds to an oil reservoir of 100 m x 100 m x 28 m size, on a Cartesian coordinates system (x, y and z directions). It is a semi synthetic model with some reservoir data similar to those found in Brazilian Potiguar Basin. All studied cases were done using the simulator STARS from CMG (Computer Modelling Group, version 2009.10). It was found that waterflood after steam injection interruption achieved the highest net cumulative oil compared to other fluids injection. Moreover, it was observed that steam and alternative fluids, co-injected and alternately, did not present increase on profitability project compared with steamflooding / Muitas das reservas de hidrocarbonetos existentes em todo o mundo s?o formadas por ?leos pesados (?API entre 10 e 20). Al?m disso, v?rios campos de ?leo pesado est?o maduros e, portanto, oferecem grandes desafios para a ind?stria do petr?leo. Entre os m?todos t?rmicos utilizados para recuperar estes recursos, a inje??o de vapor tem sido a principal alternativa economicamente vi?vel. O calor latente transportado por meio de vapor aquece o reservat?rio, reduzindo a viscosidade do ?leo, facilitando a produ??o. A fim de aumentar a recupera??o de ?leo e reduzir os custos inerentes ? inje??o de vapor, a inje??o de fluidos alternativos tem sido utilizado em combina??o com o vapor das seguintes formas: alternadamente, coinjetados e ap?s a interrup??o da inje??o de vapor. O objetivo principal destes sistemas de inje??o combinada ? reduzir a quantidade de calor fornecida ao reservat?rio utilizando fluidos de menor valor comercial, buscando manter os n?veis de produ??o de ?leo. Este trabalho analisa o uso do di?xido de carbono, nitrog?nio, metano e ?gua como fluido alternativo ao vapor. Os par?metros analisados foram a recupera??o de ?leo e a produ??o acumulada l?quida. O modelo de reservat?rio analisado corresponde a um reservat?rio de dimens?es 100 m x 100 m x 28 m, num sistema de coordenadas cartesianas ( dire??es x, y e z). ? um modelo semissint?tico com alguns dados de reservat?rio semelhantes aos encontrados na Bacia Potiguar, Brasil. Todos os casos estudados foram simulados utilizando o simulador STARS da CMG (Computer Group, Modelagem vers?o 2009.10). Verificou-se que a inje??o de ?gua ap?s a interrup??o de inje??o de vapor alcan?ou melhores resultados em termos de produ??o acumulada l?quida de ?leo em rela??o a inje??o de outros fluidos. Al?m disso, foi observado que o vapor e os fluidos alternativos, coinjetados e alternados, n?o apresentou aumento na rentabilidade do projeto em compara??o com a inje??o cont?nua de vapor

Made available in DSpace on 2014-12-17T14:09:15Z (GMT). No. of bitstreams: 1 GustavoHVPP_TESE.pdf: 1614621 bytes, checksum: 41665985b97dd379d0430f1b97b534b6 (MD5) Previous issue date: 2012-12-17 / Many challenges have been presented in petroleum industry. One of them is the preventing of fluids influx during drilling and cementing. Gas migration can occur as result of pressure imbalance inside the well when well pressure becomes lower than gas zone pressure and in cementing operation this occurs during cement slurry transition period (solid to fluid). In this work it was developed a methodology to evaluate gas migration during drilling and cementing operations. It was considered gel strength concept and through experimental tests determined gas migration initial time. A mechanistic model was developed to obtain equation that evaluates bubble displacement through the fluid while it gels. Being a time-dependant behavior, dynamic rheological measurements were made to evaluate viscosity along the time. For drilling fluids analyzed it was verified that it is desirable fast and non-progressive gelation in order to reduce gas migration without affect operational window (difference between pore and fracture pressure). For cement slurries analyzed, the most appropriate is that remains fluid for more time below critical gel strength, maintaining hydrostatic pressure above gas zone pressure, and after that gels quickly, reducing gas migration. The model developed simulates previously operational conditions and allow changes in operational and fluids design to obtain a safer condition for well construction / Muitos desafios t?m sido apresentados na constru??o de po?os, dentre eles o de evitar o influxo de fluidos durante a perfura??o e cimenta??o. A migra??o de g?s ? resultante do desequil?brio de press?es dentro do po?o, quando a press?o do po?o se torna menor que a da zona contendo o g?s, e na cimenta??o isso ocorre durante o per?odo de transi??o da pasta (de fluido para s?lido). Nesse trabalho foi desenvolvida uma metodologia para avaliar a criticidade da migra??o de g?s durante a perfura??o e opera??es de cimenta??o de po?os. Foi considerado o conceito de for?a gel e atrav?s de ensaios experimentais, determinado o tempo inicial da migra??o de g?s. Foi desenvolvido um modelo mecanicista para obter a equa??o que avalia o deslocamento da bolha atrav?s dos fluidos enquanto eles gelificam. Por ser um comportamento dependente do tempo, foram feitos ensaios reol?gicos din?micos de viscosidade em fun??o do tempo. Para os fluidos de perfura??o analisados verificou-se que ? desej?vel que possuam uma gelifica??o r?pida e n?o progressiva de forma a reduzir a migra??o de g?s sem comprometer a janela operacional (diferen?a entre press?o de poros e fratura). Para as pastas analisadas verificou-se que a mais adequada ? a que se mant?m fluida por mais tempo abaixo do valor do gel cr?tico, mantendo a press?o hidrost?tica acima da press?o da zona de g?s, e ao atingir esse valor, gelifique rapidamente, reduzindo a migra??o de g?s. O modelo permite simular previamente as condi??es operacionais e propor mudan?as no projeto da opera??o e dos fluidos de forma a obter a condi??o mais segura para a constru??o do po?o

Orientador: Vicente Luiz Scalon / Banca: Carlos Alberto Carrasco Altemani / Banca: Alcides Padilha / Resumo: A utilização de coletores solares - seja para aquecimento de água, produção de energia elétrica, calefação de ambientes ou ainda alimentando sistemas de refrigeração - apresenta uma forte tendência de expansão. As principais razões para isto são que fontes de energias renováveis possuem baixo impacto ambiental além do fato que estes sistemas estão se tornando financeiramente acessíveis. A pesquisa científica neste campo tem acompanhado tal expansão e o coletor solar com tubos evacuados destaca-se como um importante foco de estudos. Projetos deste tipo caracterizam-se pelo seu peculiar processo de fabricação e a sua reduzida perda térmica para o ambiente, aumentando a sua eficiência, principalmente nas regiões frias. Quanto à análise dos fenômenos físicos presentes na operação deste equipamento, devem ser considerados os conceitos inerentes a todos os coletores, como: os mecanismos de captação de radiação solar, convecção natural, condução e os perfis de velocidades e temperaturas ao longo dos sistema. Com isto, diversos estudos foram publicados para obter a representação da estratificação do fluido no interior dos tubos e do reservatório, assim como para a modelagem analítica do problema de fluxo de calor. Este trabalho propõe o estudo de aquecedores solares com tubos evacuados, suas características de operação e parâmetros operacionais. Para o desenvolvimento desta pesquisa, utilizou-se uma ferramenta computacional auxiliar - neste caso, um software para fluidodinâmica computacional (na sigla em inglês, CFD) / Abstract: The solar collectors usage - whether for water heating, electricity production, ambient heating or associated as heat source in cooling systems - has a strong expansion in studies and investments. The man reasons for this are that renewable energy sources have low environmental impact and the fact that these systems are becoming economic reliable. Researches in this field followed such expansion and the evacuated tube solar collector system stands as an important study focus. Such designs are characterized by their peculiar manufacturing process and its reduced heat loss to the ambient, which increases its thermal efficiency (especially in cold regions). The physical phenomena presented in the operation of this equipment is usually analyzed considering the concepts inherent to all collectos, such as concepts coupled to solar radiation receiving, natural convention heat transfer, conduction through glass thickness, and velocity and temperature profiles in the system. Numerous studies were published to represented the fluid stratification inside the tubes and the storage tank, as well as the analytical modeling of the fluid thermal problem. The objectives of this paper were the study of a solar heater with evacuated tube, regarding the operating characteristics and operational parameters. For this reason, a computational fluidynamics (CFD) was used / Mestre

Resumo: A operação de retificação cilíndrica interna de precisão tem sido empregada na fabricação de componentes de responsabilidade na indústria metal-mecânica em geral. As modernas retificadoras CNC aprimoraram este processo no que diz respeito ao posicionamento e à rigidez do sistema máquina-peça-ferramenta, possibilitando a obtenção de peças de elevada precisão com baixos valores de tolerâncias dimensionais. Todavia, tem-se observado nos últimos anos uma crescente conscientização quanto à toxidade dos fluidos de corte empregados na lubrificação e refrigeração da peça. Paralelamente, criou-se nos últimos anos uma rígida legislação, visando evitar uma depredação desenfreada do meio ambiente. Diante de tal conjuntura, as indústrias iniciaram uma busca a métodos alternativos de lubri-refrigeração que empregassem menores quantidades. Dentre todas as técnicas existentes à de Mínima Quantidade de Lubrificação (MQL) vem ganhando cada vez mais destaque. Tal técnica pode ser entendida como um elo de ligação entre os métodos de lubri-refrigeração convencional e a usinagem a seco. Pretende-se ainda avaliar o desempenho de um novo bocal de aspersão de fluido de corte, baseando-se no modelo desenvolvido por Webster , adequado a operação de retificação cilíndrica interna. Logo, tem-se neste trabalho, o intuito de associar estas novas tendências por meio do estudo do comportamento da operação de retificação cilíndrica interna de mergulho a alta velocidade no processo de acabamento de um aço endurecido, utilizando-se a técnica de Mínima Quantidade de Lubrificação (MQL), o modelo otimizado e ainda o modelo convencional.A análise dos dados que servirão para a avaliação dos métodos de lubri-refrigeração empregados será feita por meio dos valores de rugosidade , desvio de circularidade , micro-estrutura e micro-dureza . Espera-se, com este... (Resumo completo, clicar acesso eletrônico abaixo) / Abstract: Plunge cylindrical grinding has been widely employed in the manufacture of components by the metal and mechanical industry in general. Modern CNC grinding machines improve this process in terms of the positioning and rigidity of the machine-workpiece-tool system, allowing for the fabrication of high precision workpieces with low dimensional deviations. However, over the last few years, increasing awareness has been shown regarding the toxicity of the cutting fluids employed in the lubrication and cooling of the workpiece. Concomitantly, increasingly strict legislation has been passed in recent years, aiming to prevent inrestrained destruction of the environment. This situation has prompted the industry to seek alternative lubrication and cooling methods that use lower quantities of fluids. Among the existing techniques, the Minimum Quantity Lubrication (MQL) method has gained increasing prominence. This technique can be considered a combination of the conventional cooling and dry grinding methods. An evaluation was made of the performance of a new cutting fluid dispersion nozzle, based on Webster's model, suitable for the plunge cylindrical grinding operation. The purpose of this work is to examine these new trends in a study of the behavior of highrotation plunge cylindrical grinding in the finishing operation of hardened steel, using the MQL technique, the optimized nozzle model, and the conventional model. The lubrication and cooling methods employed here are evaluated based on an analysis of the roughness, circularity deviation, microstructure, and microhardness data. The results of this study le to the conclusion that the optimized lubrication and cooling method provide the best results and that the MQL system in cylindrical grinding produced unsatisfactory results, requiring further studies aimed at solving the problems that were identified. / Orientador: Eduardo Carlos Bianchi / Coorientador: Paulo Roberto de Aguiar / Banca: Jaime Gilberto Duduch / Banca: Olivio Novaski / Banca: Amauri Hassui / Banca: Luiz Eduardo de Angelo Sanchez / O Programa de Pós-Graduação em Ciência e Tecnologia de Materiais, PosMat, tem caráter institucional e integra as atividades de pesquisa em materiais de diversos campi da Unesp / Doutor

Escoamentos gás-sólido em sistemas de leito fluidizado circulante são muito comuns em processos industriais, sendo objeto de pesquisa nos últimos anos pela sua natureza altamente complexa. O estudo de parâmetros inerentes às características fluidodinâmicas deste escoamento, como por exemplo, do perfil de pressão estática na coluna de fluidização rápida, pode mostrar o caminho para a prevenção de situações não desejadas em processos desenvolvidos na indústria química e de petróleo, bem como na geração de energia elétrica. Apesar da existência de vários trabalhos realizados sobre o assunto, é frequente encontrar divergências nos resultados apontados pelos diversos autores. Assim, visando contribuir com o melhor entendimento do fenômeno de escoamento gás-sólido em regime de fluidização rápida, este estudo teve como objetivo simular o escoamento gás-sólido no interior de uma coluna riser de um sistema de leito fluidizado circulante a frio utilizando fluidodinâmica computacional, procurando determinar o perfil axial de pressão estática sob diferentes condições operacionais. Para tanto, o método dos volumes finitos, por meio do programa computacional comercial ANSYS-FLUENT™ v. 16.0, foi aplicado para a análise fluidodinâmica no interior do riser. Além do perfil de pressão, as simulações determinaram os campos de velocidade do sólido e do gás, bem como, a distribuição da concentração de sólidos, dentre outros parâmetros de interesse. Para a validação do modelo computacional, os resultados obtidos na simulação da queda de pressão axial ao longo da coluna riser foram comparados com dados experimentais obtidos em um sistema piloto que teve a sua geometria reproduzida nas simulações. Os resultados obtidos mostram concordância satisfatória entre os valores das simulações e os dados experimentais disponíveis. / Gas-solid flows in circulating fluidized bed systems are very common in industrial processes, being a research subject in recent years because of its highly complex nature. The study of parameters related to the hydrodynamics characteristics of this flow, such as the static pressure profile along the column in fast fluidization, can show the way to prevent undesired situations found in processes of the chemical and petroleum industry, as well as in boilers for power generation. Despite the existence of several studies conducted on the subject, there are differences in the results pointed out by several authors. Thus, in order to contribute to a better understanding of the phenomenon of gas-solid flow in fast fluidization regime, this study aimed to model and simulate the gas-solid multiphase flow inside a riser of a circulating fluidized bed by using computational fluid dynamics, in order to determine the axial pressure profile under different operating conditions. Therefore, the finite volume method, through ANSYS-FLUENT™ v.16.0-commercial software was applied to analyze the hydrodynamics of the gas-solid flow inside the riser. In addition to the pressure profile, simulations determined the solid and gas velocity fields, and also the distribution of the solids holdup, among other parameters of interest. To validate the computational model, the results obtained from simulations of the axial pressure drop across the riser column were compared with experimental data obtained in a pilot system, which had its geometry reproduced in the simulations. The results obtained showed good agreement between the values of the simulations and those available from experimental data.

No presente trabalho é apresentada a modelagem e solução numérica da convecção mista em cavidade aquecida por baixo com o topo deslizante, preenchida com meio poroso heterogêneo e homogêneo. Na abordagem heterogênea, o domínio do sólido é representado por blocos condutores de calor igualmente espaçados; a fase fluido circunda os blocos, limitada pelas paredes da cavidade. A abordagem homogênea ou poro-contínua é caracterizada através da porosidade e da permeabilidade da cavidade. As equações de conservação da massa, quantidade de movimento e energia são obtidas, adimensionalizadas e generalizadas de modo a representarem tanto o modelo contínuo quanto o poro-contínuo. A solução numérica é obtida através do método dos volumes finitos. As equações são discretizadas via esquema QUICK e é utilizado o algoritmo SIMPLE para o acoplamento pressão - velocidade. Visando o regime laminar, os parâmetros do escoamento são mantidos no intervalo de 102≤Re≤103 e 103≤Ra≤106 tanto para a abordagem heterogênea, quanto para a homogênea. Nas configurações testadas para o modelo contínuo, 9, 16, 36 e 64 blocos são considerados para cada combinação de Re e Ra e a porosidade microscópica é mantida constante φ=0,64 . No modelo poro-contínuo o número de Darcy (Da) é definido em função do número de blocos da cavidade heterogênea e da porosidade φ. Resultados numéricos do estudo comparativo entre a abordagem microscópica e a macroscópica são apresentados. Como resultado, correlações para o Nusselt médio para os modelos contínuo e poro-contínuo são obtidas em função do Ra modificado para cada Re. / In this work is presented mixed convection heat transfer inside a lid-driven cavity heated from below and filled with heterogeneous and homogeneous porous medium. In the heterogeneous approach, the solid domain is represented by heat conductive equally spaced blocks; the fluid phase surrounds the blocks being limited by the cavity walls. The homogeneous or pore-continuum approach is characterized by the cavity porosity and permeability. Generalized mass, momentum and energy conservation equations are obtained in dimensionless form to represent both the continuum and the pore-continuum models. The numerical solution is obtained via the finite volume method. QUICK interpolation scheme is set for numerical treatment of the advection terms and SIMPLE algorithm is applied for pressure-velocity coupling. Aiming the laminar regime, the flow parameters are kept in the range of 102≤Re≤103 and 103≤Ra≤106 for both the heterogeneous and homogeneous approaches. In the tested configurations for the continuous model, 9, 16, 36, and 64 blocks are considered for each combination of Re and Ra being the microscopic porosity set as constant φ=0,64 . For the pore-continuum model the Darcy number (Da) is set according to the number of blocks in the heterogeneous cavity and the φ. Numerical results of the comparative study between the microscopic and macroscopic approaches are presented. As a result, average Nusselt number equations for the continuum and the pore continuum models as a function of Ra and Re are obtained.

CAPES / Neste trabalho é abordado um problema acoplado fluido-estrutura, comparando o resultado com a análise modal de uma estrutura. O objetivo do trabalho consiste em analisar o fenômeno físico da interação fluido-estrutura em estruturas flexíveis, adotando um modelo compatível com essa situação. Para tal, o problema acoplado é resolvido utilizando uma abordagem Lagrangeana-Euleriana para o domínio do fluido, enquanto que, para o domínio do sólido é utilizado uma abordagem Lagrangeana. Como apoio para resolução das equações matemáticas do problema acoplado, foi utilizado o software de análises físicas ANSYS®. Uma análise modal utilizando o método Rational Fractional Polynomial foi desenvolvida para uma estrutura de aço em escala reduzida, e o resultado desta foi comparado com o resultado obtido do modelo feito no software. Seus modos de vibrar e frequências naturais são utilizados para comparar com o ocorrido no problema acoplado. O problema acoplado consiste em analisar o comportamento dinâmico da estrutura quando ela está sujeita à uma carga de ventos aleatórios, gerados pela incidência de uma rajada de vento em obstáculos. Constatou-se que uma estrutura submetida à cargas de ventos aleatórios tende a se movimentar conforme seus modos de vibração. Além disso, se a oscilação da carga de ventos aleatórios tiver uma frequência próxima da frequência natural da estrutura, esta tende a obter grandes deslocamentos. / In this work, a coupled fluid-structure problem is approached, comparing the result with the modal analysis of a structure. The objective of this work is to analyze the physical phenomenon of fluid-structure interaction in flexible structures, adopting a model compatible with this situation. The coupled problem is solved using a Lagrangean-Eulerian approach for the fluid domain, whereas for the solid domain an Lagrangean approach is used. As support for solving the mathematical equations of the coupled problem, ANSYS® physical analysis software was used. A modal analysis using the Rational Fractional Polynomial method was developed for a small-scale steel structure, and the result was compared to the result obtained from the software model. Its vibrating modes and natural frequencies are used to compare with what occurred in the coupled problem. The coupled problem consists of analyzing the dynamic behavior of the structure when it is subjected to a load of random winds, generated by the incidence of a gust of wind in obstacles. It was found that a structure subjected to loads of random winds tends to move according to its modes of vibration. In addition, if the oscillation of the random wind load has a frequency close to the natural frequency of the structure, it tends to obtain large displacements.