Este trabalho visa estudar o fluxo de um fluido em um meio poroso (fibroso) durante o processo de Moldagem por Transferência de Resina (RTM) utilizando e comparando dois softwares comerciais: o ANSYS CFX, software de simulação numérica CFD não-dedicado a RTM, e o PAM-RTM, software de simulação numérica dedicado a esta aplicação. Foram utilizados dados experimentais, empregando uma pré-forma de tecido (0/90) de fibra de vidro e que foi impregnada por um óleo vegetal em injeção radial de RTM. Diversos experimentos foram realizados variando-se a pressão de injeção e o teor volumétrico de fibras a fim de observar o efeito no comportamento do fluxo. Com estes dados, alimentou-se o ANSYS CFX e o PAM-RTM utilizando equações dos meios porosos conhecidas, e foram feitas análises numéricas de todos os casos experimentais. Resultados de permeabilidade, viscosidade do fluido, tempo de preenchimento do molde, campo de pressão, variação da fração volumétrica das fases presentes e vetor velocidade de fluxo são apresentados e analisados. Concluiu-se que há uma sólida relação entre o experimental e o simulado (erros inferiores a 10%), o software PAM-RTM possui menor erro do que o ANSYS CFX quando comparados aos resultados experimentais, mas este último apresenta maior versatilidade de análises. / This work aims to study the flow of fluid through a porous (fibrous) media that occurs during Resin Transfer Molding (RTM) of composite materials and to compare it with the numerical results obtained with two commercial simulation software, ANSYS CFX, a general-use CFD package, and PAM-RTM, which is dedicated to RTM modeling. Experimental data were produced using a glass-fiber cloth (0/90) perform, which was impregnated with a vegetable oil in an RTM radial infiltration. Several experiments were performed varying injection pressure and fiber volume content in order to observe their effect on the flow behavior. These data were input into ANSYS CFX and PAM-RTM using known porous media equations and they were used to model all experiments. Results of permeability, fluid viscosity, mold filling time, pressure field, variation of volume fraction of the phases and the flow velocity vector are presented and analyzed. An excellent correlation between experimental and simulated results was found (errors less than 10%), and PAM-RTM yielded smaller error than ANSYS CFX, but the latter allows greater flexibility.

Dispersões coloidais estão presentes em muitas aplicações industriais e biológicas, tais como indústria de alimentos, cosméticos, produtos farmacêuticos e nanoestruturas. Devido a efeitos entrópicos, macromoléculas, quando imersas em uma solução de partículas pequenas, tendem a se aglomerar. Para evitar este fenômeno, cargas são adicionadas à superfície do colóide. Conseqüentemente, para manter o sistema neutro, a solução contém uma série de pequenos contraíons que neutralizam a carga do colóide. A inclusão de cargas pode evitar a aglomeração dos colóides, mas incorpora ao problema uma série de novos efeitos de natureza eletrostática. Todos estes efeitos, bem como o comportamento termodinâmico do sistema, no entanto, podem ser compreendidos analisando-se a distribuição de contraíons ao redor do colóide. Uma teoria muito simples que fornece esta distribuição de contraíons é a teoria de Poisson Boltzmann, na qual os contraíons são partículas pontuais e as interações eletrostáticas entre os íons são obtidas via potencial médio criado por todos os íons sobre um determinado contraíon, desconsiderando, desta forma, as correlações. Nesta tese respondemos à pergunta: quando correlações eletrostáticas e de tamanho são relevantes? Propusemos que correlações eletrostáticas são relevantes quando as interações eletrostáticas entre íos superam os efeitos entrópicos, ou seja, quando o parâmetro de plasma está acima de um certo limiar, G2d > 2. Sugerimos, também, que o tamanho dos íons torna-se relevante quando a fração de volume dos contraíons na superfície do colóide está acima de um limiar, ou seja, fs > 0,2. As duas propostas são testadas comparando-se os resultados obtidos via teoria de Poisson Boltzmann com os resultados provenientes de simulações. Em seguida, empregamos a teoria de Debye-Hückel Buraco Cavidade para incorporar correlações eletrostáticas. Comparamos os resultados obtidos via esta teoria com os resultados de simulações. Mostramos que a incorporação dos efeitos de correlações eletrostáticas resultam em um maior número de contraíos próximos à superfície do macroíon do que o observado via teoria de Poisson Boltzmann. Depois, introduzimos duas teorias de funcionais de densidade ponderada que incluem efeitos de correlações de tamanho: funcional de densidade ponderada com um peso baseado na teoria Debye-Hückel Buraco Cavidade e uma funcional de densidade ponderada com um peso constante. Comparamos os resultados obtidos através destas duas teorias com simulações, e observamos que a segunda teoria apresenta uma melhor concordância com as simulações. De maneira geral, as correlações de tamanho deixam os íons mais afastados do colóide do que o predito via teoria de Poisson Boltzmann. Finalmente, propusemos uma combinação da teoria Debye-Hückel-Buraco-Cavidade e funcional de densidade ponderada com um peso constante para tratar de problemas onde tanto correlações eletrostáticas como de tamanho se façam presentes. Observamos que para G2d < 2 e fs < 0,2 a teoria mista fornece os mesmos resultados que a teoria de Poisson Boltzmann; para G2d > 2 e fs < 0,2 a teoria mista fornece os mesmos resultados que a teoria Debye-Hückel-Buraco-Cavidade, pois somente correlações eletrostáticas são relevantes; para G2d < 2 e fs > 0,2 a teoria mista oferece o mesmo resultado que a teoria funcional de densidade ponderada com um peso constante; para G2d ≈ 2 e fs ≈ 0,2 ocorre uma compensação entre efeitos e a teoria mista fornece o mesmo resultado que a teoria de Poisson Boltzmann. Para G2d > 2 and fs > 0,2 efeitos de tamanho dominam e a teoria mista oferece os mesmos resultados que a teoria da funcional de densidade ponderada com umpeso constante. / Colloidal dispersions are present in many industrial and biological applications going from food, cosmetics, pharmaceutical and nanostructures. Due to entropic effects the large macromolecules in a solvent made of small particles, agglomerate. In order to avoid this effect, charged groups are added to the colloidal surface. Consequently in order to keep the charge neutrality the solution is full of counterions. The addition of charges might stop agglomeration but adds a number of new phenomena that are deeply related to the distribution of the counterions around the macroion. One simple theory that describes this distribution is the Poisson Boltzmann approach in which the counterions are assumed to be point ions and where the electrostatic interactions between the counterions are taken into account as the average field on a singel ions, ignoring correlations. In this thesis we address the question; when does electrostatic correlations and the size of the counterions are relevant? We propose that electrostatic correlations are relevant when the electrostatic interactions between the ions are bigger than the entropic effects. This assumption can be expressed by the plasma parameter being above a certain threshold, G2d > 2. We also propose that the size of the counterions become relevant when the volume fraction of ions at the surface of the colloid is above a certain threshold fs > 0.2. This two propositions are tested comparing results obtained with the PB theory with simulations. We then propose a theory to take into account the electrostatic correlations, the Debye-Hückel-Hole-Cavity and test this approach with simulations. The electrostatic correlation leads to more ions close to the colloid than the Poisson Boltzmann predicts. Next, we present two different approaches to account for size effects, the Weight Density Approximation based in the Debye-Hückel-Hole-Cavity theory and the Weight Density Approximation based in a constant weight. Comparison with simulations show that the second approach gives a better agreement. The size correlations leads to less ions close to the colloid than the Poisson Boltzmann approach predicts. Finally we propose a combination of the Debye-Hückel-Hole-Cavity and the Weight Density Approximation based in a constant weight to be the theory able to take into account both electrostatic and size correlations. Our result shows that for G2d <2 and fs <0.2 electrostatic and size correlations are irrelevant so Poisson Boltzmann is a good approach; for G2d > 2 and fs < 0.2 electrostatic correlations dominates and Debye-Hückel-Hole-Cavity gives a good approach; G2d < 2 and fs > 0.2 the Weight Density Approximation based in a constant weight gives the correct behavior; for G2d ≈ 2 and fs ≈ 0.2 the electrostatic correlation effects cancel the size effects and Poisson Boltzmann gives a good approximation. For G2d > 2 and fs > 0.2 size effects dominate.

O presente trabalho tem como objetivo realizar um estudo comparativo entre os três métodos para obtenção das características aerodinâmicas de tabuleiros de pontes: analítico, experimental e numérico. O tema é motivado pelo crescimento das necessidades de conhecimento científico e tecnológico na área de desempenho aerodinâmico de seções típicas de pontes nas etapas mais iniciais de projeto. A precisão de uma ferramenta de previsão certamente acelera a convergência ao modelo final; porém, qualquer metodologia numérica deve ser extensivamente testada antes de ser utilizada nos escritórios de cálculo. Inicialmente mostra-se a lógica da análise de instabilidades provocadas pelo vento, resume-se a modelagem de tabuleiros de pontes para ensaios em túnel de vento e descreve-se o método numérico implementado no programa comercial de análise de pontes RM. Comparam-se dados disponíveis de testes de modelos reduzidos no túnel de vento com as estimativas de aproximação do Método da Vorticidade em Partículas (MVP). Confrontam-se resultados para casos clássicos, um estudo paramétrico, dados dos relatórios de três pontes Brasileiras já ensaiadas no Túnel de Vento Joaquim Blessmann do LAC – PPGEC/UFRGS: Paulicéia, Guamá e Roberto Marinho. Finalmente, considera-se o método experimental como preciso e julga-se o método numérico comparativamente, analisando a confiabilidade dos resultados e procurando definir a sua faixa de aplicabilidade. Examinando a variabilidade dos resultados, bastante baixa, definiu-se sua faixa de aplicação considerando os resultados obtidos como satisfatórios para projetos básicos e executivos de estruturas; necessitando, porém, para os casos especiais, de comprovação experimental em túnel de vento antes da sua execução. Exemplifica-se então o uso do método para alguns problemas de análises de seções. Os resultados e comparações corroboram verificações anteriores do método dos vórtices discretos para verdadeiras seções de pontes e mostram porque o seu uso vem se tornando cada vez mais aceitável. / The work has the objective to realize a comparative study between three methods to obtain bridge aerodynamic coefficients: analytic, experimental and numerical. The theme is motivated by the increasing need of knowledge about the aerodynamic behaviour of bridge decks in the early stages of the design process. The accuracy of a predictive tool will certainly accelerate the convergence to the final design. However, any numerical methodology must be extensively tested ascertain and hence validated before it becomes of current use by designers. Collaboration is made comparing wind tunnel data of reduced models and numerical estimations by a simplified approach. After a brief overview of wind loading and wind tunnel modeling, the bridge wind resistance design in the commercially available bridge design software package RM is shown. The Discrete Vortex Method and the implementation are shortly described. Initially, classical fluid problems are indicated together with the comparison of parametric cross sectional bridge shapes. After, three Brazilian large cablestayed bridge projects are presented as instance of analysis: Paulicéia, Guamá and Roberto Marinho. Bridges aerodynamic coefficients were experimentally obtained at the Boundary Layer Wind Tunnel Joaquim Blessmann at Universidade Federal do Rio Grande do Sul (UFRGS). Finally, experimental results are considered precise and those results evaluated with CFD are compared analyzing the liability and applicability. According to the results variability, quite low, we considered them appropriated for basic and final structural designs; needing, although, for special cases, of experimental probation in wind tunnel tests before the construction phase. Some CFD analysis problems of cross sections are then presented as application examples. The results and similitude corroborate earlier verifications of the method and this implementation, demonstrating why its use is becoming increasingly acceptable.

O objetivo deste trabalho é estudar algoritmos paralelos para a solução de problemas de Mecânica dos Sólidos, Mecânica dos Fluídos e Interação Fluido-Estrutura empregando o Método dos Elementos Finitos para uso em configurações de memória distribuída e compartilhada. Dois processos para o particionamento da estrutura de dados entre os processadores e divisão de tarefas foram desenvolvidos baseados na aplicação do método de particionamento em faixas e do método da bissecção coordenada recursiva não sobre a geometria da malha mas sim diretamente sobre o sistema de equações, através de reordenações nodais para minimização da largura da banda. Para ordenar a comunicação entre os processadores, foi desenvolvido um algoritmo simples e genérico baseado em uma ordenação circular e alternada que permite a organização eficiente dos processos mesmo em cenários nos quais cada processador precisa trocar dados com todos os demais. Os algoritmos selecionados foram todos do tipo iterativo, por sua adequabilidade ao paralelismo de memória distribuída. Foram desenvolvidos códigos paralelos para o Método dos Gradientes Conjugados utilizado em problemas de Mecânica dos Sólidos, para o esquema explícito de Taylor-Galerkin com um passo e iterações utilizado na simulação de escoamentos compressíveis em regime transônico e supersônico, para o esquema explícito de Taylor- Galerkin com 2 passos para simulação de escoamentos incompressíveis em regime subsônico e para interação fluído-estrutura usando o esquema explícito de dois passos para o fluído e o método implícito de Newmark no contexto do método de estabilização α-Generalizado para a estrutura, com acoplamento particionado. Numerosas configurações foram testadas com problemas tridimensionais utilizando elementos tetraédricos e hexaédricos em clusters temporários e permanentes, homogêneos e heterogêneos, com diferentes tamanhos de problemas, diferentes números de computadores e diferentes velocidades de rede. / Analysis and development of distributed memory parallel algorithms for the solution of Solid Mechanics, Fluid Mechanics and Fluid-Structure Interaction problems using the Finite Element Method is the main goal of this work. Two process for mesh partitioning and task division were developed, based in the Stripwise Partitioning and the Recursive Coordinate Bisection Methods, but applied not over the mesh geometry but over the resultant system of equations through a nodal ordering algorithm for system bandwidth minimization. To schedule the communication tasks in scenarios where each processor must exchange data with all others in the cluster, a simple and generic algorithm based in a circular an alternate ordering was developed. The algorithms selected to be parallelized were of iterative types due to their suitability for distributed memory parallelism. Parallel codes were developed for the Conjugate Gradient Method ( for Solid Mechanics analysis), for the explicit one-step scheme of Taylor-Galerkin method (for transonic and supersonic compressible flow analysis), for the two-step explicit scheme of Taylor-Galerkin method (for subsonic incompressible flow analysis) and for a Fluid-Structure Interaction algorithm using a coupling model based on a partitioned scheme. Explicit two-step scheme of Taylor-Galerkin were employed for the fluid and the implicit Newmark algorithm for the structure. Several configurations were tested for three-dimensional problems using tetrahedral and hexahedral elements in uniform and nonuniform clusters and grids, with several sizes of meshes, numbers of computers and network speeds.

Este trabalho apresenta a simulação numérica do escoamento turbulento em torno de uma turbina eólica de eixo vertical de pequeno porte, Savonius tipo helicoidal com torção de 180° nas pás. Com o intuito de avaliar a metodologia computacional empregada os resultados numéricos obtidos são comparados com os resultados experimental e numérico contidos no estado da arte. Também, compara-se o coeficiente de toque da turbina Savonius helicoidal com a turbina Savonius convencional. As simulações numéricas são baseadas no Método de Volumes Finitos, e para tal emprega-se o programa Fluent /Ansys versão 13.0 que resolve as equações da continuidade e as equações de Navier-Stokes com médias de Reynolds, juntamente com o modelo de turbulência . As simulações são desenvolvidas empregando diferentes malhas computacionais em estudos transientes, tridimensionais, com a turbina estacionária. A avaliação da qualidade da malha é realizada através do método de Índice de Convergência de Malha (GCI) o qual analisa o quão longe os resultados estão da solução assintótica para a malha utilizada. Após a análise da qualidade de malha, realizam-se simulações com a turbina em rotação as quais fazem uso da malha contendo uma região móvel possibilitando a imposição de uma velocidade angular ao rotor. O coeficiente de torque é obtido nas simulações e a partir dele calcula-se o coeficiente de potência. Além da análise do desempenho do rotor realiza-se uma análise qualitativa das características do escoamento sobre a turbina. A turbina Savonius helicoidal apresenta um valor de coeficiente de potência de 0,175 para a razão de velocidade de ponta de 0,58 considerando correção do efeito de bloqueio. Os resultados obtidos apresentam boa concordância com os resultados publicados por outros autores. / This dissertation presents the numerical simulation of the turbulent flow around of a small sized vertical axis wind turbine, consisting in a helical Savonius type with a 180° degree of blade twist. In order to evaluate the used methodology the obtained results are compared with the state of the art numerical and experimental data. It will be also presented the comparison between the torque coefficient of the conventional Savonius turbine and the helical Savonius turbine. The numerical simulations are based on the Finite Volume Method (FVM), using the commercial code Fluent/ANSYS version 13.0, which solves the continuity and Navier-Stokes through the Reynolds time-averaged methodology, including the turbulence model. The simulations are developed using different computational meshes for transient and three-dimensional studies with the stationary turbine. The evaluating the quality of the mesh is performed by of Grid Convergence Index (GCI) method which analyzes how far the results are the asymptotic solution to the mesh used. After the evaluation of the mesh quality, it was simulated a case considering the rotor motion using the moving mesh configuration, allowing the imposition of an angular velocity to the turbine. In the post-processing stage, it is possible to obtain the torque coefficient on the rotor shaft, allowing the calculation of the power coefficient for the turbine. In addition to the performance analysis, it is also made a qualitative analysis of the flow characteristics over the turbine rotor and in both cases presenting a good correspondence with the results in the literature. The helical Savonius turbine presents a value of power coefficient of 0.175 to a tip speed ratio of 0.58 whereas blocking effect correction.

Quando ar escoa em regime transiente através do duto de admissão, câmaras e válvulas de um motor de combustão interna, alguns efeitos tais como atrito e forças inerciais têm influência direta sobre a eficiência volumétrica do sistema. O presente trabalho, intitulado “Estudo numérico do processo de admissão em um motor de combustão interna utilizando uma metodologia baseada na massa específica pré-condicionada para baixo número de Mach com comparação experimental”, estuda o processo de admissão em um motor de combustão interna simplificado e objetiva investigar o comportamento pulsante presente no duto de admissão e discutir as predições do escoamento através da válvula de admissão por meio da utilização inédita de uma metodologia numérica baseada na massa específica com précondicionamento para baixo número de Mach, incluindo a modelagem tridimensional do duto de admissão na simulação fluidodinâmica. O movimento da válvula de admissão origina números de Mach moderados durante sua abertura. Com o fechamento, o escoamento é restringido abruptamente e uma série de ondas de pressão se propaga através do fluido com baixo número de Mach. Embora a metodologia baseada na massa específica com précondicionamento para baixo número de Mach pareça atrativa, o estudo do escoamento em processos de admissão não tem sido realizado com a utilização desta metodologia, provavelmente por limitações impostas pela robustez e esforço computacional. De modo a verificar a solução numérica, os resultados são comparados a dados experimentais coletados em uma bancada de fluxo construída especificamente com este propósito. Os resultados numéricos mostram-se satisfatórios e diferentes aspectos do jato originado pelo movimento da válvula são expostos e discutidos. / When air flows unsteadily in an internal combustion engine through its inlet pipe, chambers and valves, some effects such as friction and inertial forces have direct influence on the volumetric efficiency of the system. The present work, titled “Numerical study of the intake process of an internal combustion engine using a low Mach preconditioned densitybased method with experimental comparison”, aims to investigate the pulsating phenomena present in an intake pipe of a simplified internal combustion engine and discuss the intake jet flow predictions through the inlet valve by means of the novel use of a low Mach preconditioned density-based method, including the three-dimensional modeling of the intake pipe in the fluid dynamic simulation. Inlet valve movement promotes moderate values of Mach numbers during its opening phase. After closing, the flow is abruptly restricted and a series of pressure waves propagate through the fluid at low Mach numbers. Although low Mach preconditioned density-based method seems to be very attractive in this case, the study of the intake flow process has not been performed using this method, probably due to robustness issues and simulation effort. In order to evaluate the numerical solution, these results are compared to experimental data collected from a flow test bench constructed specifically for this purpose. Numerical results were satisfactory for the amplitudes and the resonance frequencies in the air intake system and different aspects of the jet flow inside the cylinder are exposed and discussed.

Esta dissertação tem por objetivo a implementação de um método adaptativo anisotrópico de malhas e seu acoplamento a um programa de simulação de escoamentos de fluidos compressíveis numa faixa ampla de número de Mach utilizando o Método dos Elementos Finitos (Bubnov-Galerkin). Mais especificamente, implementa-se um código para simulação de escoamentos compressíveis utilizando o método das linhas ou direções características (CBS), o qual possui boa performance para uma amplo espectro de números de Mach. A discretização espacial é feita utilizando-se elementos finitos triangulares lineares e tetraédricos lineares para problemas bidimensionais e tridimensionais, respectivamente. A discretização temporal é feita por uma expansão em séries de Taylor. Implementa-se uma adaptação anisotrópica com capacidade de refinamento e desrefinamento do domínio computacional para se obter soluções precisas a baixos custos computacionais, onde a estimativa de erro é conduzida por uma métrica Riemanniana, a qual permite o tratamento contínuo do erro através de um tensor de erro anisotrópico. O código é modificado para possibilitar o uso de arquiteturas de memória compartilhada a fim de aumentar a velocidade de processamento da simulação. Por fim, diversos estudos, tanto para problemas bidimensionais quanto tridimensionais, são realizados, validando a metodologia e realizando estudos adicionais em problemas mais complexos. / The objectives of this dissertation are the implementation of an anisotropic mesh adaptation procedure and its coupling with a compressible flow simulation code with large Mach range using the Finite Element Method (Bubnov-Galerkin). Specifically, a computer code using the Characteristic Based Split method called CBS, which has a good performance for a wide range of Mach numbers, is implemented. The spatial discretization is performed using linear triangular and linear tetrahedral finite elements for two and three dimensional cases, respectively. The temporal discretization is done with Taylor series. An anisotropic mesh adaption technique, based on a Riemann metric to evaluate the errors (which allows continuous error analysis through an anisotropic error tensor evaluation), including mesh refinement and mesh coarsening procedures is also implemented looking for accurate and computationally cheaper solutions. The code is able to use shared memory architecture in order to reduce computer process time. Finally, two-dimensional and three-dimensional studies are performed in order to validate the proposed methodology and additional complex tests are also analysed.

O presente trabalho realiza um estudo do desempenho aerodinâmico da turbina eólica de duas pás e 10 m de diâmetro da UAE Phase VI, testada pelo NREL no túnel de vento NASA Ames, através do uso de dinâmica dos fluidos computacional (CFD). Para tanto são apresentados conceitos fundamentais para análise da performance do aerogerador, a metodologia aplicada para a análise numérica e os resultados obtidos. O modelo geométrico da turbina foi inserido em ambiente computacional num domínio com as mesmas dimensões da seção de testes do túnel de vento. A esse domínio foi empregada uma malha de elementos tetraédricos. A modelagem numérica e as simulações foram efetuadas através do código comercial ANSYS FLUENT 13.0 e utilizaram as equações médias de Reynolds e modelos de turbulência k  SST e Spalart-Allmaras. A turbina simulada possui ângulo de giro (yaw) e de cone de 0°. Os casos simulados foram de turbina com ângulos de passo das pás de 0° e 3°, para velocidades de ar na entrada do domínio de 5 m/s, 7 m/s e 9 m/s. As simulações foram feitas em regime transiente utilizando o método de malha móvel. Dados provenientes da simulação numérica são comparados aos dados experimentais de empuxo, torque e potência, divulgados pelo laboratório. Os modelos de turbulência testados apresentaram boa concordância com os resultados experimentais de empuxo. O torque e a potência foram bem previstos para velocidades de entrada do domínio baixas, mas foram subdimensionados para velocidades mais altas. A separação da camada limite foi prevista por ambos os modelos. Na comparação com resultados obtidos com outros autores para o mesmo caso, o início de descolamento da camada limite se deu antes do previsto. A metodologia adotada nas simulações numéricas realizadas mostrou-se adequada e representativa nas análises desse estudo. / This study makes a CFD analysis of the aerodynamic performance of the NREL UAE Phase VI two-bladed wind turbine, which have been tested in the NASA Ames wind tunnel. Fundamental concepts on the evaluation of turbine performance, the applied methodology for the numerical analysis and the results are presented. A numerical model has been inserted in a computational environment that has the same dimensions as the real wind tunnel section, and a tetrahedral mesh has been created to fill this domain. Numerical modeling and the simulations have been performed using the ANSYS FLUENT 13.0 commercial code, making use of the RANS equations and the k  SST and Spalart-Allmaras turbulence models. The simulated turbine has 0 degrees of cone and yaw angle. Simulations were performed in unsteady state using the moving mesh technique. Results are compared to experimental data regarding to thrust, torque and power. The k  SST and Spalart-Allmaras turbulence models have shown good agreement with experimental values of thrust. Torque and power have been adequately predicted to lower free flow velocities, but have been underpredicted to higher velocities. Separation of the boundary layer has been adequately predicted by both models, but the beginning of the separation occurred earlier than expected in comparison with results of other authors to the same case. The methodology used in the numerical simulations proved to be adequate and representative in this study.

Escoamentos sem inércia de fluido elasto-viscoplástico, dentro de uma cavidade, são numericamente analisados. As soluções visam compreender a influência dos efeitos viscosos e elásticos na topologia de superfícies de escoamento. Assumindo-se que o colapso da microestrutura do material é instantâneo, o modelo mecânico é constituído pelas equações governantes de massa e momentum para fluidos incompressíveis, associado a uma equação hiperbólica para o tensor tensão extra, baseado na equação do modelo Oldroyd-B (Nassar et al, 2011). A principal característica do modelo é considerar a viscosidade e o tempo de relaxação como função da taxa de deformação, permitindo a pseudoplasticidade de viscosidade e restringindo os efeitos elásticos para as regiões não deformadas do material. As simulações numéricas são realizadas através do método de Galerkin mínimos quadrados a três campos: tensor tensão extra, pressão e velocidade. Os resultados mostram que as superfícies de escoamento do material são fortemente influenciadas pela ação combinada entre os efeitos elásticos e viscosos, estando em conformidade com a recente visualização experimental dos fluxos elasto-viscoplásticos. / Elasto viscoplastic uid ows without inertia, within a cavity, are numerically analyzed. The solutions aim to understand the in uence of viscous and elastic e ects on the topology of yield surfaces. Assuming that the collapse of the material microstructure is instantaneous, the mechanical model consists of the governing equations of mass and momentum for incompressible uids, associated with a hyperbolic equation for the extra stress tensor, based on the equation of the Oldroyd-B model (Nassar et al, 2011). The main feature of model is to consider the viscosity and the relaxation time as a function of shear rate, allowing the shear-thinning of viscosity and restricting elastic e ects for regions not deformed material. Numerical simulations are performed by the method of Galerkin Least Squares to three elds: extra stress tensor, pressure and velocity. The results show that the yield surfaces of material are strongly in uenced by the combined action between the elastic and viscous e ects, complying with the recent experimental visualization of elasto-viscoplastic ows.

Submitted by Daniella Sodre (daniella.sodre@ufpe.br) on 2015-04-08T12:57:46Z No. of bitstreams: 2 TESE Eduardo Olímpio Dias.pdf: 4555696 bytes, checksum: a1e7972a45dbba945f075adf6ee33606 (MD5) license_rdf: 1232 bytes, checksum: 66e71c371cc565284e70f40736c94386 (MD5) / Made available in DSpace on 2015-04-08T12:57:46Z (GMT). No. of bitstreams: 2 TESE Eduardo Olímpio Dias.pdf: 4555696 bytes, checksum: a1e7972a45dbba945f075adf6ee33606 (MD5) license_rdf: 1232 bytes, checksum: 66e71c371cc565284e70f40736c94386 (MD5) Previous issue date: 2014-02-28 / CNPq / A formação de padrões na natureza tem sido uma fonte de grande interesse acadêmico e tecnológico. Nesta tese, estudamos a dinâmica de interfaces instáveis de três sistemas fundamentais: a instabilidade hidrodinâmica de Sa man-Taylor (os chamados dedos viscosos ), a instabilidade de Mullins-Sekerka (refere-se ao crescimento de cristais) e a propaga ção de ondas de ionização através de descargas elétricas. Dentre estes sistemas, o problema Sa man-Taylor é o mais abordado. Esta instabilidade surge na interface que separa dois uidos viscosos con nados entre duas placas paralela, num dispositivo conhecido como célula de Hele-Shaw, ou imersos em um meio poroso. Ao longo da tese, estudamos meios de selecionar o número de onda dominante dos padrões na interface uido- uido, os efeitos da inércia do uido na instabilidade e, principalmente, métodos de controle e minimização das perturbações na interface. Um dos meios de controle das instabilidade é através de uma suave modi cação geométrica no aparato no qual o uido está con nado. Nesse contexto, fomos capazes tanto de favorecer quanto de inibir e, eventualmente, suprimir os dedos viscosos. Um outro protocolo de estabilização, que consiste no principal método de controle desta tese, é através do cálculo variacional. O objetivo desse procedimento é encontrar uma forma funcional para a taxa de injeção de uido que minimize as instabilidades. Comprovamos experimentalmente e por simulações numéricas a e cácia desse processo. Tal método também é utilizado para minimizar instabilidades em crescimento de cristais e em processos de descarga elétrica. Além da investigação de interfaces instáveis, nós estudamos a força e a energia de adesão de uidos complexos con nados entre placas paralelas. Neste caso, nosso método variacional visa obter a equação de levantamento ideal da placa superior a m de minimizar a energia de adesão. Finalmente, efeitos de inércia na força de levantamento são estudados.