O propósito desta tese é compreender os aspectos relacionados à simulação numérica aplicada ao estudo do comportamento do escoamento interno em um injetor centrífugo cônico, desenvolvendo-se para a validação da mesma, um modelo matemático elaborado a partir de referências encontradas na literatura, obtendo com ajuda de hipóteses simplificadoras, uma solução em forma fechada dos principais parâmetros nominais de desempenho do injetor, tais como coeficiente de descarga e ângulo de cone de pulverização. Na simulação numérica foi empregado o código comercial de CFD Fluent 6.3.26, onde as equações governantes são discretizadas mediante volumes de controle finitos em estado permanente. A correção de pressões é empregada utilizando o algoritmo SIMPLE (Semi-Implicit Method for Pressure-Linked Equations), a localização da interface entre os fluidos (líquido-gas) é resolvida mediante o modelo VOF (Volume of fluid), os fenômenos físicos que estão presentes na situação que se deseja estudar, são modelados com uma formulação viscosa que permite a simulação do escoamento em forma laminar e turbulenta, onde os termos de transporte turbulentos são realizados com o modelo k-epsilon standard. Devido à geometria complexa do injetor, o domínio computacional foi modelado com malhas não estruturadas em três dimensões, isto permitirá uma informação mais detalhada do escoamento, e dos parâmetros de desempenho do injetor, sendo a validação da ferramenta de análise computacional de muita importância para aperfeiçoar e reduzir os custos de projeto de injetores antes da fase de testes a quente, garantindo a melhora de estabilidade de queima na câmara de combustão.

O injetor é considerado um dos principais componentes de um motor foguete a propelente líquido (MFPL), sendo o responsável pela atomização e qualidade da mistura dos propelentes na câmara de combustão de um MFPL. O presente trabalho tem por objetivo o desenvolvimento de uma metodologia de cálculo com a finalidade de se obter um modelo de injetor gás líqüido. Através de equações, obtêm-se os parâmetros principais do injetor, tais como: diâmetros dos orificios de entrada de propelente no injetor, coeficientes de perdas hidráulicas do propelente durante a passagem pelo injetor, números e comprimento dos canais de injeção, entre outros. Com análises em laboratório, conseguiu-se obter os principais parâmetros de desempenho do injetor tais como: distribuição de massa na câmara de combustão, vazão mássica e ângulo do cone de saída do fluido atomizado e, assim, analisar experimentalmente os resultados obtidos. Tendo como conclusão principal, que o modelo de injetor proposto nesta dissertação se encontra dentro do esperado, ou seja, o atomizador é eficiente para gerar um spray que atenda satisfatoriamente uma situação de combustão. Caso o leitor opte por trabalhar com injetores gás líqüido, este trabalho poderá ser utilizado como referência bibliográfica.

O injetor tem uma função importante introduzindo os propelentes no interior da câmara de combustão, fazendo com que os líquidos sejam divididos em pequenas gotículas (atomização), distribuindo e misturando o oxidante e o combustível na proporção correta e nas condições adequadas, para produzir um eficiente e estável processo de combustão. O presente trabalho teve três objetivos: ensaiar um injetor centrífugo a bipropelente líquido criogênico utilizando etanol como combustível e oxigênio líquido como oxidante, em uma pequena câmara de combustão, visando atingir 10 bar de pressão de combustão, determinando sua velocidade característica; Testar um ignitor ressonante externo a câmara de combustão, abaixo da tubeira; e apresentar um novo projeto de cabeçote injetor para a continuação do estudo da combustão. O ignitor ressonante foi posicionado do lado externo da câmara de combustão. Seu bocal de saída de chama foi direcionado para a garganta da tubeira 36 em relação a horizontal, nesta configuração o ignitor ressonante iniciou a combustão no interior da câmara mostrando-se adequado para os experimentos. Três ensaios de combustão foram efetuados apresentando alguma instabilidade de combustão, porém não prejudicou a condução dos experimentos. O ensaio 01 alcançou a pressão de combustão de 10 bar, porém não foi mantida. A pressão de combustão média na faixa de tempo escolhida foi de 7,6 bar, alcançando a velocidade característica máxima de 945,2 m/s. A baixa velocidade característica observada nos ensaios indica que a combustão do etanol não foi completa. Após os ensaios com combustão, o elemento injetor 01 foi retirado do cabeçote, apresentando-se em perfeitas condições sem queima erosiva. O novo cabeçote projetado teve sua concepção baseada em todas as considerações e requisitos elencados. Todos os componentes do cabeçote Quatrele foram modelados em CAD CATIA V5 apresentando menor massa estrutural e maior volume para o oxigênio líquido, em comparação ao cabeçote 03 e elemento injetor 01.

Calculando quinze motores (variando a pressão de câmara e a razão de expansão dos gases) e mais cinco geradores de gás (variando apenas a pressão de funcionamento), propulsionados a LOX e álcool, foi selecionado um motor compatível com o atual motor russo RD109 (LOX e querosene) com os dados numéricos gerados por um algoritmo de cálculo. Uma vez escolhida à pressão de câmara, foi possível dimensionar um motor de 75kN com um gerador de gás que alimenta uma turbo bomba com funcionamento de ciclo aberto. Neste trabalho, foi estudado um novo tipo de gerador de gás alimentado por injetores de célula única, com duas regiões de queima, com o objetivo de reduzir a formação de fuligem. Com o modelo proposto de gerador de gás foi realizado um estudo estrutural estático, para verificar a espessura mínima da parede da câmara geradora de gás.

O presente estudo contempla a análise de um modelo específico de cabeçote de injeção de propelente líquido para motor foguete e compara os dados provenientes do cálculo e as considerações empíricas com os testes de comprovação. Utilizando de base o cabeçote de injetores do MFPL L15, os testes permitirão qualificar os principais dados referentes a distribuição de injetores e a eficácia da mistura por conseqüência do arranjo escolhido para tal. Com um projeto que prevê uma distribuição garantindo, além da queima, líquido para a proteção da câmara de combustão, este trabalho analisa o efeito desta mistura em camadas adjacentes e sua participação no processo de combustão. Os testes que se sucederam permitiram a análise de todos os parâmetros requeridos para o estudo em questão, evidenciando também a possibilidades de considerações acerca da geometria empregada.

The object of this work is to apply CFD simulation in the description of the spray burning. As a case study, a pressure swirl injector, characterized and tested by NIST, has been chosen, which atomize liquid kerosene in an atmosphere of gaseous oxygen. The chamber dimensions allow a complete evaporation, avoiding the impact of drops on the circular wall. Swirl-axisymmetric domain and steady state permit to include combustion, a complex process, without requiring of high computational resources. Continuous phase is treated with an Eulerian reference, while fuel drops are tracked following the Lagrangian formulation. Chemical kinetics is reduced to the concept of mixture fraction. This assumption avoids the solution of too many transport equations for all involved species. In the first simulation, the inlet boundary of the continuous phase is obtained from the numerical solution of a fully developed flow transporting the oxidant gas. Then, four cases are proposed and solved, changing the turbulence intensity and swirl velocity on the inlet boundary, each parameter with two different values. Finally, results for the axial velocity, streamlines, drops trajectories, temperature, distribution and total production of selected species are analyzed and compared with other related studies.

Made available in DSpace on 2014-06-11T19:26:47Z (GMT). No. of bitstreams: 0 Previous issue date: 2002-07-01Bitstream added on 2014-06-13T18:30:32Z : No. of bitstreams: 1 oliveira_mvam_me_botfca.pdf: 1922474 bytes, checksum: deeb3be5eae142e54b8922692fcabe16 (MD5) / Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo (FAPESP) / As vantagens advindas do uso da fertirrigação para a agricultura brasileira esbarram na ausência de trabalhos que busquem trazer informações sobre muitos aspectos relacionados à técnica. O presente trabalho, conduzido na Faculdade de Ciências Agronômicas - UNESP, procura diminuir essa carência de conhecimento comparando três injetores de fertilizante em condições de campo, encontrando e indicando o menor tempo possível para injeção de fertilizantes em um sistema de irrigação por gotejamento. O experimento foi instalado na área de experimentação do Departamento de Engenharia Rural da referida faculdade, localizada no município de Botucatu - SP, ocupando uma área de 0,7 ha. O sistema de irrigação foi dimensionado buscando simular um setor de um pomar de citros, composto basicamente por um cabeçal de controle, uma linha principal, uma linha de derivação e seis linhas laterais com 200 m de comprimento cada. Os equipamentos utilizados para injeção de fertilizantes foram: um injetor venturi, uma bomba dosificadora elétrica e uma bomba dosificadora hidráulica proporcional. Como forma de estudar a distribuição espacial e temporal do íon potássio no sistema de irrigação, quatro tempos de injeção foram escolhidos: 10, 15, 20 e 25 minutos; sendo recolhidas amostras de solução em diferentes momentos durante e após a injeção do produto. As amostras coletadas tiveram seu teor de K determinado, via fotometria de chama, com a finalidade de inferir-se a uniformidade de distribuição do íon nos diferentes tratamentos. Concluiu-se que quanto menor a distância percorrida pelo fertilizante e mais longo o tempo de injeção, maior é a uniformidade de distribuição. Os injetores utilizados não apresentaram diferença estatística quanto uniformidade de aplicação de fertilizantes... / The advantages of fertigation use for Brazilian agriculture encounter a lack of works with information about this technique. The objective of this was to supply the lack of knowledge comparing three fertilizers injection in field conditions. The results indicated the smallest possible time for injection of fertilizers in a trickle irrigation system. The experiment was carried out in the area of experimentation of the Department of Rural Engineering of Faculty of Agronomic Sciences - UNESP, in Botucatu - SP, with an area of 0,7 ha. The irrigation system was designed searching into simulate a citrus orchard, composed basically for head control, a main line, a derivation line and six lateral lines with 200 m of length each. The equipment used for injection of fertilizers were: a venturi injector, an electric pump and a proportional hydraulic pump. Four times, 10, 15, 20 and 25 minutes, of injection were chosen to study the space and temporary distribution of the ion potassium in the irrigation system,:. The solution samples were picked up in different moments during and after the injection of the product. The contents of K were measured in the samples, using flame fotometric, with the purpose of determining the uniformity of distribution of ion in different treatments. The results showed that as much as shorter the distance and as much as longer the injection time, better is the uniformity of distribution. There was no difference in uniformity of distribution of potassium among the used injectors...(Complete abstract, click electronic access below)

Orientador: Roberto Lyra Villas Bôas / Banca: João Carlos Cury Saad / Banca: Tarlei Arriel Brotel / Resumo: As vantagens advindas do uso da fertirrigação para a agricultura brasileira esbarram na ausência de trabalhos que busquem trazer informações sobre muitos aspectos relacionados à técnica. O presente trabalho, conduzido na Faculdade de Ciências Agronômicas - UNESP, procura diminuir essa carência de conhecimento comparando três injetores de fertilizante em condições de campo, encontrando e indicando o menor tempo possível para injeção de fertilizantes em um sistema de irrigação por gotejamento. O experimento foi instalado na área de experimentação do Departamento de Engenharia Rural da referida faculdade, localizada no município de Botucatu - SP, ocupando uma área de 0,7 ha. O sistema de irrigação foi dimensionado buscando simular um setor de um pomar de citros, composto basicamente por um cabeçal de controle, uma linha principal, uma linha de derivação e seis linhas laterais com 200 m de comprimento cada. Os equipamentos utilizados para injeção de fertilizantes foram: um injetor venturi, uma bomba dosificadora elétrica e uma bomba dosificadora hidráulica proporcional. Como forma de estudar a distribuição espacial e temporal do íon potássio no sistema de irrigação, quatro tempos de injeção foram escolhidos: 10, 15, 20 e 25 minutos; sendo recolhidas amostras de solução em diferentes momentos durante e após a injeção do produto. As amostras coletadas tiveram seu teor de K determinado, via fotometria de chama, com a finalidade de inferir-se a uniformidade de distribuição do íon nos diferentes tratamentos. Concluiu-se que quanto menor a distância percorrida pelo fertilizante e mais longo o tempo de injeção, maior é a uniformidade de distribuição. Os injetores utilizados não apresentaram diferença estatística quanto uniformidade de aplicação de fertilizantes...(Resumo completo, clicar acesso eletrônico abaixo) / Abstract: The advantages of fertigation use for Brazilian agriculture encounter a lack of works with information about this technique. The objective of this was to supply the lack of knowledge comparing three fertilizers injection in field conditions. The results indicated the smallest possible time for injection of fertilizers in a trickle irrigation system. The experiment was carried out in the area of experimentation of the Department of Rural Engineering of Faculty of Agronomic Sciences - UNESP, in Botucatu - SP, with an area of 0,7 ha. The irrigation system was designed searching into simulate a citrus orchard, composed basically for head control, a main line, a derivation line and six lateral lines with 200 m of length each. The equipment used for injection of fertilizers were: a venturi injector, an electric pump and a proportional hydraulic pump. Four times, 10, 15, 20 and 25 minutes, of injection were chosen to study the space and temporary distribution of the ion potassium in the irrigation system,:. The solution samples were picked up in different moments during and after the injection of the product. The contents of K were measured in the samples, using flame fotometric, with the purpose of determining the uniformity of distribution of ion in different treatments. The results showed that as much as shorter the distance and as much as longer the injection time, better is the uniformity of distribution. There was no difference in uniformity of distribution of potassium among the used injectors...(Complete abstract, click electronic access below) / Mestre

Este trabalho tem o objetivo de propor uma modificação técnica e conceitual no sistema de segurança dos geradores e condutos forçados nos 1 e 2 da Usina Henry Borden, em Cubatão São Paulo, com a finalidade de reduzir os golpes de aríete no conduto forçado. Inicia-se com uma breve revisão sobre turbinas hidráulicas, com ênfase nos tipos mais comuns no Brasil. Faz um estudo sobre o desenvolvimento das turbinas, prossegue com uma explanação sobre turbinas de ação tipo Pelton, e sobre os fundamentos teóricos envolvidos nos componentes auxiliares, como, por exemplo, injetores, defletores, agulhas de segurança e conduto forçado. Apresenta sucintamente a história e a descrição técnica da Usina Henry Borden. Ao final, aborda o efeito do golpe de aríete no conduto forçado e as implicações que esse fenômeno causa na operação do gerador. A seguir, o estudo propõe uma modificação técnica e conceitual no funcionamento das agulhas de segurança, com as premissas de operação e sincronismo dos injetores principais e auxiliares. Comenta sobre a utilização de reguladores de velocidade digitais que foram utilizados na modernização dos reguladores de velocidade dos geradores 11 a 16 da usina subterrânea, e também na usina Henry Borden. O trabalho conclui com uma discussão sobre a perturbação ocorrida no conduto forçado n 1, e como a modificação técnica apresentada pode minimizar as oscilações dinâmicas nos condutos forçados. / This study aims to propose a technical and conceptual modification in the safety system of generators and forced ducts n 1 and 2 of Henry Borden hydroelectric power plant, in Cubatão - Sao Paulo, with the main objective of reducing the water hammer in the forced ducts. This work starts with a concise review on hydraulic turbines, with emphasis on the most common turbines in Brazil industry. The study in the improvement of turbines shows an introduction with an explanation about Pelton turbine as well as the theoretical foundations involved in the auxiliary components, such as injectors, deflectors, safety needles and forced ducts. The study shows a historical and a technical description of the Henry Borden hydroelectric power plant. At the end, a detailed effect of water hammer in forced duct shown as well as the implications that this phenomenon affects the operation of the generators. After that, the work reveals a proposal to a technical modification and shows a new concept in the operation of safety needles, with the premises of operation and synchronism of the main and auxiliary injectors. The following is a short comment on the use of digital speed regulators, which were used in the innovation of the speed regulators of the generating 11 to 16 of the underground plant, also in Henry Borden plant. In conclusion, there is a technical discussion about the effect of the phenomenon observed inside the forced ducts Number 1 shown as a well as proposal for technical modification, that would minimize dynamic oscillations in the forced ducts and reduce maintenance costs.

Orientador: Milton Mori / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Química / Made available in DSpace on 2018-08-27T17:58:36Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Pelissari_DanielCicero_M.pdf: 3433960 bytes, checksum: 82461e75c8ef3d10fb44cd8d35de3eb9 (MD5) Previous issue date: 2015 / Resumo: A aplicação de fluidodinâmica computacional (CFD) em estudos de otimização e projeto de novos equipamentos de processos industriais vem aumentando significativamente, uma vez que apresenta custo reduzido e possibilidade de avaliar equipamentos complexos e de extremas condições de operação. Dentre os processos mais estudados via CFD está o processo de craqueamento catalítico fluidizado (FCC), onde as frações pesadas do petróleo de baixo valor são convertidas em produtos de maior valor agregado, sendo uma das aplicações de fluidização gás-sólido mais importante na indústria de petróleo. O presente trabalho avaliou especificamente a zona de injeção do FCC, na qual a matéria-prima, alimentada por bicos injetores, se mistura a sólidos quentes (catalisador) e a vapor de fluidização. A performance desses dispersores de carga para garantir uma boa distribuição das gotículas de gasóleo com o catalisador é a chave para melhorar a eficiência do riser de FCC. Desta forma, o principal objetivo deste trabalho foi avaliar o efeito de diferentes designs, ângulos (30°, 45° e 60°) e configurações dos injetores sobre o escoamento gás-sólido e o desempenho do riser. Para tal, simulou-se um escoamento gás-sólido reativo tridimensional baseado em uma abordagem Eulerian-Eulerian. Nas simulações foram utilizados o modelo cinético de 12-lumps de Wu et al. (2009), modelo de turbulência k-? e modelo de arraste de Gidaspow. Foi observado que o design, o ângulo e a configuração dos bicos injetores exercem uma forte influência sobre a fluidodinâmica e a performance do riser, sendo o ângulo a variável que apresentou maior influência. Pôde-se observar que o design de bico tipo multi-orifícios (Caso 3) foi o que apresentou os melhores resultados, sendo a partir deste avaliados os ângulos, onde notou-se que o aumento do ângulo de 30° para 60° melhorou a mistura entre as fases e o rendimento. A análise dos arranjos foi realizada utilizando o design de bico do Caso 3 e o ângulo de 45°, e observou-se que o arranjo com bicos intercalados (Arranjo 2) apresentou uma mistura mais homogênea entre as fases e, consequentemente, uma melhor conversão e rendimento de produtos desejados. Em geral, os resultados obtidos no presente trabalho salientam a importância da utilização de geometrias mais detalhadas para os bicos, uma vez que influenciam a mistura entre as fases, a qual afeta o desempenho do riser / Abstract: The Computational Fluid Dynamic (CFD) application in industrial process optimization and new equipments design studies has increased significantly, once it presents low cost and the possibility of evaluating complex and extreme operating conditions equipments . Among the most widely studied processes via CFD is the fluidized catalytic cracking process (FCC), where the oil heavy fractions of low-value are converted into higher value-added products and which is one of the most important gas-solid fluidization applications in the oil industry . The present study specifically evaluated the FCC injection zone, in which the feedstock fed by nozzles, is mixed with hot solids (catalyst) and fluidization steam. The nozzles performance to guarantee a good gas oil droplets distribution with the catalyst is the key to improve the efficiency of FCC riser. Thus, the study main objective was to evaluate the different nozzles designs, angles (30 °, 45 ° and 60 °) and arrangements effect on the gas-solid flow and the riser performance. For this purpose, it was simulated a three-dimensional reactive gas-solid flow based on an Eulerian-Eulerian approach. In the simulations it was used the 12 lumps kinetic model by Wu et al. (2009), turbulence model k- ? and drag model Gidaspow. It was observed that the nozzle design, angle and configuration have a strong influence on fluid dynamics and on the riser performance, and the angle was the variable with the greatest influence. It can be observed that the nozzle design of multi-orifice type (Case 3) showed the best results, and that¿s why it was used to evaluate the angle, in which was noted that the angle increase of 30 ° to 60 ° improved phases mixing and the yield. The arrangement analysis was performed using Case 3 nozzle design and the design angle of 45 °, and it was observed that the arrangement with intercalated nozzles (Arrangement 2) showed a more homogeneous phases mixture and therefore a better conversion and desired product yield. In general, the results obtained in this work highlighted the importance of using more detailed geometries for the nozzles, since they influence the mixing of the phases, which affects the riser performance / Mestrado / Engenharia Química / Mestre em Engenharia Química