Thesis (M.S.)--University of Wisconsin--Madison, 1970. / eContent provider-neutral record in process. Description based on print version record. Includes bibliographical references.

In 2009, based on its commitment to take action on the climate change, the aviation industry accorded a group of objectives to reduce carbon dioxide emissions. Although only 2% of all human-induced carbon dioxide (CO2) emissions are produced by the global aviation industry, the aviation industry is set to grow in the next 30 years. In order to maintain this growth without increasing its negative environmental impact, the future aircraft have to be cleaner and greener. In order to reduce carbon emissions and increase the operative efficiency, novel technologies have been developed and applied on aircraft. One of the recently introduced technologies is the flow control over the wing by employing active flow control methods. Amongst the active flow control methods, synthetic jets have emerged as a developing and promising technology. The latter have been extensively investigated since 1990 in laboratory based investigations. In spite of the fact that many experimental studies have been performed to design synthetic jet actuators for optimal flow control, due to the the vast number of operating parameters involved, and the lack of current measurement technologies, they can be impractical and highly expensive. Hence, there is a need for a systematic analysis to establish the optimal operating conditions with the highest effectiveness at the cost of minimum energy input, and the most suitable orientation of synthetic jet orifices. This would require enhanced comprehension of the inherent features of synthetic jets and their corresponding near wall effects. By using numerical simulations with a commercial CFD software (Star-CCM+), this thesis investigates some features associated with synthetic jet performance that are not fully understood, such as: • The optimal working configuration of a synthetic jet array embedded into a laminar detached boundary layer for flow separation control. • The effect of orifice orientation (inclined and skewed synthetic jets) over normal synthetic jets and their optimal working configuration in an attached laminar boundary layer.

abstract: As miniature and high-heat-dissipation equipment became major manufacture and operation trends, heat-rejecting and heat-transport solutions faced increasing challenges. In the 1970s, researchers showed that particle suspensions can enhance the heat transfer efficiency of their base fluids. However, their work was hindered by the sedimentation and erosion issues caused by the relatively large particle sizes in their suspensions. More recently, nanofluids--suspensions of nanoparticles in liquids-were proposed to be applied as heat transfer fluids, because of the enhanced thermal conductivity that has generally been observed. However, in practical applications, a heat conduction mechanism may not be sufficient for cooling high-heat-dissipation devices such as microelectronics or powerful optical equipment. Thus, the thermal performance under convective, i.e., flowing heat transfer conditions becomes of primary interest. In addition, with the presence of nanoparticles, the viscosity of a nanofluid is greater than its base fluid and deviates from Einstein's classical prediction. Through the use of a test rig designed and assembled as part of this dissertation, the viscosity and heat transfer coefficient of nanofluids can be simultaneously determined by pressure drop and temperature difference measurements under laminar flow conditions. An extensive characterization of the nanofluid samples, including pH, electrical conductivity, particle sizing and zeta potential, is also documented. Results indicate that with constant wall heat flux, the relative viscosities of nanofluid decrease with increasing volume flow rate. The results also show, based on Brenner's model, that the nanofluid viscosity can be explained in part by the aspect ratio of the aggregates. The measured heat transfer coefficient values for nanofluids are generally higher than those for base fluids. In the developing region, this can be at least partially explained by Prandtl number effects. The Nusselt number ( Nu ) results for nanofluid show that Nu increases with increasing nanofluid volume fraction and volume flow rate. However, only DI-H2O (deionized water) and 5/95 PG/H2O (PG = propylene glycol) based nanofluids with 1 vol% nanoparticle loading have Nu greater than the theoretical prediction, 4.364. It is suggested that the nanofluid has potential to be applied within the thermally developing region when utilizing the nanofluid as a heat transfer liquid in a circular tube. The suggested Reynold's number is greater than 100. / Dissertation/Thesis / Ph.D. Mechanical Engineering 2010

Dissertação (mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico. Programa de Pós-graduação em Engenahria Mecânica. / Made available in DSpace on 2012-10-15T21:52:23Z (GMT). No. of bitstreams: 0Bitstream added on 2016-01-08T14:37:59Z : No. of bitstreams: 1 180824.pdf: 2618179 bytes, checksum: 0a6b9aa24b1fc13460747a7675ad9bb3 (MD5)

Dissertação (mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnologico / Made available in DSpace on 2012-10-16T06:23:18Z (GMT). No. of bitstreams: 0Bitstream added on 2016-01-08T18:43:00Z : No. of bitstreams: 1 99099.pdf: 2697471 bytes, checksum: bab292e1c20b0c3b64462a4763ad980a (MD5) / O presente trabalho refere-se ao estudo numérico, com validação experimental, do escoamento laminar, incompressível e isotérmico de ar em difusores radiais onde o disco frontal é inclinado. Este estudo tem sua motivação no aprimoramento do modelo de laboratório de um sistema de válvula de compressores de refrigeração. No procedimento experimental apresentam-se, detalhadamente, a especificação de todos os equipamentos utilizados, a descrição da bancada, a metodologia usada durante a tomada de dados e suas reduções. As equações governantes, escritas com uma transformação de coordenadas na direção axial, são solucionadas pelo método dos volumes finitos. O acoplamento entre pressão e velocidade é resolvido pelo algoritmo SIMPLE e os esquemas convectivos QUICK e Lei de Potência são testados. A validação do modelo numérico é realizada através da comparação do perfil radial de pressão sobre o disco frontal com uma solução analítica para difusor radial com discos paralelos, e também com resultados experimentais para o próprio difusor. Resultados de distribuição de pressão, força sobre a palheta e áreas efetivas de força e escoamento são apresentados a fim de se determinar a influência do afastamento entre os discos, do número de Reynolds e da inclinação do disco frontal sobre o escoamento. Além disso, são mostradas algumas características do campo de velocidade e plotam-se alguns gráficos de campos de pressão no interior do difusor. A inclinação do disco frontal altera significativamente os campos de velocidade e pressão, porém, os parâmetros globais como força e áreas efetivas de força e escoamento não são grandemente alterados. Para deteminadas combinações do número de Reynolds, do afastamento e da inclinação entre os discos, a distribuição de pressão apresenta regiões de pressão negativa que tende a succionar o disco frontal, e também, um momento resultante que tende a deixar os discos paralelos.

Dissertação (mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina. Centro Tecnologico / Made available in DSpace on 2012-10-16T22:13:48Z (GMT). No. of bitstreams: 0Bitstream added on 2016-01-08T17:54:16Z : No. of bitstreams: 1 87102.pdf: 8197877 bytes, checksum: e033296c56e4d525a49a58b925e3b941 (MD5) / O presente trabalho refere-se ao estudo numérico, com validação experimental do escoamento laminar, incompreensível e isotérmico de ar em um difusor radial excêntrico representando o modelo de laboratório de um sistema de válvula de compressores de refrigeração. As equações governantes, escritas no sistema de coordenadas bicilíndricas, são discretizadas usando o método dos volumes finitos e solucionadas pelo algoritmo SIMPLE. O modelo numérico é validado através de soluções analíticas de vários problemas mais simples e também pela comparação do perfil radial de pressão com resultados experimentais para o próprio difusor. No procedimento experimental, apresenta-se, detalhadamente, a especificação de todos os equipamentos utilizados, assim como a metodologia usada durante a tomada de dados. São gerados resultados numéricos para averificação da influência da excentricidade sobre o perfil radial de pressão, força sobre a palheta e áreas efetivas de força e escoamento. Além disso, são mostradas algumas características do campo de velocidades e plota-se alguns gráficos do campo de pressão sobre a palheta.

Los anillos de vorticidad son estructuras compactas que se deben a la rotación de fluido en torno a un eje circular y que se desplazan sobre su eje axial con una velocidad inducida por el propio giro del fluido. El estudio de anillos de vorticidad ha sido ampliamente documentado debido a sus potenciales aplicaciones en diversas áreas de la ingeniería, tales como, generación de sonido o procesos de transporte y mezcla. La forma más utilizada experimentalmente de generar un anillo de vorticidad es mediante el desplazamiento de una columna de fluido a través de un orificio en una placa plana. El principal parámetro que caracteriza un anillo de vorticidad es el número de Reynolds, definido como Re = Ua D0/, donde Ua es la velocidad de advección del anillo, D0 es el diámetro del orificio de salida y  es la viscosidad cinemática del fluido. Esquemáticamente y para efectos de resultados, los anillos de vorticidad pueden ser representados por un elipsoide oblato al cual se le llama burbuja y por un núcleo que toma la forma de un toro de revolución donde se concentra la vorticidad del fenómeno. El presente trabajo cuenta con el apoyo del proyecto FONDECYT 1085020 que estudia el comportamiento de escalares pasivos en campos de velocidad generados por diversas estructuras. En este trabajo se estudiaron los mecanismos de transporte y difusión de una sustancia escalar pasiva producto del campo de velocidad generado por anillos de vorticidad. Utilizando el software CFD Fluent v6.3 se resolvieron numéricamente las ecuaciones de Navier-Stokes en tres dimensiones mediante simulación numérica directa (DNS) y la ecuación de transporte de la sustancia escalar. Los resultados de la generación de anillos 3D fueron validados con información experimental proporcionada por el laboratorio LEAF-NL y con resultados teóricos conocidos. La validación experimental determinó que los anillos generados numéricamente difieren en menos de un 10% de los anillos estudiados experimentalmente. Se verificó que, para la geometría escogida, la dinámica de un anillo de vorticidad se relaciona directamente con los parámetros de generación encontrándose esas relaciones. Al hacer pasar un anillo de vorticidad por una distribución uniforme de escalar a modo de una pared delgada se verificó que la cantidad de sustancia retenida por el anillo es directamente proporcional al espesor de la pared y al número de Reynolds del anillo. En el caso en que la sustancia escalar es introducida en el anillo durante la generación, se establece que el transporte de la sustancia dentro de la burbuja y del núcleo del anillo decaen según una ley lineal en la mayoría de los casos, sin embargo para distancias cortas, un anillo puede transportar entre un 40 y un 70% de la masa inyectada justo durante su formación.

El presente trabajo de titulación tuvo como objetivo someter a los programas comerciales ADINA y FLUENT al problema de fluido dinámica correspondiente a un flujo bidimensional al interior de un canal de placas planas con dos obstáculos de sección cuadrada ubicados transversalmente a la dirección del flujo, y comparar los resultados arrojados por estos programas con los obtenidos mediante algoritmos numéricos programados en el Departamento de Ingeniería Mecánica mediante lenguaje FORTRAN, tanto para el caso de flujo laminar como para el caso de flujo turbulento. La metodología que se siguió fue la siguiente: se analizó la literatura existente referente a flujos laminares y turbulentos dentro de un canal de placas planas con obstáculos; se definieron las dimensiones de la geometría del canal y el tamaño de las mallas de tal manera que éstas fueran las mismas que las utilizadas en los algoritmos numéricos programados en FORTRAN, a fin de comparar los resultados una vez realizadas las simulaciones en ambos programas; se definió el fluido que entra al canal y su temperatura, de esta manera se pudo definir las propiedades físicas del fluido; se simuló el caso de flujo laminar y el caso de flujo turbulento en ambos programas y mediante software auxiliares se manejaron los datos y se confeccionaron los distintos gráficos y tablas. En cuanto al seteo de los programas, se definió el problema a resolver en las interfaces de ambos, tratando de no ”favorecer” a un software sobre el otro, por ejemplo: se asignaron mallas iguales, tipo de elementos iguales, modelos de fluidos y de turbulencia, etc. Finalmente se recopilaron todos los resultados, tanto de los programas como los obtenidos en las memorias anteriores de Paredes y Pap, y estos se presentaron de manera individual y comparativa en forma de gráficos y tablas. En el caso de flujo laminar, los resultados obtenidos mediante ADINA y FLUENT en comparación con los obtenidos por Paredes presentaron una alta similitud para los distintos coeficientes de importancia considerados en este trabajo (coeficientes de fricción, arrastre y sustentación, número de Nusselt y frecuencia de oscilación del flujo). En el caso de flujo turbulento, se obtuvo una alta diferencia para un coeficiente en particular: coeficiente de sustentación, no obstante, en los otros coeficientes considerados se obtuvo diferencias dentro de un margen aceptable, considerando que se utilizó un modelo estadístico de turbulencia.

Dissertação (mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnologico / Made available in DSpace on 2016-01-08T20:25:57Z (GMT). No. of bitstreams: 1 106533.pdf: 2456418 bytes, checksum: 9f6326b71083b480c4f6c302f4e56545 (MD5) Previous issue date: 1996 / Desenvolvimento de uma metodologia para a análise numérica do comportamento dinâmico de válvulas tipo palheta, utilizando um modelo de um grau de liberdade e resolvendo, de forma acoplada e pelo método dos volumes finitos, o escoamento laminar, compressível, adiabático e em regime transiente periódico em difusores radiais concêntricos. Teve-se como motivação o aprimoramento de modelos matemáticos que visam o conhecimento dos fenômenos físicos envolvidos no funcionamento de compressores de refrigeração.

Orientador: Amarildo Tabone Paschoalini / Banca: Vicente Lopes Júnior / Banca: Heraldo Nelio Cambraia / Resumo: Neste trabalho considera-se a interação fluido-estrutura em um modelo numérico tridimensional do escoamento sanguíneo no interior da artéria aorta abdominal humana. O sangue é considerado um fluido incompressível e Newtoniano e é governado pelas equações de Navier- Stokes. As paredes da aorta são modeladas a partir da Lei de Hooke, considerando a condição quase-estática. Uma solução numérica é desenvolvida para calcular os campos de pressão e velocidade do fluido e o campo de deslocamento da artéria. Exemplos experimentais foram utilizados como parâmetros validadores do modelo numérico através do método dos elementos finitos. / Abstract: In this work we are considered the interaction fluid-structure in a tri-dimensional numeric model of the blood flow inside the artery human abdominal aorta. The blood is considered an incompressible fluid and Newtonian and it is governed by the equations of Navier-Stokes. The walls of the aorta are modeled starting from the Law of Hooke, considering the condition quasi - static. A numeric solution is developed to calculate the pressure fields and speed of the fluid and the field of displacement of the artery. Experimental examples were used as parameters for validates of the model numeric through the method of the finite elements. / Mestre