Made available in DSpace on 2014-06-12T17:39:28Z (GMT). No. of bitstreams: 2 arquivo7336_1.pdf: 1559868 bytes, checksum: 343cbe4a79bc3bb42a57042b8cc84f9f (MD5) license.txt: 1748 bytes, checksum: 8a4605be74aa9ea9d79846c1fba20a33 (MD5) Previous issue date: 2003 / Diversos procedimentos médicos, inclusive aqueles cirúrgicos que utilizam laser, têm como principal fator limitante o aumento de temperatura no tecido vivo fato que pode causar danos irreversíveis ao mesmo, chegando até à sua evaporação. A hipertermia pode ser o processo terapêutico em si (tratamento de tumores com laser, com radiofreqüência e ablação) ou decorrente dele (cirurgias oftalmológicas refrativas com uso de laser). Ferramentas numéricas e computacionais, utilizadas na engenharia, são cada dia mais usadas na simulação de tais procedimentos com o intuito de calcular o campo de temperaturas, tendo como propósito guiar o médico mais precisamente antes de uma intervenção. Algumas aplicações podem ser simuladas com o uso de coordenadas cilíndricas ou esféricas. Em outras, o uso de malhas não-estruturadas é mais adequado devido à presença maciça de geometrias irregulares no corpo humano. Tumores não-operáveis podem ser irradiados com fontes de laser por via endoscópica. Sua função é causar uma elevação de temperatura local a fim de destruir as células cancerígenas, sem, no entanto, causar dano térmico à região sadia circunvizinha. A precisão desta análise está ligada à utilização de métodos numéricos adequados. O presente trabalho visa o desenvolvimento de uma ferramenta computacional através da utilização do método dos volumes finitos (MVF) para solucionar a equação da biotransferência de calor em malhas bidimensionais triangulares não-estruturadas. Serão feitas descrições: do modelo físico-matemático pertinente; da função dano; da técnica para obtenção do domínio geométrico de interesse; das propriedades termofísicas dos tecidos envolvidos na questão; bem como da escolha da fonte de laser mais adequada à utilização no procedimento a ser simulado. Em seguida será descrita a formulação do método dos volumes finitos com estrutura de dados por arestas, e apresentada a aproximação usada na solução das integrais envolvidas no modelo. Descreve-se então todo o ciclo envolvido na modelagem e implementação computacional da metodologia adotada, que compreende as seguintes etapas: captura e digitalização da imagem; modelagem geométrica e geração da malha discreta; préprocessamento dos dados; programa de análise via Método dos Volumes Finitos (MVF); pósprocessamento e visualização dos resultados. Alguns exemplos usados para validação do programa de análise são apresentados. Finalmente, apresenta-se o problema analisado, onde um tumor de duodeno de 2cm de diâmetro foi aquecido, através de uma sonda de laser Nd:YAG, em três pontos diferentes, durante um tempo total de 120s, divididos em dois ciclos de 60s. As temperaturas nos pontos mais críticos atingiram valores da ordem de 135°C, com o dano alcançando valores da ordem de 1018. Porém a interface entre o tumor e o tecido sadio, não apresentou dano térmico, sob as condições supracitadas

Tese (doutorado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico, Programa de Pós-Graduaçao em Engenharia Mecânica, Florianópolis, 2016. / Made available in DSpace on 2017-04-11T04:17:49Z (GMT). No. of bitstreams: 1 344785.pdf: 4443925 bytes, checksum: 0e0450d0f85eebd0b55cd04aa6c2e341 (MD5) Previous issue date: 2016 / Nesta tese é apresentada uma metodologia numérica unificada para solução acoplada do escoamento e da geomecânica em um meio poroso. Para isso, utilizou-se a teoria da consolidação de Biot para modelar os fenômenos físicos envolvidos, escoamento e compactação da rocha. Essa teoria fornece uma equação para o equilíbrio de forças na estrutura da rocha porosa e uma equação de conservação da massa do fluido para o escoamento. Usualmente, essas equações são resolvidas numericamente com técnicas distintas, sendo a situação mais comum o emprego do método dos elementos finitos para o problema geomecânico e o método dos volumes finitos para o problema do escoamento. Na abordagem unificada proposta, emprega-se o método dosvolumes finitos baseado em elementos (EbFVM - Element based Finite Volume Method), para discretização espacial das equações de ambos os modelos considerando para tanto a mesma malha bidimensional não estruturada. A principal vantagem em utilizar uma metodologia unificada está na dispensa da necessidade de interpolação entre malhas computacionais, necessária na abordagem convencional. Além disso, o método dos volumes finitos fornece uma solução conservativa no nível discreto, característica indispensável na solução de problemas de escoamento. A técnica de acoplamento iterativo conhecida na literatura como two-way coupling é empregada na solução das equações discretizadas do modelo completo, em que as equações de cada fenômeno são resolvidas separadamente, iterando até a convergência. Com o objetivo de validar e avaliar a metodologia numérica proposta, quatro problemas de aplicação foram resolvidos, sendo que dois deles possuem solução analítica. Os resultados obtidos com a metodologia proposta tiveram uma ótima concordância com essas soluções.<br> / Abstract : In this thesis is presented a unified numerical methodology for coupled fluid flow and geomechanics solution. For this, it is considered the Biot s theory of consolidation to model the physical phenomena involved, fluid flow and rock compaction. This theory provides a mechanical force balance equation that represents the geomechanical problem, and a fluid mass balance equation for a deformable porous medium. Usually these equations are solved using different numerical methods, being the most common approach the use of the finite element method for the geomechanical problem and the finite volume method for the fluid flow problem. In the unified approach proposed herein, the Element-based Finite VolumeMethod (EbFVM) is used to discretize the equations of both phenomena using the same two-dimensional unstructured grid. The main advantage of using a unified approach is that it does not require interpolation between computational grids as in the conventional approach. Besides, the finite volume method provides a conservative solution in the discrete level. This feature is imperative for solving fluid-flow problems. The two-way coupling technique is used to solve the discretized equations of the complete model, in which the equations of each phenomenon are solved separately, iterating until convergence. In order to validate and evaluate the proposed numerical approach, four application problems are solved, two of them with an analytical solution available. The numerical results obtained with the proposed unified methodology are in good agreement with them.

Resumo: Os métodos de fronteira imersa possibilitam a simulação numérica de escoamentos envolvendo contornos complexos e móveis utilizando-se uma malha euleriana fixa para representar o domínio fluido, associada a um conjunto de pontos lagrangianos para descrever interfaces, sem necessidade de remalhagem do domínio de cálculo. No presente trabalho, um método de fronteira imersa baseado no modelo físico virtual foi implementado em um código computacional já existente, com o objetivo de permitir a simulação do escoamento em torno de cilindros de base circular submetidos a oscilações forçadas ou induzidas pelo movimento do fluido. O programa computacional resolve as equações de Navier-Stokes em coordenadas cartesianas através do método de volumes finitos, utilizando uma discretização implícita no tempo. Para testar as novas implementações, foram realizadas simulações para cilindros estacionários e em movimento oscilatório forçado, posicionados em meio infinito ou no interior de um canal. Além disso, foi resolvido um problema de interação fluido-estrutura, constituído por um cilindro móvel e indeformável posicionado dentro de um canal vertical, a jusante de uma obstrução, oscilando linearmente sob a ação de um escoamento pulsátil ascendente, tal como ocorre no funcionamento de alguns tipos de válvula automática. Em várias simulações, observou-se a reentrada de núcleos de vorticidade na saída do domínio de cálculo, interferindo na qualidade dos resultados obtidos. Uma função de amortecimento foi, então, introduzida nesta região, para evitar a ocorrência de instabilidades numéricas. Uma análise da performance global do programa de simulação indica que, embora já produza resultados satisfatórios, a modelagem empregada ainda necessita de aprimoramentos para corrigir algumas imperfeições. Além disso, o código computacional precisa... (Resumo completo, clicar acesso eletrônico abaixo) / Abstract: Immersed boundary methods allow numerical simulation of flows around complex bodies by using a stationary Eulerian mesh to represent the fluid domain associated to a set of Lagrangian points to describe the interfaces without global remeshing of the domain. In the present work, an immersed boundary method based on virtual physical model has been implemented in a previously available computational code in order to simulate flows around circular cylinders submitted to forced or induced oscillations. The improved computational program deploys Navier-Stokes equations in Cartesian coordinates by using with finite volume method and implicit temporal time discretization. In order to test the new code several simulations have been performed for a confined flow around a fix circular cylinder as well as submitted to forced oscillation. Additionally, a problem of fluid-structure interaction formed by a rigid oscillating circular cylinder positioned in a vertical channel after an abrupt obstruction has been analyzed. The cylinder can freely oscillate in the streamwise direction due to action of an ascendant pulsating flow. This type of flow problem is very similar to those occurring in many types of automatic valves. In some simulations spurious backflow of vorticity nucleus at the computational domain outlet has been observed, interfering in the quality of results. Therefore, a convenient damping function has been introduced in that region to suppress such numerical instabilities. A general performance analysis of the program shows very satisfactory results, however suitable changes in the code should be considered to avoid some remaining instabilities as well as minimize the overall time required for the simulation runs / Orientador: Sérgio Said Mansur / Coorientador: Júlio Militzer / Banca: Emanuel Rocha Woiski / Banca: Marcelo Moreira Ganzarolli / Mestre

Orientador : Jose Ricardo Figueiredo / Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Mecanica / Made available in DSpace on 2018-08-01T19:56:38Z (GMT). No. of bitstreams: 1 OpazoUribe_EugeniaBrunilda_D.pdf: 8580287 bytes, checksum: bb820f87f29f55518a87023ae7cf1c37 (MD5) Previous issue date: 2002 / Resumo: Neste trabalho foi desenvolvido um algoritmo para a solução das equações de NavierStokes bidimensionais em variáveis primitivas, empregando o método de resolução semi-implícito descrito por HIRT et al.(1975). Foi utilizada malha deslocada (tipo MAC) regular, em coordenadas cartesianas. As equações de Navier-Stokes foram escritas nas formas divergente econvectiva, cujos desempenhos foram comparados no problema da cavidade quadrada com parede superior em movimento, para números de Reynolds entre 100 e 3200. Para a forma divergente foi utilizado o método dos volumes finitos e quatro esquemas de discretÍzação: central, linear a montante, QUICK, e exponencial. Para a forma convectiva foi utilizado o método das diferenças finitas e o esquema central. Os resultados foram comparados com os de GmA et alo (1982), indicando a superioridade do esquema central divergente sobre o convectivo, bem como a superioridade dos esquemas QUICK e central sobre os esquemas exponencial e linear a montante. Foi estudado o problema da região de entrada em canais planos, com contração abrupta, considerando dois casos: a região de entrada de um canal plano a partir de um reservatório de grandes dimensões, que pode ser considerado um caso de contração plana com razão de contração infinita e o caso de razão de contração finita 2: 1. Para o caso da razão de contração finita, resultados obtidos para números de Reynolds entre 10 e 426, foram comparados com os dados experimentais de DURST et aI. (1985). Os resultados obtidos mostraram que entre os quatro esquemas de discretização utilizados os que se mostraram mais confiáveis e acurados para este problema foram os esquemas QUICK e exponencial. Encontramos diferenças significativas entre os dados experimentais e os dados obtidos pelo algoritmo em tomo do plano de contração, que foram atribuídos aos erros experimentais que apontaram diferenças de até 10% nos fluxos de massa. Para o caso da razão de contração infinita foi utilizada a solução do escoamento de Jeffery-Hame1, como condição de contorno não trivial para a região de entrada. Resultados obtidos para números de Reynolds 100, 200 e 400, mostraram-se qualitativamente compatíveis com a descrição de PANTON (1984) / Abstract: An algorithm for the two-dimensional solution of the Navier-Stokes equations was developed in primitive variables employing the partially implicit method described by HIRT et al (1975). A regular staggered MAC mesh was used in cartesians coordinates. The Navier-Stokes equations were written in both divergent and convective forms, whose performance were compared in the problem of the moving slid square cavity for Reynolds numbers between 100 and 3200. The finite volume method was adopted for the divergent form using four discretization schemes: central differencing, upwind, QUICK and exponential. The finite difference method was adopted for the convective form using the central differencing. The results were compared with those due to GHIA et al (1982), indicating the superior performance of the divergent form central differencing over its convective counterpart, as well as the superior performance of the QUICK and the central differencing over the exponential and the upwind schemes. The problem of the entrance region in plane channels with abrupt contraction was studied considering two cases: the entrance region of the channel after a huge reservoir, which can be considered as a plane contraction of infinite ratio, and the case of a contraction with the finite ratio 2:1. For the case of contraction with results obtained with Reynolds number between 10 and 426 were compared with the experimental data due to DURST et al (1985). The results obtained indicated that the schemes QU1CK and exponential the most accurate and reliable for this problem. Significant differences with the experimental data were obtained around the plane of contraction, which were attributed to the experimental errors which have shown differences up to 10% in the mass flow rates. For the contraction with infinite ratio the Jeffery-Hamel solution was imposed as non-trivial boundary condition in the entrance. Results obtained for Reynolds numbers 100, 200 and 400 were qualitatively compatible with the description of PANTON (1984) / Doutorado / Termica e Fluidos / Doutor em Engenharia Mecânica

Resumo

Orientador: Eugenio Spano Rosa / Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Mecanica / Made available in DSpace on 2018-07-28T23:56:11Z (GMT). No. of bitstreams: 1 MelgarejoMorales_RigobertoEleazar_D.pdf: 8900310 bytes, checksum: 9f57b0d7b80e8430b0d0c8941dda51e1 (MD5) Previous issue date: 2000 / Resumo: Neste trabalho é realizado uma simulação numérica do escoamento com superficie livre completamente desenvolvido em um canal helicoidal de seção retangular, em regime laminar e turbulento. As equações de conservação foram escritas para um sistema de coordenadas ortogonais locais. O sistema de equações foi discretizado e resolvido pelo método de volumes fmitos com o esquema ln'brido de interpolação, implementados no PHOENICS-CFD. A interface livre é calculada utilizando o algoritmo HOL (Height-Of-Liquid). As simulações numéricas foram realizadas para fluidos com viscosidade de 1 a 100cP e Reynolds de 352 a 45500. A turbulência é modelada com o modelo de duas equações 1(-E para baixo números de Reynolds com uma correção devido ao efeito da curvatura. As simulações mostram que o método utilizado, quando comparado com dados experimentais, calcula satisfatoriamente a localização da interface. Apresenta-se os campos da velocidade média, do escoamento secundário, da energia cinética turbulenta e da dissipação e produção da energia cinética turbulenta. A partir dos resultados numéricos calcula-se o fator de atrito local e médio / Abstract: A numerical simulation of the fully developed flow in an open helical channel with rectangular cross section is accomplished, for the laminar and turbulent regime. The conservation equations are written in a local orthogonal coordinate system. The conservation equations are solved by the finite volume method with the hybrid scheme of interpolation, implemented in PHOENICS-CFD. The ftee surface is calculated using the HOL algorithm (Height-Of-Liquid). The numerical simulations were accomplished for fluids with viscosity varying ftom 1 to 100cP and Reynolds ftom 352 to 45500. The turbulence is modeled by two equations k-E model for low Reynolds numbers with a correction due to the effect of the curvature. The numerical results for the tree surface position agrees within :t4 mm against the experimental data. The averaged axial velocity and the secondary flow fields are presented, as well as the turbulent kinetic energyand the dissipation of the turbulent kinetic energy. Finally the local and the averaged ftiction factors are presented. / Doutorado / Doutor em Engenharia Mecânica

Orientador: Jose Ricardo Figueiredo / Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Mecanica / Made available in DSpace on 2018-08-03T18:04:25Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Vilela_CarlosAlbertodeAlmeida_D.pdf: 6593008 bytes, checksum: 706d78c356008d4b1f84aa2b735170e6 (MD5) Previous issue date: 2001 / Resumo: O esquema de discretização UNIFAES, é aqui avaliado e comparado com alguns dos mais tradicionais e utilizados esquemas de discretização para o método dos volumes finitos da atualidade. Diversos casos testes lineares do problema de transporte convectivo-difusivo em meio fluido e das equações de Navier-Stokes foram utilizados para comparação. Os esquemas utilizados para comparação foram o Central, Exponencial, LOADS e QUICK em duas versões diferentes de formulação. Os casos testes realizados para avaliação do comportamento numérico realizados em coordenadas generalizadas com malhas regulares e irregulares foram: Transporte convectivo-difusivo em, a) escoamento paralelo b) escoamento rotacional de fluido como sólido, c) escoamento em canto, d) escoamento em canto com perfil de entrada parabólico, escoamento em cavidade fechada inclinada e escoamento em canal divergente gradual. Os resultados obtidos nos testes demonstraram que o esquema UNIFAES, apresentou comportamento bastante promissor comparado aos comportamentos dos demais esquemas. Na grande maioria dos testes os resultados obtidos pelo esquema UNIFAES foram os melhores em questão de acuidade, estando próximo aos obtidos pelo esquema QUICK, que foi o segundo esquema que melhores resultados apresentou / Abstract: The UNIFAES discretization scheme is evaluate and compare with some classical and most used schemes for finite volume method in present time. A lot of linear convection-diffusion problems in fluid flow and the solution of Navier-Stokes equations were used for comparison. The compared used schemes were Central, Exponential, LOADS, and QUICK with two different formulations. The chosen test cases for comparisons, using regular and irregular grid arrangements in generalized coordinates formulations were: a) Convective-diffusive transport in parallel fluid flow, in rotational fluid flow, in fluid flow near a wall, in fluid flow near a wall with parabolic inlet profile of the transported property , b) Inclined side walls lid driven cavity, and c) Gradually expanding channel. The obtained results shown that UNIFAES scheme has a very promise behavior compared to the other schemes. In most studied cases, UNIFAES scheme demonstrated better accurate results, elose to QUICK, the second better one / Doutorado / Doutor em Engenharia Mecânica

Orientador: Rubens Maciel Filho / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Quimica / Made available in DSpace on 2018-08-03T15:03:24Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Barreira_MardonnyNazareno_M.pdf: 5649911 bytes, checksum: 74e112ba543ced12ed31508868adfdde (MD5) Previous issue date: 2003 / Mestrado

Orientador: Eugênio Spanó Rosa, Marcelo Moreira Ganzarolli / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Mecanica / Made available in DSpace on 2018-08-03T15:19:17Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Saito_MarceloBatista_M.pdf: 6699986 bytes, checksum: 845433a3bcb3aa43a33251e4350ebf40 (MD5) Previous issue date: 2002 / Resumo: O presente trabalho tem por objetivo determinar numericamente a queda de pressão e o fluxo de calor de um trocador de calor ar-ar utilizado para resfriamento de um ambiente selado que não pode ser contaminado pelo ar externo. Esta análise tem por finalidade otimizar a geometria que maximiza o calor transferido para uma determinada queda de pressão. O trocador é formado por dutos paralelos de seções retangulares com escoamento em contra-corrente no regime turbulento. As duas correntes são separadas por paredes sólidas e lisas. A análise paramétrica é efetuada resolvendo-se equações de conservação da massa, quantidade de movimento e energia, uti1izando o modelo de turbulência K-E padrão e considerando propriedades variáveis. A condução de calor nas paredes sólidas também foi incluída nas simulações. A solução numérica tridimensional é obtida através da discretização das equações de conservação em volumes finitos, sendo empregado um pacote numérico comercial (pHOENICS 3.3). As simulações são realizadas para número de Reynolds entre 8000 e 160000. Os resultados obtidos permitem avaliar o desempenho do trocador de calor para valores especificados da queda de pressão e determinar a geometria que maximiza o calor transferido / Abstract: The pressure drop and heat transfer flux on an air-air heat exchanger employed as a cooling device for a closed cavity with heat dissipation are determined numerically. The analysis is further extended to optimize the cross section dimensions to render the maximum heat transfer rate at a given pressure drop. The heat exchanger is of rectangular cross section ducts placed side by side in counter flow turbulent regime. The duct walls are of smooth and flat aluminum. The conservation equations of mass, momentum and energy are solved with the K-B turbulence model using the finite volume code embodied on the PHOENICS 3.3. The heat conduction along the solid walls is considered employing conjugate heat transfer treatment. The simulations are performed for Reynolds number between 8000 and 160000. The pressure drop and heat transfer rate are determined and expressed in terms of dimensionless parameters. The analysis is further advanced determining cross section aspect ratio which gives the maximum heat transfer rate for a given pressure dro / Mestrado / Termica e Fluidos / Mestre em Engenharia Mecânica

Orientadores: Maria Regina Wolf Maciel, Henry França Meier, Antonio Andre Chivanga Barros / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Quimica / Made available in DSpace on 2018-08-03T15:31:22Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Noriler_Dirceu_M.pdf: 4837242 bytes, checksum: ed71f25bb9219c76441c2042ff4f6a07 (MD5) Previous issue date: 2003 / Resumo: Os modelos para representação de colunas de destilação atuais baseiam-se no conceito de estágios de equilíbrio e de não equilíbrio, ambos considerando o equilíbrio hidrodinâmico em uma abordagem macroscópica. No entanto, em meados da década de 90, iniciou-se a aplicação de modelos microscópicos para subsidiar e incrementar a análise e otimização dos processos de refino, dando-se início à era dos códigos comerciais de Fluidodinâmica Computacional. O principal objetivo deste trabalho é desenvolver um modelo microscópico para descrever a fluidodinâmica do escoamento líquido-vapor em um prato perfurado de uma coluna de destilação, com base na conservação de quantidade de movimento sob condições de turbulência e aplicar e implementar o modelo matemático no código comercial de fluido dinâmica computacional CFX, da ABA Technology, para a realização de um estudo de experimentação numérica de modelos e métodos. Foram propostos três modelos distintos para representação do escoamento em um prato perfurado de destilação: um modelo bidimensional e monofásico, 2-DSM (Liu et ai. (1999)) , um modelo tridimensional bifásico e homogêneo, 3-DHomM, e por fim um modelo tridimensional bifásico e heterogêneo, 3-DHetM. Desta forma, os três modelos foram implementados no código comercial CFX 4.4 da ABA technology, o qual utiliza o método dos volumes finitos com variáveis co-localizadas resolvendo o sistema em coordenadas generalizadas. As malhas numéricas foram construídas por intermédio da técnica dos multiblocos, utilizando o pré-processador "BUILD" presente no código. Os principais resultados mostram que o modelo 3-DTHomM representa, qualitativamente, de forma satisfatória a hidrodinâmica de um prato perfurado de destilação. A metodologia proposta neste trabalho se mostrou adequada e apta a reproduzir tal comportamento fluidodinâmico / Abstract: The current models for predicting distillation column behavior are based on equilibrium and non-equilibrium stage concepts, but both use the hydro dynamical equilibrium in a macroscopic point of view. The objectives of this work are: developing the microscopic model to describe the gas-liquid flow on a distillation sieve tray, based on momentum equations under turbulence conditions, inter-phase momentum transfer and other modeling features; and applying the mathematical modeling in a commercial CFD code, for numerical experiments in order to verify the software and to validate the models. Three models were proposed: the first model named Two Dimension Single Model (2-DSM model), with two dimension and single phase assumptions; the second one, named Three Dimension Homogeneous Model (3-DHomM model), with two phases and three dimension with homogeneous flow, i. e., the liquid and the gas velocities are the same; and the last model is a model with two phases and three dimension assumptions, named Three Dimension Heterogeneous Model (3-DHetM model). These three models were applied in CFX 4.4 CFD commercial code from ABA Technology, by using the finite-volume methods with co-located variable in a generalized coordinate system, to obtain numerical solutions. The pre-processor BUILD were used to build up the numerical grid with the multi-block technique. The main results show that the 3-DHomM model, despite of its simplicity when compared with 3-DhetM, describes the fluid dynamics on a sieve distillation tray satisfactorily. The methodology proposed in this work also showed to be adequate, and with capability to describe the gas-liquid flow on a sieve distillation tray / Mestrado / Engenharia de Processos / Mestre em Engenharia Química