Submitted by Geandra Rodrigues (geandrar@gmail.com) on 2018-03-27T18:40:16Z No. of bitstreams: 1 lucasarantesberg.pdf: 3559702 bytes, checksum: 8d9fe16ad120323abea361847f6073ee (MD5) / Approved for entry into archive by Adriana Oliveira (adriana.oliveira@ufjf.edu.br) on 2018-03-28T16:27:14Z (GMT) No. of bitstreams: 1 lucasarantesberg.pdf: 3559702 bytes, checksum: 8d9fe16ad120323abea361847f6073ee (MD5) / Made available in DSpace on 2018-03-28T16:27:14Z (GMT). No. of bitstreams: 1 lucasarantesberg.pdf: 3559702 bytes, checksum: 8d9fe16ad120323abea361847f6073ee (MD5) Previous issue date: 2018-02-23 / CAPES - Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / As fibras de Purkinje são estruturas fundamentais no processo de propagação do estímulo elétrico do coração. Para que ocorra a contração dos músculos dos ventrículos é necessário que estas fibras estimulem o miocárdio de maneira sincronizada. Porém, certas alterações nas propriedades das células que compõem estas fibras podem proporcionar uma dessincronização do ritmo cardíaco. Isto pode ocorrer através de falhas na propagação do estímulo elétrico devido a bloqueios que ocorrem nas junções que ligam as fibras de Purkinje com o músculo do ventrículo, de modo que esta condição é considerada um estado de risco para arritmias cardíacas. No entanto, a obtenção da estrutura das fibras de Purkinje a partir de um paciente específico é uma tarefa difícil e ela é mandatória para que sejam realizados estudos envolvendo a atividade elétrica do coração. Grande parte destas dificuldades decorre do fato da velocidade de propagação nas fibras de Purkinje ser extremamente rápida, da ordem de 2 a 4 m/s, tornando assim as medições experimentais um desafio. Este trabalho tem por objetivo investigar e analisar quais propriedades podem afetar a velocidade de propagação e o tempo de ativação nas fibras de Purkinje, tais como a geometria das células, a sua condutividade, o acoplamento das fibras com o tecido ventricular e o número de bifurcações existentes na rede. Com intuito de atingir este objetivo, diversas redes de Purkinje foram geradas variando estes parâmetros a fim de se realizar uma análise de sensibilidade. Para a implementação do modelo computacional foi utilizada a equação do monodomínio para descrever matematicamente o fenômeno. Foram utilizados dois modelos celulares específicos para células de Purkinje a fim de modelar as correntes iônicas. A solução numérica foi calculada através do Método dos Volumes Finitos. Os resultados do presente trabalho se mostraram de acordo com os obtidos na literatura, de modo que o modelo foi capaz de validar de maneira satisfatória determinados comportamentos que ocorrem na condução do estímulo elétrico através das fibras de Purkinje, como a velocidade de propagação e o tempo de ativação nestas estruturas. Além disso, o modelo foi capaz de reproduzir o atraso característico na propagação que acontece nas Junções-Músculo-Purkinje. / Purkinje fibers are fundamental structures in the process of propagation of the electrical stimulus of the heart. In order for contraction of the muscles of the ventricles to occur, these fibers need to stimulate the myocardium in a synchronized manner. However, certain changes in the properties of the cells composing these fibers may provide a desynchronization of the heart rate. This can occur through failures in the propagation of the electrical stimulus due to blockages occurring at the junctions that attach the Purkinje fibers to the ventricle muscle, so that this condition is considered a risk state for cardiac arrhythmias. However, obtaining the structure of Purkinje fibers from a specific patient is a difficult task and it is mandatory for studies involving the electrical activity of the heart. Most of these difficulties arise from the fact that the propagation velocity in the Purkinje fibers is extremely fast, ranging from 2 to 4 m/s, thus making experimental measurements a challenge. This work aims to investigate and analyze which properties may affect the propagation velocity and activation time in Purkinje fibers, such as cell geometry, conductivity, coupling of fibers with ventricular tissue and number of bifurcations in the network. In order to reach this goal, several Purkinje networks were generated by varying these parameters in order to perform a sensitivity analysis. For the implementation of the computational model was used the monodomain equations to describe mathematically the phenomenon. Two specific cellular models for Purkinje cells were used to model the ionic currents. The numerical solution was calculated using the Finite Volume Method. The results of the present work were in accordance with those obtained in the literature, so that the model was able to validate in a satisfactory way certain behaviors that occur in the conduction velocity and the activation time of the Purkinje fibers. In addition, the model was able to reproduce the characteristic delay on the propagation that occur at the Purkinje-Muscle-Junctions.

Orientador: José Roberto Nunhez / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Química / Made available in DSpace on 2018-08-19T04:07:53Z (GMT). No. of bitstreams: 1 AlvarezCastro_HelverCrispiniano_M.pdf: 3784043 bytes, checksum: bc88cbde39ba881df9a43aee4f3ba52c (MD5) Previous issue date: 2011 / Resumo: Este Trabalho tem por objetivo desenvolver um modelo de simulação dinâmica para um tanque de mistura de diesel de larga escala localizado na refinaria da Petrobras em Paulínia. O tanque é utilizado na área de produtos acabados médios da Petrobras. Neste sentido, o objetivo principal deste projeto inclui estimar o perfil de velocidade, tempo de mistura e a potência que o agitador requer para sua homogeneização, visando otimizar a operação destes tanques na Petrobras. O referido tanque de armazenamento e mistura de óleo diesel possui uma capacidade nominal de 24000 m3, o fluido possui densidade de 0,86 kg/ m3; O projeto do tanque esta baseado na norma API 650. Para a simulação utilizam-se técnicas baseadas em fluidodinâmica computacional (CFD). O método utilizado é o dos volumes finitos. Para atingir o objetivo proposto, utiliza-se o software comercial CFX versão 12.1. O software resolve numericamente as equações discretas de conservação de massa, momento e um modelo de turbulência associado ao modelo. O SST ( Shear Stress Transport Model ) é usado para se estimar a turbulência. A região do fluido é dividida em um grande número de volumes de controle, sendo construído um modelo de tanque equipado com uma entrada lateral de um misturador tipo naval . O modelo do impelidor foi fornecido pela PETROBRAS / Abstract: The aim of this work is the development of a computational model for large storage diesel mixing vessels. The tank studied is located at REPLAN (Refinery of Paulínia). This vessel is used for products with intermediate viscosity. It is intended to estimate velocity profiles, mixing time and energy consumption required for its homogenization, with a view to optimize its operation. This storage vessel has a nominal capacity of 24000 m3, the fluid has a specific mass of 0.86 kg/m3. The tank design follows the API 650 especifications. The model uses Computational Fluid Dynamics (CFD) techniques. It is based on the finite volume method. The commercial CFX 12.1 software was used to get the numerical data. This software solves numerically the discrete form of the mass, momentum and species conservation equations and the turbulence model associated to the general tank model. The SST ( shear Stress transport turbulence model ) is used to estimate the turbulence. The tank is divided into a great number of control volumes. The model of the vessel considers a lateral flow impeller (similar to a naval type impeller). The characteristics of the impeller was given by PETROBRAS / Mestrado / Desenvolvimento de Processos Químicos / Mestre em Engenharia Química

Orientador: Miton Mori / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Quimica / Made available in DSpace on 2018-08-03T12:23:41Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Kasper_FabioRobertoSulzbacher_M.pdf: 4085192 bytes, checksum: 2cf3144aebecff7376c131b0335500eb (MD5) Previous issue date: 2003 / Resumo: A performance dos motores à combustão interna e suas emissões são governadas por processos fluido dinâmicos não-estacionários. Um bom entendimento destes processos é fundamental para melhorar as características de um motor, e as técnicas da Fluidodinâmica Computacional (CFD) são capazes de reproduzir informações detalhadas a respeito deste escoamento. Entretanto, simulações numéricas de motores ocorrem raramente, e um dos principais empecilhos destas simulações é justamente a dificuldade de abordar este problema, pois se esbarra com a complexidade geométrica do movimento do pistão e das válvulas, além das diversas interações fenomenológicas nos termofluidos presentes no cilindro. O objeto de estudo deste trabalho é a câmara de combustão de um motor FIAT Palio 1.0, com duas válvulas por cilindro e quatro estágios. O pacote computacional utilizado é o CFX-TASCflowTM, um código que se baseia no método dos volumes finitos, porém com abordagem em elementos finitos. Idealiza-se uma câmara de combustão bidimensional, e sua geometria é composta de um cilindro e duas válvulas, as quais, através de sub-rotinas personalizadas, movimentam-se em função do tempo. Para a turbulência, utiliza-se o modelo k-é padrão. Objetiva-se neste trabalho estudar a combustão de diferentes combustíveis nesta câmara de combustão. Os combustíveis avaliados são o metano e o heptano, em que dois mecanismos de reação, um de simples e outro de dupla etapa, são avaliados para o metano, e um mecanismo com quatro etapas de reação é avaliado para o heptano, perfazendo assim três estudos de caso. Apresentam-se resultados qualitativos da fluido dinâmica do motor trabalhando a frio, isto é, sem reação, em que gráficos vetoriais e iso-superfícies de temperatura e pressão são exibidos ao longo dos vários estágios do motor, além de resultados quantitativos, referentes aos três estudos de caso, na forma de gráficos de temperatura, pressão e concentração medidos na base do pistão. Os principais resultados demonstram que a metodologia empregada, baseada nas técnicas de CFD, mostra-se apta a reproduzir o comportamento fenomenológico desta câmara de combustão. E verifica-se ainda, poucas diferenças entre os mecanismos de reação e os combustíveis avaliados a partir do modelo de combustão utilizado neste trabalho / Abstract: Internal combustion engine performance and exhaust emissions are governed by unsteady fluid dynamic processes. A clear understanding of these processes is fundamental to improving engine characteristics. Computational Fluid Dynamics (CFD) techniques are able to produce detailed information throughout the flow. However, numerical simulations of internal combustion engines occur rarely and one of its main issues is the difficulty to approach this problem. There is a complex geometric issue about the piston and valves movement and there are several interactions between the fluids within the combustion chamber. The target case of this work is the four-stroke combustion chamber of a FIAT Palio 1.0 containing two valves for each cylinder. The computational code used is CFX- TASCflowTM which is a finite volume code based on a finite element approach. A two-dimensional combustion chamber has been built and its geometry is composed by a cylinder and two valves which, through customized subroutines, there is motion in function of time. The standard form of k - E: is used as the turbulence model. The objective of this work is to study several fuel combustion in this chamber. The chosen fuels are methane and heptane, where two reaction mechanisms, one single-step and another two-steps, are evaluated for methane, and a four-step overall mechanism is evaluated for the heptane, i.e. three study cases. First is presented the qualitative results of the engine fluid dynamics having no reaction, where vector plots and temperature and pressure isosurfaces are shown over the engine strokes. The quantitative results referring the three study cases are presented through temperature, pressure and concentration plots measured in the piston base. The main results demonstrate that the methodology used, based on the CFD techniques, reveals the aplicability of its modeling and the combustion chamber behavior. Also is verified few differences between the reaction mechanisms and the fuels evaluated from the combustion model used in this work / Mestrado / Desenvolvimento de Processos Químicos / Mestre em Engenharia Química

Orientador: Amauri Garcia / Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Mecanica / Made available in DSpace on 2018-08-04T03:14:59Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Ferreira_IvaldoLeao_D.pdf: 8636771 bytes, checksum: fb3623e9e0a9c93143f4b34ba87844cf (MD5) Previous issue date: 2004 / Resumo: o presente trabalho analisa as influências do teor de soluto, do superaquecimento e do coeficiente global de transferência de calor metal/fluido (hg), na macrossegregação inversa durante a solidificação unidirecional vertical ascendente de ligas binárias AI-Cu e ternária AI-Cu-Si. Os perfis experimentais de segregação ao longo dos lingotes para as ligas AI4,5%Cu, AI-6,2%Cu, AI-8,I%Cu e Al-8,I%Cu-3%Si são comparados com as predições teóricas fomecidas por modelos numérico e analítico, com perfis transitórios de (hg) sendo determinados em cada experimento. O modelo analítico é baseado num modelo analítico de transferência de calor [Garcia, 2001], acoplado a uma formulação clássica para a redistribuição local de soluto proposta por Flemings e Nereo (Flemings e Nereo, 1967]. O modelo numérico é aquele proposto por V oller [V oller, 1997], com modificações introduzidas levando em consideração diferentes propriedades termofisicas para as fases líquida e sólida, coeficiente global de transferência de calor metal/fluido variável com o tempo e malha com distribuição de comprimento de nós variável ao longo do domínio, o que garantiu a precisão dos resultados sem aumento excessivo do número de nós. AIém dessas modificações, fez-se necessária à mudança no critério de convergência para melhor representar os gradientes térmicos e taxas de resfriamento. Um modelo semi-analítico para a macrossegregação inversa, baseado na solução por variável de similaridade, é aplicado para validação do modelo numérico. Observa-se que as predições numéricas apresentam boa concordância com as medidas experimentais, e que as predições analíticas, apesar de sua relativa simplicidade, também é capaz de representar satisfatoriamente os resultados experimentais, exceto para condições de elevado superaquecimento. O modelo numérico é aplicado com sucesso para a situação de solidificação de ligas multicomponentes, representada pela liga Al-8,1%Cu-3%Si, onde é observada boa representatividade dos resultados experimentais / Abstract: The present work focuses on the influences of alloy solute content, melt superheat, and meta1/fluid heat transfer coefficients on inverse segregation during upward solidification of AI-Cu and AI-Cu-Si alloys. The experimental segregation profiles of AI4,5 wt % Cu, AI-6,2 wt % Cu, AI-8,1 wt % Cu and AI-8,1 wt % Cu-3 wt % Si alloys are compared with theoretical predictions fumished by analytical and numerica1 models, with transient (hg) profiles being determined in each experimento The analytical model is based on an ana1ytica1 heat transfer model coupled with the classica1loca1 solute redistribution equation proposed by Flemings and Nereo. The numerica1 model is that proposed by V oller, with some changes introduced to take into account different thermophysica1 properties for liquid and solid phases, time variable meta1/fluid interface heat-transfer coefficient, and a variable space grid along the domain in order to assure the accuracy of results without raising the number of nodes. Furthermore, changes in the convergence criterion were necessary to improve the accuracy of the therma1 gradients and solidification rates ca1culated numerlcally. A sophisticated semi-ana1ytica1 solution for the inverse segregation based on the similarity variable is carried out to valida te the numerica1 model. It is observed that the numerical predictions generally conform with the experimental segregation measurements and that the predicted analytical segregation, despite its simplicity, also compares favorably with the experimental scatter except for high melt superheat. The numerical model is successfully applied for a situation of multicomponent alloy solidification, Le., AI-8,1 wt % Cu-3 wt % Si alloy, and it is found be in good agreement with experimental results / Doutorado / Materiais e Processos de Fabricação / Doutor em Engenharia Mecânica

Orientador: Antonio Carlos Bannwart / Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Mecânica e Instituto de Geociências / Made available in DSpace on 2018-08-22T09:34:42Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Gaspari_EduardoFerreira_D.pdf: 3211545 bytes, checksum: 80820e359cf9df0a39b228d34978524f (MD5) Previous issue date: 2013 / Resumo: Utilizando um método numérico especializado em problemas hiperbólicos chamado Riemann Solver, é feito um estudo para avaliar o processo de evolução de roll waves em canais fechados. Todo o estudo se baseia em fenômenos de propagação de ondas hiperbólicas do tipo ondas de gravidade. Foi utilizado um modelo unidimensional para representar a dinâmica das roll waves. Inicialmente foi feita uma análise das velocidades características envolvidas, a qual indicou, para o arranjo estratificado, um fraco acoplamento entre os fenômenos de propagação de onda mais relacionados com a compressibilidade dos fluidos e os fenômenos de propagação de ondas mais relacionados com a variação hidrostática na seção transversal do canal. Os resultados desta análise foram utilizados para justificar uma modelagem de roll wave considerando os fluidos como incompressíveis. Testes numéricos também foram feitos, demonstrando que a hipótese de fluidos incompressíveis não leva a uma perda de qualidade na modelagem de ondas de gravidade em canais fechados. Foi observada a fragilidade da hipótese de perfil hidrostático de pressão nos modelos de dois fluidos e é proposta uma modificação para este perfil de pressão considerando os efeitos dinâmicos devido à forma rugosa da interface em um escoamento estratificado instável. São feitas comparações com resultados experimentais de literatura para o filme de líquido em regime laminar e foram feitos experimentos para o filme de líquido em regime turbulento. As comparações entre as simulações e os resultados experimentais demonstrando que o modelo proposto é consistente / Abstract: Using a Riemann Solver numerical method, a study to evaluate the process of evolution of roll waves in closed channels was implemented. The whole study is based on the phenomena of hyperbolic gravity waves propagation. It was used a one-dimensional model to represent the dynamics of roll waves. Initially an analysis of the propagation wave velocities involved on to the stratified flow was done, a weak coupling between the wave propagation phenomena more closely related to fluid compressibility and wave propagation phenomena more closely related to the change in the void fraction, due the gravity waves, was verified. The results of this analysis were used to justify a roll wave modeling considering the fluids as incompressible. Numerical tests were also performed, showing that the hypothesis of incompressible fluids does not lead to a loss of quality in the modeling of gravity waves in closed channels. It was observed a fragility of the hydrostatic pressure profile assumption to modeling unstable stratified flow. It was proposed a modification to this pressure profile, considering the dynamic effects of the roughness interface. Comparisons were made with experimental results from the literature for the liquid film in laminar and experiments made for the film of liquid in turbulent flow. This comparison between simulations and experimental results demonstrate that the proposed model is consistent / Doutorado / Explotação / Doutor em Ciências e Engenharia de Petróleo

Orientador: Kátia Lucchesi Cavalca Dedini / Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Mecânica / Made available in DSpace on 2018-08-26T15:33:06Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Vieira_LeonardoCarpinetti_D.pdf: 8387504 bytes, checksum: c4ddda686a98c9562fec4c86ff5f3a1c (MD5) Previous issue date: 2014 / Resumo: Este trabalho possui como principal objetivo analisar a influência da variação da temperatura e, consequentemente, da viscosidade do fluido lubrificante sobre o comportamento de mancais axiais lubrificados de geometria fixa. Foi implementado numericamente, para isto, um modelo termohidrodinâmico (THD) baseado na resolução da Equação de Reynolds generalizada e da Equação de Energia através do Método dos Volumes Finitos (MVF), permitindo a obtenção da distribuição de pressão e da distribuição de temperatura ao longo do filme de óleo presente entre o mancal estacionário e o colar do eixo em movimento. Os resultados de capacidade de carga axial do mancal e o seu comportamento dinâmico, cuja análise é feita através dos coeficientes equivalentes de rigidez e amortecimento do lubrificante, são comparados com os resultados obtidos através de um modelo exclusivamente hidrodinâmico (HD), isotérmico e isoviscoso, previamente desenvolvido, buscando-se compreender o grau de influência da variação da temperatura na análise de mancais deste tipo. A influência de uma gama de parâmetros geométricos envolvidos, tais como comprimento angular da rampa e do segmento e inclinação da rampa, também é analisada, com o objetivo de se definir parâmetros geométricos ótimos do mancal que resultam em uma maior capacidade de carga axial. A influência de parâmetros de operação, tais como velocidade de rotação e espessura mínima de fluido, também é analisada. Resultados experimentais obtidos através de uma bancada de testes montada com um turbocompressor são utilizados para se validar os resultados do modelo implementado numericamente e analisar o comportamento de um sistema real capaz de funcionar a velocidades de rotação muito altas e sujeito a esforços axiais abruptos e elevados / Abstract: The main aim of this work is to analyse the influence of the temperature variation and, as consequence, the viscosity variation of the lubricant fluid on the behaviour of lubricated fixed-geometry thrust bearings. For this purpose, a thermohydrodynamic (THD) model, based on the solution of the Generalized Reynolds¿ Equation and of the Energy Equation by use of a Finite Volume Method, was developed, enabling the calculation of both pressure and temperature distribution along the fluid film present between the stationary bearing and the rotating collar. The results of axial load capacity of the bearing and its dynamic behaviour, characterised by the equivalent stiffness and damping coefficients, are compared to the results obtained by a previously developed purely hydrodynamic (HD), isothermal and isoviscous model, with the objective of understanding the influence of the temperature variation on the analysis of this type of bearings. The influence of several geometric parameters, such as pad length, ramp length and slope of the ramp, is also analysed, with the objective of defining the optimum values that lead to a higher load capacity. Also, the influence of operating parameters as speed and minimum film thickness on the behaviour of the system is studied. Experimental results, obtained at a test rig mounted with a small turbocharger are used to validate the simulated results and analyse the behaviour of a real system, capable of supporting high speeds of rotation and severe and abrupt external loads / Doutorado / Mecanica dos Sólidos e Projeto Mecanico / Mestre em Engenharia Mecânica

Orientador: Milton Mori / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Quimica / Made available in DSpace on 2018-09-11T21:07:59Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Bastos_JaciCarloSchrammCamara_M.pdf: 4360168 bytes, checksum: 100c57a7c93213cf37fcdab4ee05e24f (MD5) Previous issue date: 2005 / Resumo: A presente pesquisa apresenta a modelagem matemática e a simulação de uma operação de fluidização rápida em um longo duto cilíndrico vertical, operação importante em vários processos industriais, sendo que sua principal aplicação está vinculada ao craqueamento catalítico do petróleo para a conversão em gasolina. Tem como objetivos a obtenção de uma compreensão contínua e o conhecimento do desenvolvimento do escoamento gás-sólido, bem como a soma de experiências às pesquisas em escala industrial motivados pela possível predição do desempenho deste tipo de escoamento. O modelo tridimensional, turbulento e bifásico usado para a predição do escoamento gás-sólido, consiste num conjunto de equações de conservação da massa e momento para cada uma das fases, formuladas seguindo a aproximação Euleriana-Euleriana. As variáveis fluidodinâmicas foram estimadas pela solução do modelo, com o emprego de correlações empíricas da literatura e disponibilizadas pelo código computacional de CFD, para garantir o fechamento do modelo e sua solução numérica. Desde de que a predição da dinâmica do escoamento complexo, em dutos com alto fluxo ascendente de sólidos não é possível por meio somente de equações fundamentais, a maioria dos modelos requerem entradas empíricas, as quais somente são adquiridas com a experimentação. Estes dados foram obtidos dos estudos de PÄRSSINEN e ZHU (2001). A geometria e a malha numérica estrutural do duto vertical foram geradas pelo software (CAD) ICEM, subdividido em DDN (geometria) e Hexa (malha). A adaptação do modelo matemático para a geração do modelo numérico foi alcançada com o uso do simulador comercial CFX 5.7. Os resultados obtidos foram avaliados com respeito à teoria apresentada ao longo da dissertação, sendo finalmente feita uma comparação entre as predições numéricas com o modelo e dados experimentais da literatura / Abstract: The present research presents the mathematical modeling and the simulation of an operation of fast fluidization in a long vertical cylindrical duct line, which is an important operation in many industrial processes, where its main application is tied with the catalytic cracking of oil for gasoline synthesis. It has as objective the attainment of a continuous understanding and knowledge of the development of the gas-solid flow, as well as adding of experiences to research of industrial scale equipments motivated by the possibility of prediction of the performance of this type of flow. The three-dimensional, turbulent and two-phase model used for the prediction of the gas-solid flow, consists of a set of conservation equations of mass and momentum for each phase, which was formulated following the Eulerian-Eulerian approach. The fluid dynamics variables was estimated by the solution of the model with the use of correlations found in the literature and available in the computational CFD code, in order to guarantee the closure of the model and its numerical solution. Since the prediction of the dynamics of the complex flow in ducts with high ascending solid flow is not possible by solely using the basic equations, the majority of the models require the setting empirical, parameters which are acquired only with experimentation. These data were obtained from the studies of PÄRSSINEN and ZHU (2001). The geometry and the structural numerical mesh of the vertical duct was generated by the software (CAD) ICEM, subdivided in DDN (geometry) and Hexa (meshing). The adaptation of the mathematical model for the numerical model generation was reached with the use of the commercial simulator CFX 5.7. The results were evaluated with respect to the theory presented along this dissertation, where comparisons between the numerical predictions with the model and experimental data from the literature were performed. / Mestrado / Desenvolvimento de Processos Químicos / Mestre em Engenharia Química

Este trabalho visa o estudo de uma metodologia de simulação numérica aplicada ao processo de troca térmica do motor de um veículo de passeio. O processo de troca térmica é essencial para evitar o superaquecimento do motor, que provoca o rompimento do filme de óleo lubrificante dos pistões e, conseqüentemente, o seu travamento. Essa metodologia será útil nos estudos preliminares do sistema de arrefecimento de um veículo na fase inicial de projeto por meio de simulações virtuais, o que possibilitará a redução de protótipos, além de proporcionar um ganho em tempo de resposta. A metodologia utiliza um programa comercial de CFD para a simulação do processo de troca térmica no interior do compartimento do motor do veículo. As simulações foram realizadas com base nos testes físicos em túnel de vento que fazem parte do desenvolvimento e projeto de automóveis em condições de operação que representam situações críticas integrantes da vida operacional. Essas condições operacionais de teste, tais como a velocidade do veículo, as cargas térmicas, a potência dos ventiladores e outros parâmetros foram utilizadas como condições de contorno na validação do modelo do veículo. O processo de validação de modelos é composto por: validações de itens isolados do sistema de arrefecimento, avaliação do efeito da densidade de malha computacional de um modelo completo na vazão de ar nos trocadores de calor e simplificações no modelo para a redução do tempo de processamento. Neste trabalho três modelos distintos de veículos foram utilizados, sendo que dois deles para a validação na comparação com os resultados de túnel vento, enquanto o terceiro modelo foi utilizado para a validação da metodologia através de comparações com os dados obtidos nos testes em pista circular. Os resultados das simulações mostraram variações máximas de 5,5% na temperatura do líquido de arrefecimento na entrada do radiador em relação aos testes. A metodologia de simulação mostrou ser uma poderosa ferramenta de otimização durante a fase de desenvolvimento do projeto e complementando os testes físicos para o sistema de arrefecimento veicular. / The present work is applied to a development of a numerical simulation methodology for a passenger vehicle engine cooling process. The heat exchange process is essential to avoid the engine overheat which may result in the piston oil film separation and consequently its halt. This methodology will be useful for the preliminary studies of the cooling system at the initial phase through the virtual simulations which can reduce the number of prototypes and save proposals\' time response. The methodology uses commercial CFD software for airflow simulation and the thermal process at under hood. The simulations were based on the physical wind tunnel tests that are part of the automotive development, with operational conditions representing critical situations experienced by a vehicle in its operating life. The test conditions, such as vehicle speed, thermal loads, fan power and other parameters were used as the boundary conditions for the model validation. The validation process is based on the following phases: validation of the isolated cooling system components, the effect of mesh density at cooling airflow using a complete vehicle model and model simplification in order to improve the processing time. In this work development, three different models were used; two of them for validation with test tunnel data and the third, was used for methodology validation through the circular road test. The simulation results for tunnel and circular road showed 5.5% of differences for the radiator coolant inlet temperature when compared with physical tests. The methodology of the simulation is a powerful tool for optimization during the development phase and complementing the physical tests for the vehicle cooling systems.

Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / Este trabalho apresenta um estudo teórico e numérico sobre os erros que ocorrem nos cálculos de gradientes em malhas não estruturadas constituídas pelo diagrama de Voronoi, malhas estas, formadas também pela triangulação de Delaunay. As malhas adotadas, no trabalho, foram as malhas cartesianas e as malhas triangulares, esta última é gerada pela divisão de um quadrado em dois ou quatro triângulos iguais. Para tal análise, adotamos a escolha de três metodologias distintas para o cálculo dos gradientes: método de Green Gauss, método do Mínimo Resíduo Quadrático e método da Média do Gradiente Projetado Corrigido. O texto se baseia em dois enfoques principais: mostrar que as equações de erros dadas pelos gradientes podem ser semelhantes, porém com sinais opostos, para pontos de cálculos em volumes vizinhos e que a ordem do erro das equações analíticas pode ser melhorada em malhas uniformes quando comparada as não uniformes, nos casos unidimensionais, e quando analisada na face de tais volumes vizinhos nos casos bidimensionais. / This work presents a theoretical and numerical study on the errors that occur in the calculation of gradients on unstructured meshes Voronoi type, these meshes, also formed by Delaunay triangulation. The meshes adopted in the work were cartesian and triangular meshes, the latter is formed by dividing a square in two or four equal triangles. For this analysis, we adopt the choice of three different methodologies for the calculation of gradients: Green Gauss method, weighted least-squares method and mean value of the projected gradients method. The text is based on two main approaches: to show that the equations of errors given by the gradients may be similar, but with opposite signs, for calculation point in opposite volumes. And show that the order of the error of the analytical equations can be improved in uniform mesh when compared to not uniform, the one-dimensional case, and when viewed from the opposite face of such volumes for the two-dimensional case.

A presente dissertação tem como objetivo analisar o comportamento da solução numérica da equação de difusão anômala com distribuição de fluxo bimodal, no regime estacionário, através de dois métodos numéricos. Foram desenvolvidos modelos utilizando o Método de Elementos Finitos e o Método de Volumes Finitos para a solução numérica desta equação. No modelo do Método de Elementos Finitos utilizou-se polinômios cúbicos de Hermite como funções de interpolação. No modelo de Volumes Finitos foi utilizada uma discretização de ordem superior para a avaliação das derivadas da equação em estudo. Em ambos os métodos, os modelos desenvolvidos consideram a utilização de diferentes tipos de condições de contorno para a solução do problema. Foram analisadas as influências de parâmetros da equação, das condições de contorno e do refinamento da malha na solução numérica. Os resultados apresentam a análise de erros da solução numérica através da comparação desta com a solução analítica.