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Ensaio experimental e análise numérica do escoamento em uma contração.

Raniere Diniz de Paula 00 December 1997 (has links)
O presente trabalho tem por finalidade a análise do escoamento em uma contração tipo "boca de sino" dimensionada segundo critérios de projeto de túneis aerodinâmicos e instalada na entrada de um duto de seção retangular com razão de aspecto igual a oito. No aparato experimental, a vazão foi medida através da varredura de um tubo de Pitot e de um anemômetro de fio quente localizados em uma posição à jusante da contração e também com um rotâmetro. na contração foi medido o diferencial de pressão entre a entrada e a saída. Os resultados experimentais foram obtidos na faixa de números de Reynolds desde 15.000 atée 67.000. Observou-se uma boa concordância entre as vazões medidas através da contração e pela varredura do tubo de Pitot para números de Reynolds acima de 30.000. Com o intuito de analisar o escoamento através da contração nesta faixa de número de Reynolds, foram obtidos resultados numéricos utilizando-se uma técnica numérica de elementos finitos (ANSYS-FLOTRAN) utilizando uma malha de 14.796 nós (14.350 elementos) em um domínio considerando a simetria do escoamento. Para calcular a viscosidade turbulenta foi utilizado o modelo k-e padrão. Comparando-se os resultados para a vazão, verificou-se uma boa concordância entre os valores experimentais obtidos através da contração e numéricos em toda a faixa de números de Reynolds analisados neste trabalho. Para números de Reynolds acima de 30.000 obteve-se também uma boa concordância entre os resultados numéricos e os obtidos pela varredura do tubo de Pitot.
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Numerical study of wings with wavy leading and trailing edges. / Estudo numérico de asas com bordos de ataque e de fuga ondulados.

Serson, Douglas 19 December 2016 (has links)
Inspired by the pectoral flippers of the humpback whale, the use of spanwise waviness in wings has been considered in the literature as a possible way of delaying the stall, and possibly also reducing the drag coefficient, allowing for improved aerodynamic characteristics. In order to provide a better understanding of this flow control mechanism, the present work investigates numerically the effect of the waviness on the flow around infinite wings with a NACA0012 profile. The study consists of direct numerical simulations employing the spectral/hp method, which is available through the nektar++ library. Considering the high computational cost of the simulations performed, several improvements were introduced to the method, making it more efficient and allowing higher Reynolds numbers to be analysed. These improvements to the method include a coordinate transformation technique to treat the waviness, changes to the parallelism strategy, and an adaptive polynomial order refinement procedure. Initially, simulations were performed for a very low value of the Reynolds number Re = 1, 000, allowing the three-dimensional flow structures to be observed in de- tail. In this case, the results show that the waviness leads to a decrease in the lift-to-drag ratio, accompanied by a strong reduction in the fluctuations of the lift force. The reduction in the lift-to-drag ratio is the combined effect of lower drag and lift forces, and is associated with a regime where the flow remains attached behind the peaks of the leading edge while there are distinct regions of flow separation behind the troughs. Then, simulations with Re = 10, 000 were considered. For high angles of attack, the results for this case are similar to the lower Re, with the waviness leading to separation behind the troughs and reducing both the lift and the drag. However, for a lower angle of attack the waviness leads to a large increase in the lift coefficient. This was observed to be related to the fact that flow around the straight wing is laminar in this case, with the waviness inducing transition to a turbulent state. Finally, the case Re = 50, 000 was considered, with the results showing a good agreement with experiments presented in the literature. / Inspirado na nadadeira peitoral da baleia jubarte, o uso de ondulações ao longo da envergadura de asas tem sido considerado na literatura como uma possível maneira de atrasar o estol, e possivelmente também reduzir o arrasto, levando a melhores características aerodinâmicas. Com o objetivo de obter um melhor entendimento desse mecanismo de controle do escoamento, o presente trabalho investiga numericamente o efeito de ondulações no escoamento ao redor de asas infinitas com o perfil NACA0012. O estudo consiste de simulações diretas do escoamento usando o método espectral/hp, que está disponível através da biblioteca nektar++. Considerando o alto custo computacional das simulações realizadas, diversas melhorias foram introduzidas no método, tornando-o mais eficiente e permitindo que números de Reynolds mais elevados fossem analisados. Essas melhorias ao método incluem uma técnica de mudança de coordenadas para tratar a ondulação, mudanças na estratégia de paralelismo e um procedimento de refinamento usando ordem polinomial variável. Inicialmente, simulações foram realizadas para um número de Reynolds muito baixo Re = 1, 000, o que permitiu observar as estruturas tridimensionais do escoamento em detalhe. Nesse caso, os resultados mostram que a ondulação leva a uma diminuição da razão sustentação-arrasto, combinada com uma forte redução das flutuações da força de sustentação. A redução da razão sustentação-arrasto é consequência de uma combinação de arrasto e sustentação mais baixos e está associada a um regime no qual o escoamento permanece colado atrás dos picos do bordo de ataque, enquanto que regiões distintas de escoamento separado estão presentes atrás dos vales. Em seguida, simulações com Re = 10, 000 foram consideradas. Para ângulos de ataque elevados, os resultados neste caso são similares àqueles com Re mais baixo, com a ondulação levando a separação atrás dos vales e provocando reduções na sustentação e no arrasto. No entanto, para um ângulo de ataque mais baixo a ondulação leva a um grande aumento na força de sustentação. Foi observado que isso está relacionado ao fato de que o escoamento ao redor da asa lisa é laminar neste caso, com a ondulação induzindo a transição para um estado turbulento. Finalmente, o caso Re = 50, 000 foi considerado, com os resultados apresentando uma boa concordância com experimentos apresentados na literatura.
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Análise de um modelo matemático de condução-convecção do tipo campo de fases para solidificação

VAZ, Cristina Lúcia Dias 28 February 2000 (has links)
Submitted by Edisangela Bastos (edisangela@ufpa.br) on 2018-04-12T18:50:10Z No. of bitstreams: 2 license_rdf: 0 bytes, checksum: d41d8cd98f00b204e9800998ecf8427e (MD5) Tese_AnaliseModeloMatematico.pdf: 3802693 bytes, checksum: 35fe4e7bdde1e9a2916a55196f6567c5 (MD5) / Approved for entry into archive by Edisangela Bastos (edisangela@ufpa.br) on 2018-05-04T14:14:07Z (GMT) No. of bitstreams: 2 license_rdf: 0 bytes, checksum: d41d8cd98f00b204e9800998ecf8427e (MD5) Tese_AnaliseModeloMatematico.pdf: 3802693 bytes, checksum: 35fe4e7bdde1e9a2916a55196f6567c5 (MD5) / Made available in DSpace on 2018-05-04T14:14:07Z (GMT). No. of bitstreams: 2 license_rdf: 0 bytes, checksum: d41d8cd98f00b204e9800998ecf8427e (MD5) Tese_AnaliseModeloMatematico.pdf: 3802693 bytes, checksum: 35fe4e7bdde1e9a2916a55196f6567c5 (MD5) Previous issue date: 2000-02-28 / Neste trabalho apresentaremos resultados de existência e regularidade das soluções de alguns modelos matemáticos relativamente simples (primeiras aproximações) de condução-convecção do tipo campo de fases que tratam problemas de solidificação de materiais puros ou impuros (ligas). A característica fundamental dos modelos tratados neste trabalho é que o indicador das fases, a fração sólida, dependerá apenas do campo de fases. Para o caso de ligas binárias obtivemos a existência de soluções apenas quando a concentração inicial do soluto é suficientemente pequena (isto é, para materiais dopantes). Estes modelos são governados pela equação do campo de fases, pela equação do calor e/ou a equação da concentração, acopladas com as equações de Navier-Stokes modificadas por um termo fonte que simula a zona mushy (interface líquido/sóli.so) como um meio poroso. Para tratarmos tal sistema, procedemos da seguinte forma: primeiramente o sistema é adequadamente regularizado e uma sequência de soluções aproximadas é obtida aplicando-se o Teorema de ponto fixo de Leray-Schauder. Depois, por um processo de passagem ao limite nas equações regularizadas, obtemos uma solução usando argumentos de compacidade. A seguir, por argumentos de bootstraping, prova-se que a solução é de fato mais regular do que inicialmente considerada. / In this work we present results on existence and regularity of solutions of some conduction-convection models of phase-field type for solidification of either pure or impure (alloy) materiaIs. The essential characteristic of this models is that the solid fraction has a functional relation only with the phase field. For binary alloy solidification we are able to prove the existence of solutions only when the initial solute concentration is sufficiently small (that is, for dopant materiaIs.). The governing equations of the model are the phase field equation, the heat equation and/or solute equation coupled with a modified Navier-Stokes equations whose source term simulates the mushy region as a porous medium. Existence and regularity of the corresponding solutions are obtained as follows: firstly, the problem is adequately regularized and a sequence of regularized solutions is obtained using the Leray-Schauder's fixed point theorem. Then, by using compactness arguments, one proves that this sequence has a limit point which is a solution of the original problem. The corresponding regularity is obtained using bootstraping arguments.
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Implicit and semi-implicit techniques for the compositional petroleum reservoir simulation based on volume balance

Fernandes, Bruno Ramon Batista 26 June 2014 (has links)
FERNANDES, B. R. B. Implicit and semi-implicit techniques for the compositional petroleum reservoir simulation based on volume balance. 2014. 167 f. Dissertação (Mestrado em Engenharia Química) - Centro de Tecnologia, Universidade Federal do Ceará, Fortaleza, 2014. / Submitted by Marlene Sousa (mmarlene@ufc.br) on 2015-02-25T12:58:46Z No. of bitstreams: 1 2014_dis_brbfernandes.pdf: 7978835 bytes, checksum: c09f3f36ed47d0d4733bed811d217c87 (MD5) / Approved for entry into archive by Marlene Sousa(mmarlene@ufc.br) on 2015-02-26T13:46:25Z (GMT) No. of bitstreams: 1 2014_dis_brbfernandes.pdf: 7978835 bytes, checksum: c09f3f36ed47d0d4733bed811d217c87 (MD5) / Made available in DSpace on 2015-02-26T13:46:25Z (GMT). No. of bitstreams: 1 2014_dis_brbfernandes.pdf: 7978835 bytes, checksum: c09f3f36ed47d0d4733bed811d217c87 (MD5) Previous issue date: 2014-06-26 / In reservoir simulation, the compositional model is one of the most used models for enhanced oil recovery. However, the physical model involves a large number of equations with a very complex interplay between equations. The model is basically composed of balance equations and equilibrium constraints. The way these equations are solved, the degree of implicitness, the selection of the primary equations, primary and secondary variables have a great impact on the computation time. In order to verify these effects, this work proposes the implementation and comparison of some implicit and semi-implicit methods. The following formulations are tested: an IMPEC (implicit pressure, explicit composition), an IMPSAT (implicit pressure and saturations), and two fully implicit formulations, in which one these formulations is being proposed in this work. However, the literature reports some intrinsic inconsistencies of the IMPSAT formulation mentioned. In order to verify it, an iterative IMPSAT is implemented to check the quality of the IMPSAT method previously mentioned. The finite volume method is used to discretize the formulations using Cartesian grids and unstructured grids in conjunction with the EbFVM (Element based finite volume method) for 2D and 3D reservoirs. The implementations have been performed in the UTCOMP simulator from the University of Texas at Austin. The results of several case studies are compared in terms of volumetric oil and gas rates and the total CPU time. It was verified that the FI approaches increase their performance, when compared to the other approaches, as the grid is refined. A good performance was observed for the IMPSAT approach when compared to the IMPEC formulation. However, as more complex stencils are used, the IMPSAT performance reduces. / Em simulação de reservatórios, o modelo composicional é um dos mais usados para a recuperação avançada de petróleo. Entretanto, o modelo físico envolve um grande número de equações com uma complexa interelação entre elas. O modelo é basicamente composto por equações de balanço e restrições de equilíbrio. A forma como essas equações são resolvidas como, o grau de implicitude, a seleção das equações primárias, variáveis primárias e secundárias tem um grande impacto no tempo de computação. Com o intuito de verificar esse efeito, esse trabalho propõe a implementação e comparação de alguns métodos implícitos e semi-implícitos. As seguintes formulações são testadas: uma IMPEC (implicit pressure, explicit composition), uma IMPSAT (implicit pressure and saturations), e duas formulações totalmente implicitas, das quais uma destas está sendo proposta neste trabalho. Entretanto, a literatura relata algumas inconsistências intrínsecas da formulação IMPSAT mencionada. Para verificar isso, um IMPSAT iterativo foi implementado para verificar a qualidade nos resultados do método IMPSAT préviamente mencionado. O método de volumes finitos é usado para discretizar as formulações usando malhas Cartesianas e não-estruturadas em conjunto com o EbFVM (Element based finite volume method) para reservatórios 2D e 3D. A implementação foi realizada no simulador UTCOMP da Univeristy of Texas at Austin. Os resultados de diversos casos de estudo são comparados em termos das vazões volumétricas de óleo e gás e do tempo total de CPU. Verificou-se que as abordagens totalmente implícitas melhoram sua performance, quando comparado com os demais métodos, a medidaque a malha é refinada. Um bom desempenho foi observado para as formulações IMPSAT quando comparadas com a formulação IMPEC. Entretando, com o uso de conexões mais complexas entre os blocos da malha, o desempho da formulação IMPSAT reduziu.
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Solução das equações de Navier-Stokes e da equação de transporte por um método de elementos finitos estabilizado pela técnica de separação baseada na característica

Baggio, Gustavo Aparecido Pita [UNESP] 08 July 2015 (has links) (PDF)
Made available in DSpace on 2015-12-10T14:23:55Z (GMT). No. of bitstreams: 0 Previous issue date: 2015-07-08. Added 1 bitstream(s) on 2015-12-10T14:30:00Z : No. of bitstreams: 1 000853535.pdf: 3830279 bytes, checksum: 808e22162a974efb82537b4b5a583580 (MD5) / O método clássico de elementos finitos denominado de método de Bubnov-Galerkin ou Método de Galerkin (GFEM) é ótimo para solução de problemas difusivos, entretanto, para o caso de problemas com convecção dominante como ocorre em muitos problemas de escoamentos de fluidos, o GFEM produz soluções oscilantes para altos números de Reynolds. Diversas técnicas têm sido associadas à discretização dos termos convectivos nas equações de Navier-Stokes para remediar a deficiência do GFEM. Uma destas técnicas é denominada na literatura de separação baseada na característica (em inglês CBS - Characteristic Based Split), e tem sido aplicada com sucesso para estabilização das soluções de problemas convectivos usando o GFEM. Neste trabalho, o GFEM associado ao esquema CBS será aplicado para simulação de casos de escoamentos incompressíveis bidimensionais e tridimensionais / The classical finite element method called the method of Bubnov-Galerkin or Galerkin Method (GFEM) is optimum for solving diffusion problems, however, in case of problems with dominant convection as in many problems of fluid flow, the GFEM produces oscillating solutions for high Reynolds numbers. Several techniques have been associated with the discretization of the convective terms in the Navier-Stokes equations to remedy the deficiency of GFEM. One of such techniques is denominated in literature as Characteristic Based Split (CBS) and has been applied successfully to stabilize the solutions of convective problems using GFEM. In this work, the GFEM associated with the Characteristic Based Split (CBS) scheme will be applied to simulate two and three-dimensional incompressible fluid flows
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Boa colocação das equações de Navier-Stokes em espaços de Morrey /

Amaral, Sabrina Suelen. January 2017 (has links)
Orientador: Juliana Conceição Precioso Pereira / Banca: Waldemar Donizete Bastos / Banca: Lidiane dos Santos Monteiro Lima / Resumo: Neste trabalho analisamos as equações de Navier-Stokes em R^n, (n≤3) e mostramos boa colocação global, quando a velocidade inicial pertence ao espaço de Morrey e tem norma suficientemente pequena. Mostramos, também, que se o dado inicial é uma função homogênea de grau -1 então as soluções mild são autossimilares. Além disso, apresentamos um resultado de estabilidade assintótica das soluções mild / Abstract: In this work we will analyze the Navier-Stokes equations in R n, (n ≥ 3) and we will show global well-posedness, when the initial velocity belongs to the Morrey space M p, λ and with a sufficiently small norm. We will also show that if the initial data is a homogeneous function of degree −1, then the mild solutions are self-similar. Moreover, we will present an asymptotic stability result of the mild solutions / Mestre
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Algumas soluções do problema de difusão com sumidouro

Rosada Granados, Mario Rene 06 1900 (has links)
Submitted by maria angelica Varella (angelica@sibi.ufrj.br) on 2018-01-09T12:44:39Z No. of bitstreams: 1 125007.pdf: 749052 bytes, checksum: f7f5a8af5bdabaf370bd0911a3046455 (MD5) / Made available in DSpace on 2018-01-09T12:44:39Z (GMT). No. of bitstreams: 1 125007.pdf: 749052 bytes, checksum: f7f5a8af5bdabaf370bd0911a3046455 (MD5) Previous issue date: 1971-06 / Estuda o problema da difusão com sumidouro quando a capacidade de absorção do sumidouro depende não linearmente da concentração da substância que se difunde. Visto que a equação que descreve este processo, apresenta dificuldades insuperáveis para se resolver analiticamente, vimo-nos obrigados a obter algumas soluções particulares que de certa maneira permitem julgar a influência da não linearidade, sobre o processo considerado. Inicialmente obteve-se a solução analítica geral do tipo de onda progressiva para logo após analisar e resolver o caso particular em que a capacidade de absorção do sumidouro esta dada por uma potência “n+1” da concentração da substância que se difunde. Finalmente obteve-se a solução numérica quando a concentração C = C ( x/t ) havendo-se usado para isso o método Runge – Kutta. / Studied the problem of the diffusion with sink when the capacity of the absorption of the sink depends non - linearly of the concentration of the substance which diffuses. In view that the equation that describes this process presents insuperable difficulties to resolve analitically we saw ourselves forced to obtain some particular solutions that in a certain way allow us to judge the influence of the non - linearity on the considered process. Initially it had been obtained the general analytic solution of the progressive wave type in order to inmediately after analyse an resolve the particular case in which the absorption capacity of the sink had been given for one exponent "n+1" of the concentration of the substance which diffuses. Finally we obtained the numerical solution when the concentration C = C (x/t) using for that Runge - Kutta's method. / Estudió el problema de la difusión consumidor cuando la capacidad de absorcion del sumidor depende no - linearmente de la concentracion de la substancia que se difunde. En vista que la ecuacion que describe este proceso presenta dificultades insuperables para ser resuelta analiticamente, nos vimos obligados a obtener algunas soluciones particulares que de cierto modo permiten juzgar la influencia de la no - linearidad sobre el proceso considerado. Inicialmente se obtuvo la solucion analítica general del tipo de "Onda Progresiva" para luego después analizar y resolver el caso particular en que la capacidad de absorción del sumidor está dada por una potencia "n+1" de la concentración de la substancia que se difunde. Finalmente se obtuvo la solución numérica cuando la concentración C = C (x/t) habiéndose usado para ello el método de Runge – Kutta.
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Projeto térmico de trocadores de calor resfriados a ar

Silva, Diomedes Cesário da 08 1900 (has links)
Submitted by maria angelica Varella (angelica@sibi.ufrj.br) on 2018-02-20T14:46:51Z No. of bitstreams: 1 154045.pdf: 962457 bytes, checksum: 997eb692c816e14c9433a1af88ff3e35 (MD5) / Made available in DSpace on 2018-02-20T14:46:52Z (GMT). No. of bitstreams: 1 154045.pdf: 962457 bytes, checksum: 997eb692c816e14c9433a1af88ff3e35 (MD5) Previous issue date: 1980-08 / A escassez e os custos de tratamento de água de resfriamento, em indústrias de petróleo e petroquímica, tem levado à utilização crescente dos trocadores de calor resfriados a ar. No projeto destes equipamentos são comumente utilizados os métodos estimativo e global de cálculo. Neste trabalho são mostrados os métodos existentes e é apresentado o método passo-a-passo que considera o feixe tubular dividido em pequenos segmentos e, utilizando os recursos de computação, efetua os cálculos partindo das temperaturas de saída do fluido de trabalho e de entrada do ar e das dimensões do equipamento. O método passo-a-passo é mais rigoroso e permite considerar nos cálculos diversos fatores como velocidades não uniformes de ar na entrada do feixe, variações das propriedades físicas dos fluidos com a temperatura e mudança do regime de escoamento do fluido no interior dos tubos. Para os equipamentos examinados, operando com vários fluidos de trabalho como óleo pobre, gasóleo leve, nafta leve, querosene, verificou-se que para aqueles cujas propriedades físicas variavam sensivelmente com a temperatura, notadamente a viscosidade, os resultados obtidos pelos dois métodos apresentam diferenças sensíveis. Tais discrepâncias são ainda maiores se for usado um perfil de velocidade de ar não uniforme. Em situações onde o fluido de processo apresenta um regime de escoamento variável, foram obtidas diferenças razoáveis na quantidade de calor trocado. Para a água, os valores dos dois métodos são aproximadamente iguais, mesmo para perfis não uniformes de velocidades de ar. O método passo-a-passo é mais preciso e possibilita uma visualização da troca térmica e da perda de carga ao longo do feixe tubular sendo assim um poderoso instrumental para o projeto e análise do desempenho de trocadores resfriados a ar. / The scarcity and the treatment costs of the water cooling, in the petroleum and petrochemical industries, are increasing the use of the air cooled heat exchangers. Exchangers designing usualy utilize the estimate and global methods. This paper shows these methods and presents a new approach for this design, called "stepping method'', which consider the tube bundle divided in small segments and utilizing the computer recourses, excutes the calculations starting from the exit process fluid temperature, inlet air temperature and equipment dimensions. The stepping method is more rigorous and permits to consider in the calculations the nonuniformities in the facial air velocities, ~hysical properties variations with temperature and change in tube side flow. ln the equipments analysed, operating with various fluids like pioor oil,light gasoil, light naphta, kerosene, are verified that the fluids whose properties change greatly with the temperature specially the viscosity the results obtained by the two methods present great differences. This discreppance is still greater if a nonuniform air velocity distribution is used. In situations where the process fluid presents a variation in the pattern flow the duties difference is also considerable. The results obtained are practically equals, when the fluid is water, even for nonuniform air distribution. The stepping method is more rigorous and make possible a visualization of the heat transfer and pressure drop along tube bundle, being then a powerful method for the designing and performance analysis of the air cooled heat exchangers.
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Coeficientes de perda de carga em válvulas e acessórios no escoamento de fluídos não-newtonianos puramente viscosos e viscoelásticos /

Polizelli, Marcos Alexandre. January 2003 (has links)
Resumo: Neste trabalho foram obtidos coeficientes de perda de carga para válvulas e acessórios no escoamento de soluções aquosas modelo de bentonita, goma xantana e sacarose. Na determinação das propriedades reológicas das soluções foi usado um reômetro tipo Searle. Os dados experimentais foram ajustados aos modelos de Ostwald-de Waele, Bingham e Herschel-Bulkley, para as soluções consideradas puramente viscosas, e para a solução considerada viscoelástica foi ajustado o modelo de Carreau. Nos estudos de perda de carga foram usados os seguintes acessórios e válvulas: válvula borboleta com diferentes ângulos de abertura, válvula macho totalmente aberta e aberta pela metade, união e curvas de 180°, 90° e 45°. Todas as válvulas e acessórios são do tipo sanitário, construídos em aço inoxidável. O equipamento usado para as medidas experimentais de perda de carga foi calibrado previamente com etileno glicol. Para fluidos puramente viscosos, os coeficientes de perda de carga foram ajustados pelo método dos dois-ks, e para o fluido viscoelástico os mesmos coeficientes, foram ajustados a um modelo proposto neste trabalho. Os coeficientes de determinação, r2, para os ajustes ficaram entre 0,964 e 0,999 e, 0,636 e 0,997 para escoamento laminar e turbulento de fluidos puramente viscosos respectivamente e entre 0,804 e 0,999 para o fluido viscoelástico. O equipamento apresentou resultados experimentais melhores no regime laminar de escoamento. / Abstract: In this work pressure drop coefficients were obtained in different fittings and valves in flow aqueous solution of bentonite, xanthan gum and sucrose. For the determination of rheological properties of the solutions a viscometer Searle was used. The experimental data were fitting to the Ostwald-de Waele, Bingham and Herschel-Bulkley models, for viscous fluids, and Carreau model for viscoelastic fluids. In the studies of friction losses the following fittings and valves were used: butterfly valve with different opening angles, plug valve totally opened and opened half, union and bends of 180°, 90° and 45°. All of the valves and fittings are of the sanitary type, manufactured in stainless steel. The apparatus used for the experimental measurements of pressure drop was previously calibrated with etileno glicol. The coefficients were adjusted by two-ks method, for purely viscous fluids, and by a proposed model in this work for viscoelastic fluid. The determination coefficients, r2, ranged from 0.964 to 0.999 and 0.636 to 0.997 for laminar and turbulent flow of viscous fluids, respectively, and from 0.804 to 0.999 for viscoelastic fluid. The apparatus and the calculus and fitting methods shown better performance to laminar flow. / Orientador: Javier Telis Romero / Coorientador: Florência Cecilia Menegalli / Banca: Carmen Cecília Tadini / Banca: José Francisco Lopes Filho / Mestre
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Numerical study of wings with wavy leading and trailing edges. / Estudo numérico de asas com bordos de ataque e de fuga ondulados.

Douglas Serson 19 December 2016 (has links)
Inspired by the pectoral flippers of the humpback whale, the use of spanwise waviness in wings has been considered in the literature as a possible way of delaying the stall, and possibly also reducing the drag coefficient, allowing for improved aerodynamic characteristics. In order to provide a better understanding of this flow control mechanism, the present work investigates numerically the effect of the waviness on the flow around infinite wings with a NACA0012 profile. The study consists of direct numerical simulations employing the spectral/hp method, which is available through the nektar++ library. Considering the high computational cost of the simulations performed, several improvements were introduced to the method, making it more efficient and allowing higher Reynolds numbers to be analysed. These improvements to the method include a coordinate transformation technique to treat the waviness, changes to the parallelism strategy, and an adaptive polynomial order refinement procedure. Initially, simulations were performed for a very low value of the Reynolds number Re = 1, 000, allowing the three-dimensional flow structures to be observed in de- tail. In this case, the results show that the waviness leads to a decrease in the lift-to-drag ratio, accompanied by a strong reduction in the fluctuations of the lift force. The reduction in the lift-to-drag ratio is the combined effect of lower drag and lift forces, and is associated with a regime where the flow remains attached behind the peaks of the leading edge while there are distinct regions of flow separation behind the troughs. Then, simulations with Re = 10, 000 were considered. For high angles of attack, the results for this case are similar to the lower Re, with the waviness leading to separation behind the troughs and reducing both the lift and the drag. However, for a lower angle of attack the waviness leads to a large increase in the lift coefficient. This was observed to be related to the fact that flow around the straight wing is laminar in this case, with the waviness inducing transition to a turbulent state. Finally, the case Re = 50, 000 was considered, with the results showing a good agreement with experiments presented in the literature. / Inspirado na nadadeira peitoral da baleia jubarte, o uso de ondulações ao longo da envergadura de asas tem sido considerado na literatura como uma possível maneira de atrasar o estol, e possivelmente também reduzir o arrasto, levando a melhores características aerodinâmicas. Com o objetivo de obter um melhor entendimento desse mecanismo de controle do escoamento, o presente trabalho investiga numericamente o efeito de ondulações no escoamento ao redor de asas infinitas com o perfil NACA0012. O estudo consiste de simulações diretas do escoamento usando o método espectral/hp, que está disponível através da biblioteca nektar++. Considerando o alto custo computacional das simulações realizadas, diversas melhorias foram introduzidas no método, tornando-o mais eficiente e permitindo que números de Reynolds mais elevados fossem analisados. Essas melhorias ao método incluem uma técnica de mudança de coordenadas para tratar a ondulação, mudanças na estratégia de paralelismo e um procedimento de refinamento usando ordem polinomial variável. Inicialmente, simulações foram realizadas para um número de Reynolds muito baixo Re = 1, 000, o que permitiu observar as estruturas tridimensionais do escoamento em detalhe. Nesse caso, os resultados mostram que a ondulação leva a uma diminuição da razão sustentação-arrasto, combinada com uma forte redução das flutuações da força de sustentação. A redução da razão sustentação-arrasto é consequência de uma combinação de arrasto e sustentação mais baixos e está associada a um regime no qual o escoamento permanece colado atrás dos picos do bordo de ataque, enquanto que regiões distintas de escoamento separado estão presentes atrás dos vales. Em seguida, simulações com Re = 10, 000 foram consideradas. Para ângulos de ataque elevados, os resultados neste caso são similares àqueles com Re mais baixo, com a ondulação levando a separação atrás dos vales e provocando reduções na sustentação e no arrasto. No entanto, para um ângulo de ataque mais baixo a ondulação leva a um grande aumento na força de sustentação. Foi observado que isso está relacionado ao fato de que o escoamento ao redor da asa lisa é laminar neste caso, com a ondulação induzindo a transição para um estado turbulento. Finalmente, o caso Re = 50, 000 foi considerado, com os resultados apresentando uma boa concordância com experimentos apresentados na literatura.

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