The literature has documented proposals for macroscopic energy equation modeling for porous media considering the local thermal equilibrium hypothesis and laminar flow. In addition, a two-energy equation model has been proposed for conduction and laminar convection in packed beds. With the aim of contributing to new developments, this work treats turbulent heat transport modeling in porous media under the local thermal non-equilibrium assumption. Macroscopic time-average equations for continuity, momentum and energy are presented based on the recently established double decomposition concept (spatial deviations and temporal fluctuations of flow properties). Interfacial heat transfer coefficients are numerically determined for an infinite medium over which the fully developed flow condition prevails. The numerical technique employed for discretizing the governing equations is the control volume method. Laminar and turbulent flow results for the macroscopic heat transfer coefficient, between the fluid and solid phase in a periodic cell, are presented. Furthermore, fully developed forced convection in a porous channel bounded by parallel plates is considered based on a two-energy equation model. In conclusion, solutions for temperature profile and Nusselt number are obtained and presented for laminar and turbulent flows.

Este trabalho apresenta uma simulação numérica da propagação de fumaça no interior do compartimento de carga dianteiro de uma aeronave Boeing 707 (B707) utilizando a técnica de CFD. As equações de conservação da Energia, da Massa, da Quantidade de Movimento e Concentração de Espécies (fuligem, CO e CO2) são resolvidas numericamente considerando as espécies como Escalares Passivos. A turbulência é tratada com base na hipótese de viscosidade turbulenta empregando-se o modelo k - e. Realizável. Para validar o procedimento do modelo proposto, são comparados os resultados numéricos utilizando o código Fluent e os experimentais fornecidos pelo FAA e também os resultados de simulação em CFD obtidos a partir de um código desenvolvido em parceria entre o FAA e a empresa Sandia National Laboratories. Um estudo de refinamento de malha é também apresentado com o intuito de garantir uma solução de compromisso entre qualidade dos resultados numéricos e o tempo computacional gasto. O modelo aqui apresentado tem potencial para ser utilizado no processo de certificação de aeronaves, diminuindo o número de ensaios típicos de fumaça exigidos pelos órgãos certificadores.

Para a certificação de uma nova aeronave ée necessário se proceder ao chamado teste de fumaça. O objetivo deste teste ée aferir a verdadeira capacidade dos equipamentos de evacuação da cabine de passageiros, no caso eventual de entrada de fumaça na mesma. Em geral, tal procedimento ée experimental, o que torna o custo consideravelmente alto, devido a construção do modelo além do elevado número de homens-hora necessário. Nessas condições, através de simulações numéricas pode-se baratear sobremaneira o processo como um todo, tanto no que concerne à otimização do modelo a ser construído quanto aos ensaios a serem realizados. O presente trabalho desenvolve em sua forma básica, um procedimento numérico para simulação de escoamento de fumaça em cabine de passageiros de uma aeronave comercial de transporte. Para tanto, utilizou-se o pacote comercial aerotermodinâmico para cálculo de escoamentos, FLUENT. Simulou-se inicialmente o escoamento laminar, e em seguida o caso turbulento. O foco principal foi simular numericamente o modelo em regime permanente. Entretanto, para se ter uma idéia do tempo total de entrada que resultasse em uma densidade relativa de fumaça crítica, foi simulado também um caso transiente.

O presente estudo trata da importância e operação do sistema de supressão de fogo no compartimento de carga de aeronaves considerando fatos históricos relevantes ao assunto e à evolução dos requisitos e processos construtivos para tal sistema. ÉE feita uma modelagem do sistema para estudo do comportamento do fluxo de agente extintor no escoamento através da tubulação de distribuição, desde o disparo da garrafa de extinção atée a saída do agente no compartimento de carga da aeronave. Com o desenvolvimento de uma metodologia de cálculo da vazão, considerando as características técnicas do sistema e as propriedades físicas do agente extintor, obtêm-se um modelo desenvolvido por programação no software Matlab (Versão 6.5; copyright 1984-2002, The MathWorks, Inc). Alguns resultados são gerados para avaliação da influência de cada parâmetro de entrada sobre o comportamento do sistema, tais como pressão da garrafa de extinção, pressão do compartimento de carga, diâmetro e comprimento da tubulação de distribuição e temperatura de operação. Os resultados obtidos em virtude da simulação paramétrica do modelo são comentados ressaltando em cada caso a relevância do componente em questão sobre o sistema. Este trabalho tem importância ao passo que permite analisar como uma modificação de projeto impacta no desempenho do sistema como um todo, possibilitando ao time de projeto avaliar uma proposta de modificação ou optar por outra solução.

O presente trabalho consiste na simulação numérica de mecânica dos fluidos do escoamento presente na cabine de passageiros e galleys de uma aeronave de passageiros típica. Para a simulação numérica foi utilizado o software CATIA para a construção da geometria da cabine de passageiros e galleys, o ICEMCFD para a geração da malha não igualmente espaçada e o FLUENT para a solução da simulação numérica e visualização dos resultados. Na malha numérica incluiu-se a geometria dos assentos e passageiros, bem como os bagageiros e móveis das galleys dianteira e traseira. Incluiu-se uma superfície de simetria ao longo da geometria como hipótese simplificadora. A malha é do tipo não-estruturada com 3.700.000 elementos tetraédricos com maior refino em pontos onde se suspeita que haja maiores gradientes das propriedades envolvidas. Quanto às formulações matemática e numérica, as equações da conservação da massa, quantidade de movimento e modelo de turbulência do tipo k-? foram incluídas. Admitiu-se como fluido o ar atmosférico a propriedades constantes e isotérmico, solução segregada, acoplamento pressão-velocidade do tipo SIMPLE, e esquemas de discretização UPWIND de primeira e segunda ordem foram considerados. A simulação apresentou convergência satisfatória. Os resultados do campo de velocidades apresentaram-se dentro das expectativas.

No presente trabalho são apresentadas simulações bi e tridimensionais de escoamentos em canais com expansão brusca, usando dinâmica de fluidos computacional (CFD). O objetivo é analisar as zonas de recirculação formadas à jusante da expansão para escoamentos laminares. As configurações geométricas são baseadas em trabalhos experimentais com razão de expansão (ER) igual a 1,9423 e razão de aspecto (AR) igual a 36 e com ER=2 e AR=8. Resultados de escoamentos bidimensionais (assumindo hipótese de bidimensionalidade no plano central do canal) e tridimensionais com AR=36 são apresentados para valores de Reynolds abaixo de 2500. Também são apresentados resultados tridimensionais com AR=8 para números de Reynolds abaixo de 400. O conjunto de equações diferenciais parciais (continuidade e quantidade de movimento) foi resolvido usando os métodos numéricos de elementos (Petrov-Galerkin compensado) e volumes finitos (upwind de 1 e 2 ordem) com um algoritmo não permanente, obtendo soluções estáveis permanentes com t?8. Os estudos de malha de volumes finitos mostraram que o elemento quadrilateral uniforme apresenta resultados mais coerentes com os experimentais. Comparando os resultados das simulações bidimensionais e tridimensionais (AR=36) com os experimentais da literatura, os resultados bidimensionais para x1/s apresentam melhor concordância com os experimentais. No entanto, os resultados tridimensionais apresentaram melhor concordância com os resultados experimentais para as outras zonas de recirculação. Portanto, as diferenças encontradas entre os resultados experimentais e numéricos não são devidas aos efeitos tridimensionais não capturados pelo modelo numérico bidimensional. As discordâncias podem estar sendo causadas por fenômenos não relatados nos trabalhos experimentais.

With the advent of powerful computer hardware, Computational Fluid Dynamics (CFD) has been vastly used by researches and scientists to investigate flow behavior and its properties. The cost of CFD simulation is very small compared to the experimental arsenal as test facilities and wind-tunnels. In the last years many CFD commercial packages were developed and some of them possess prominence in industry and academia. However, some specific CFD calculations are particular cases and sometimes need special attention due to the complexity of the flow. In these cases, meticulous research becomes necessary. This is the case of turbomachinery flow calculations. The development of CFD codes applied to turbomachinery flow simulations and its implementation issues are not available. A few institutions have this type of knowledge. Each CFD code has its particularities. Developing a CFD code is very interest subject in academia. In this work, a computational code, written in FORTRAN, was developed to calculate internal flows in turbomachines using CFD techniques. The solver is capable of calculating the three-dimensional flows not only for turbomachines. For instance, internal and external flows of nozzles and airfoils can be calculated. The approach used allows the use of unstructured meshes of hexahedral elements. Euler, Navier-Stokes and turbulent equations can be calculated depending on the user settings. Diferent numerical schemes were implemented for time and space integration. Numerical tools to improve the stability and to increase the time-step (local time-step and implicit residual smoothing) were also implemented and all details are described in this work. The origin of this solver is to simulate flows in compressors and turbines. Therefore, both rotating and nonrotating frames of reference are calculated simultaneously. Hence, the verification and validation processes were run for both inertial and non-inertial systems. A step-by-step design procedure is presented in this work. It is very important to mention that to have a complete understanding of the flow physics in compressors and turbines the designer must have a solid knowledge of the operation of gas turbine components.

Este trabalho tem como objeto de estudo a análise de escoamentos da dupla - difusão em um meio poroso rígido, isotrópico e homogêneo totalmente saturado por um fluido incompressível e monofásico para os regimes laminar e turbulento. As equações de transporte mássico e de energia macroscópicas apresentadas são obtidas a partir do conceito de "Dupla Decomposição", o qual considera tanto as flutuações temporais quanto os desvios espaciais dos valores médios. Pretende-se demonstrar os mecanismos adicionais de transporte matematicamente derivados das flutuações temporais e desvios espaciais da temperatura, concentração mássica e da velocidade em todo domínio de análise. Estas equações são discretizadas pelo método dos volumes finitos com arranjo co-localizado num sistema de coordenada não-ortogonal e as equações algébricas resultantes são resolvidas pelo algoritmo SIP (Scheme Implicit Proceding). O método SIMPLE é usado para o acoplamento pressão - velocidade. Os resultados são comparados com dados numéricos disponíveis na literatura.

O comportamento transiente do escoamento de combustível e do ar no interior de tanques de aeronaves é uma informação que é obtida tradicionalmente somente através de ensaios. Esta dissertação propõe uma metodologia para simular o comportamento do combustível no interior de tanques através de métodos computacionais. Com o estudo do comportamento do combustível para condições de reabastecimento e durante manobras é possível avaliar aspectos importantes para otimizar o projeto dos tanques em função do tipo de operação da aeronave. As ferramentas utilizadas para efetuar as simulações têm como base casos matemáticos e simulações em CFD. Esta dissertação propõe a avaliação do comportamento do combustível em um tanque para duas situações: a primeira considerando somente a ação da gravidade com o intuito de simular o movimento do combustível após uma manobra e a segunda situação considerando o processo de reabastecimento. A avaliação do comportamento do combustível tem como finalidade prover informações sobre o tempo de reabastecimento, tempo de estabilização do movimento do combustível, posicionamento da fronteira combustível-ar, dados de velocidade e pressão. Através das informações referentes ao comportamento do combustível é possível a identificação de problemas em fase prematura de projeto, redução de custos de projeto, e redução da necessidade de ensaios em bancada e em vôo.

Neste trabalho é simulado numericamente o escoamento de um jato incidente em placa coberta com uma camada porosa. As equações macroscópicas para a conservação de massa e quantidade de movimento são obtidas baseadas no conceito de media volumétrica. Dois modelos macroscópicos são empregados para avaliar a transferência de calor, denominados: Modelo de uma equação de energia, baseado na consideração de Equilíbrio Térmico Local (LTE), e o modelo de duas equações de energia, em que são empregadas duas equações de energia, uma para o fluido e outra para a matriz porosa e é considerada a transferência de calor entre as fases também chamada de hipótese de Não Equilíbrio Térmico Local (LTNE). A técnica numérica empregada para a discretização das equações governantes foi o método de volume de controle com um sistema de coordenadas não ortogonal. O algoritmo SIMPLE foi utilizado para o acoplamento pressão-velocidade. Parâmetros como porosidade, espessura da camada porosa, permeabilidade do material e razão de condutividade térmica são variados com o intuito de avaliar seus efeitos no escoamento e transferência de calor. Os resultados indicam que para baixas porosidades, baixas permeabilidades, finas espessuras de camada porosa e altas razões de condutividade térmica, diferentes distribuições no número de Nusselt local na parede são calculados dependendo do modelo de energia aplicado. O uso do modelo de Não Equilíbrio Térmico local (LNTE) indica que é vantajoso utilizar uma camada porosa com alta condutividade térmica e alta porosidade junto à placa aquecida.