Neste trabalho é apresentada uma solução analítica para a dispersão vertical turbulenta em uma camada limite estável, para uma fonte área instantânea. Esta solução é obtida pela aplicação da transformada de Laplace na variável temporal da equação de difusão e também foi usado um coeficiente de dispersão derivado das teorias de similaridade local e da difusão estatística. A transformada inversa é ,obtida através do esquema numérico de quadratura Gaussiana. São apresentadas várias simulações para diversas alturas da fonte área e os resultados obtidos apresentaram boa comparação com os resultados disponíveis na literatura. / In this work is presented an analytical solution for vertical poluent dispersion of a instantaneous area source in an atmospheric stable boundary layer. This solution is obtained by the aplication ofLaplace Transform on the time-dependent, one dimensional diffusion equation and using the dispersion coefficient derived from local similarity and statistical diffusion theories. The In verse o f the Transform is achieved through numerical f scheme of Gausian quadrature. Numerical simulations and comparisions are reported for several heights o f the source and the results attained a good concordance with other results.

O objetivo do presente trabalho é determinar numericamente o perfil de umedecimento em um meio poroso submetido a um processo de infiltração. A descrição do movimento transiente de água em solo não-expansivo é dada em termos da equação não-linear de Fokker-Planck ou da equação de Richards. As dificuldades na solução da equação são não somente devido aos termos não-lineares envolvidos mas também às condições de fronteira dependentes do tempo e ao ajuste dos dados experimentais para os parâmetros fisicos. Neste trabalho é considerado um esquema de diferença finita de três niveis para a simulação de infiltração em uma coluna homogênea, semi-infinita satisfazendo a condição de fluxo constante na superficie. O esquema proposto é implicito com erro de truncamento de segunda ordem no tempo e espaço. O termo convectivo é aproximado por quatro diferentes esquemas. A influência da discretização da derivada na fronteira também é analisada através de quatro esquemas. Os resultados obtidos na simulação numérica pelo esquema de três niveis com termo convectivo aproximado por diferença ascendente (upwind) e condição de fronteira discretizada com ponto ficticio apresentam melhor aproximação aos perfis de umedecimento experimentais que os obtidos por esquemas de dois niveis. / The purpose of the present work is to determine numerically the water content profile in a porous medium submitted to an infiltration process. The description of the transient water movement in nonswelling soil is given in terms of the non-linear Fokker-Planck equation or Richards equation. The difficulties in solving this equation are due not only the nonlinearities involved but also to time-dependent boundary conditions and to the fitting of the experimental data for the physical parameters. In this work, we consider a three-level finite difference scheme for the simulation of infiltration in an homogeneous semi-infinite column satisfying constant flux condition at the surface. This is an implicit scheme which is second-order accurate in time and space. The convective term is approximated by four different schemes. The influence of the discretization of the boundary derivative is analysed by four schemes. The results of the numerical simulation by the three-level scheme with convective term approximated by forward difference (upwind) discretizated with ficticious and point boundary exhibited condition a closer approximation to the experimental water content pro1ile than the ones obtained by two-level scheme.

Existe um grande interesse no entendimento de escoamentos de fluidos não-Newtonianos através de contrações abruptas. Este interesse se origina na importância destes escoamentos em processos poliméricos e no freqüente uso do escoamento com contração abrupta como um problema teste para validação de métodos numéricos. As duas propriedades reológicas mais freqüentemente apontadas e estudadas nos fluidos não-Newtonianos são: a viscosidade dependente da taxa de cisalhamento e a natureza viscoelástica destes fluidos. O caráter viscoelástico do fluido é descrito pelo número de Deborah. Na sua definição usual, o número de Deborah envolve as propriedades elásticas do fluido, isto é, o coeficiente primário de tensão normal ou tempo de relaxação terminal originado dos experimentos com tensões de relaxação. Para caracterizar a viscosidade pseudoplástica dos fluidos não-Newtonianos, utiliza-se a equação viscosidade de Carreau, a qual emprega uma viscosidade para baixas taxas de cisalhamento, um tempo característico igual ao recíproco da taxa de cisalhamento na qual se dá o início da pseudoplasticidade, e a inclinação da região power-law da viscosidade para altas taxas de cisalhamento. Ao número de Deborah, pode-se definir o número de Carreau de modo que ele possa ser utilizado para medir o efeito pseudoplástico nos escoamentos não-Newtonianos. A metodologia de elementos finitos utilizada, conhecida como método Galerkin Mínimos Quadrados (GLS), supera as dificuldades enfrentadas pelo método de Galerkin clássico em escoamentos sujeitos a altos números de Reynolds, a saber: a compatibilização dos subespaços de velocidade e pressão – satisfazendo deste modo a condição denominada de Babuška-Brezzi – e as oscilações espúrias devido a natureza assimétrica da aceleração convectiva da equação de momentum. O método GLS, adicionando termos malha-dependentes à formulação clássica de Galerkin, aumenta a formulação de Galerkin sem, contudo, prejudicar sua consistência. Esta dissertação objetiva a modelagem mecânica e simulação numérica via o método de Galerkin Mínimos-Quadrados, de escoamentos planares e axissimétricos de fluidos pseudoplásticos de Carreau através de contrações abruptas. / There is a great interest in understanding the flow of non-Newtonian fluids through sudden contractions. This interest arises from the importance of these flows in polymeric processes and in the frequent use of the flow with sudden contraction as a problem test for validation of numeric methods. The two most frequently mentioned and studied rheological properties of non-Newtonian fluids are the shear rate dependent viscosity and the viscoelastic nature of these fluids. The Deborah number describes the viscoelastic characteristic of the fluid. The Deborah number, in its basic definition, involves the elastic properties of the fluid, i.e., the primary coefficient of normal tension or time of terminal relaxation, originating experiments with relaxed tensions. The pseudoplastic viscosity of non-Newtonian fluids, usually the Carreau viscosity equation, is characterized by the employment of a low rate shear viscosity, a characteristic time - equal to the reciprocal of the shear rates in the beginning of the pseudoplasticity - and the slope of the power-law region of the viscosity for high shear rates. The Carreau number, with the Deborah number, can be used to measure the pseudoplastic effect in non-Newtonian flows. The finite elements method employed in this work, known as the Galerkin least-squares method (GLS), improve on the difficulties faced by the classic Galerkin method in flows subjected to high Reynolds numbers, i.e., the compatibility of sub-spaces of velocity and pressure (the Babuška-Brezzi condition) and the spurious oscillations due to the asymmetric nature of the convective acceleration of the momentum equation. The GLS method, adding mesh-dependents terms to the classic formulation of Galerkin, increases its stability without harm its consistency. This work has as main objective the mechanical modeling and numerical simulation, via the GLS method, of planar and axisymmetric flow of Carreau pseudoplastic fluids through an abrupt 4:1 contraction. In order to take into account the inertia and pseudoplastic effects, the Reynolds and Carreau numbers and power-law coefficient have been investigated within a range of 0<Re<100 and 0<Cu<100 and 0,2<n<1,0, respectively. All numerical results shown to be physically relevant and in accordance with the literature.

Dissertação (mestrado)—Universidade de Brasília, Faculdade de Tecnologia, Departamento de Engenharia Mecânica, 2006. / Submitted by Fernanda Weschenfelder (nandaweschenfelder@gmail.com) on 2009-11-06T15:03:39Z No. of bitstreams: 5 DISSERTACAO L G NOLETO_ parte 1_capa a p 53_ preliminares a cap 3.pdf: 499019 bytes, checksum: c41bfe58eac26eb0dbf881f439280b4c (MD5) DISSERTACAO L G NOLETO_parte 2 p 54 a 60.pdf: 4997182 bytes, checksum: 2faea5ad67db38eb66e62f9385dbc3a8 (MD5) DISSERTACAO L G NOLETO_parte 3 p 61 a 64.pdf: 25872865 bytes, checksum: 4efd5c540324ed9fa1c2033a6933d12f (MD5) DISSERTACAO L G NOLETO_parte 4 p 65 a 69.pdf: 2566302 bytes, checksum: 546f8c76db1d9991ab8c42e8af4462b1 (MD5) DISSERTACAO L G NOLETO_parte 5 p 70 a 96 _ cap 4_1_3 ao final.pdf: 4577791 bytes, checksum: 70ca13ea8bc571a6aa8b999780543c4a (MD5) / Approved for entry into archive by Luanna Maia(luanna@bce.unb.br) on 2011-02-03T11:02:37Z (GMT) No. of bitstreams: 5 DISSERTACAO L G NOLETO_ parte 1_capa a p 53_ preliminares a cap 3.pdf: 499019 bytes, checksum: c41bfe58eac26eb0dbf881f439280b4c (MD5) DISSERTACAO L G NOLETO_parte 2 p 54 a 60.pdf: 4997182 bytes, checksum: 2faea5ad67db38eb66e62f9385dbc3a8 (MD5) DISSERTACAO L G NOLETO_parte 3 p 61 a 64.pdf: 25872865 bytes, checksum: 4efd5c540324ed9fa1c2033a6933d12f (MD5) DISSERTACAO L G NOLETO_parte 4 p 65 a 69.pdf: 2566302 bytes, checksum: 546f8c76db1d9991ab8c42e8af4462b1 (MD5) DISSERTACAO L G NOLETO_parte 5 p 70 a 96 _ cap 4_1_3 ao final.pdf: 4577791 bytes, checksum: 70ca13ea8bc571a6aa8b999780543c4a (MD5) / Made available in DSpace on 2011-02-03T11:02:37Z (GMT). No. of bitstreams: 5 DISSERTACAO L G NOLETO_ parte 1_capa a p 53_ preliminares a cap 3.pdf: 499019 bytes, checksum: c41bfe58eac26eb0dbf881f439280b4c (MD5) DISSERTACAO L G NOLETO_parte 2 p 54 a 60.pdf: 4997182 bytes, checksum: 2faea5ad67db38eb66e62f9385dbc3a8 (MD5) DISSERTACAO L G NOLETO_parte 3 p 61 a 64.pdf: 25872865 bytes, checksum: 4efd5c540324ed9fa1c2033a6933d12f (MD5) DISSERTACAO L G NOLETO_parte 4 p 65 a 69.pdf: 2566302 bytes, checksum: 546f8c76db1d9991ab8c42e8af4462b1 (MD5) DISSERTACAO L G NOLETO_parte 5 p 70 a 96 _ cap 4_1_3 ao final.pdf: 4577791 bytes, checksum: 70ca13ea8bc571a6aa8b999780543c4a (MD5) Previous issue date: 2006-10-24 / O objetivo deste trabalho é o estudo numérico do escoamento turbulento em modelos florestais caracterizados através de modelos. Os modelos em questão são o de um cilindro e de uma matriz de cilindros. Foram utilizadas técnicas híbridas de simulação de escoamentos turbulentos, simulação de grandes escalas e a simulação via decomposição de Reynolds. Os resultados foram obtidos com o código ANSYS CFX. A primeira etapa consiste no escoamento em torno de um cilindro finito. Foram utilizadas para este caso a decomposição de Reynolds, a simulação de grandes escalas e a simulação híbrida conhecida como DES. Os resultados foram estudados através de visualizações do escoamento e comparação numérico-experimental dos perfis de velocidade e de intensidade de turbulência. Foram mostradas também visualizações dos resultados instantâneos do escoamento e análise de espectro do sinal temporal. A etapa seguinte consiste no estudo do escoamento em uma matriz de cilindros com a decomposição de Reynolds. Analogamente, os resultados de visualizações e comparação numérico-experimental foram feitos, juntamente com uma análise estatística espacial. Esta análise irá permitir uma estudo dos fluxos dispersivos, bem como uma análise que determine posições de sondas para aquisição de grandezas do escoamento. ________________________________________________________________________________ ABSTRACT / The objective of this work is the numerical study of the turbulent flow in canopy flows with the use of proper models. The models for this work are the flow around a finite cylinder and a cylinder matrix. Hybrid techniques of numerical simulation, alongside with large eddy simulation and Reynolds Averaged Navier-Stokes were used. The results were obtained by the ANSYS CFX commercial software. The first step is the study of the flow around a finite cylinder. For this case, Unsteady Reynolds Averaged Navier-Stokes, Large Eddy Simulation and a hybrid technique known as Detached Eddy Simulation were used. The results were studied first by visualizations of the flow, and numerical-experimental comparing of the velocity and turbulence intensity profiles. Also, visualizations of the instantaneous results and spectra analysis of the velocity signal were showed. The second step is the study of the flow over a cylinder matrix with Unsteady Reynolds Averaged Navier-Stokes. Like the previous case, the results were studied by flow visualization, and numerical-experimental comparation. Then a spatial statistic analysis were made. This analysis allowed a study of the dispersive fluxes, as well as a threshold of the flow that will determine probing conditions for flow quantities.

Dissertação (mestrado)—Universidade de Brasília, Faculdade de Tecnologia, Departamento de Engenharia Mecânica, 2006. / Submitted by Kathryn Cardim Araujo (kathryn.cardim@gmail.com) on 2009-11-17T10:55:11Z No. of bitstreams: 2 2006_Rodrigo Carrijo Lino_parte2.pdf: 4617649 bytes, checksum: e6728e17d14e794f9169f6412d0dda60 (MD5) 2006_Rodrigo Carrijo Lino_parte1.pdf: 10496667 bytes, checksum: 24c3c640fe03d9a3e3569f958ec677be (MD5) / Approved for entry into archive by Carolina Campos(carolinacamposmaia@gmail.com) on 2009-11-19T19:49:36Z (GMT) No. of bitstreams: 2 2006_Rodrigo Carrijo Lino_parte2.pdf: 4617649 bytes, checksum: e6728e17d14e794f9169f6412d0dda60 (MD5) 2006_Rodrigo Carrijo Lino_parte1.pdf: 10496667 bytes, checksum: 24c3c640fe03d9a3e3569f958ec677be (MD5) / Made available in DSpace on 2009-11-19T19:49:36Z (GMT). No. of bitstreams: 2 2006_Rodrigo Carrijo Lino_parte2.pdf: 4617649 bytes, checksum: e6728e17d14e794f9169f6412d0dda60 (MD5) 2006_Rodrigo Carrijo Lino_parte1.pdf: 10496667 bytes, checksum: 24c3c640fe03d9a3e3569f958ec677be (MD5) Previous issue date: 2006-09-18 / Este trabalho apresenta a modelagem numérica das camadas limites fluidodinâmica e de temperatura, criadas por escoamentos forçados, turbulentos e incompressíveis de ar, sobre placas planas horizontais, tendo como meta a determinação do fluxo de calor que se estabelece entre a placa e o escoamento. Na situação física analisada as camadas limites de velocidade e de temperatura não se iniciam no mesmo ponto da placa, sendo separadas por um comprimento pré-estabelecido. No início da placa a formação de camada limite térmica é inibida pela igualdade entre as temperaturas do escoamento e da placa. A camada limite térmica tem início a partir do ponto em que a temperatura da placa plana se diferencia da temperatura do escoamento. Em todas as situações estudadas a camada limite térmica se desenvolve sobre parede isotérmica. São ensaiadas dez placas que se diferenciam pelo comprimento do trecho adiabático da placa, pela temperatura do trecho aquecido e pela velocidade do escoamento externo. A faixa de variação para os números de Reynolds locais, definidos pelo comprimento longitudinal das placas é definida no intervalo de 5x105< Re< 107. Os baixos números de Mach e as pequenas diferenças de temperatura dos escoamentos analisados permitem que sejam desconsiderados, respectivamente, os efeitos de compressibilidade e de variação das propriedades termodinâmicas do ar. As principais conseqüências destas condições são: desacoplamento entre as camadas limites fluidodinâmica e térmica e o comportamento linear da equação da energia. O objetivo deste trabalho é analisar, de forma qualitativa e quantitativa, o desempenho operacional do código computacional proposto para a modelagem de fluxos turbulentos de calor em escoamentos parietais. O fechamento do sistema de equações médias é obtido com o emprego do modelo k-epsilon para a representação do tensor de Reynolds, sendo a correlação entre as flutuações de velocidade e temperatura que definem o fluxo turbulento de calor, modelada algebricamente a partir de um número de Prandtl turbulento com valor constante. As condições de contorno de velocidade e de temperatura no contorno físico do domínio de cálculo são calculadas, respectivamente, por duas leis de parede de velocidade e duas de temperatura. A discretização temporal é obtida por uma aproximação de primeira ordem baseada em um algoritmo de diferenças finitas do tipo semi-impícito seqüencial com erro de truncamento de primeira ordem, que permite a linearização do sistema de equações a cada passo no tempo. A discretização espacial do domínio de cálculo é obtida com elementos finitos triangulares P1-isoP2. A resolução das equações acopladas de continuidade e quantidade de movimento é feita por uma variante do algoritmo de Uzawa. Os resultados obtidos numericamente são confrontados a soluções analíticas complementadas por correlações empíricas e a dados experimentais. _______________________________________________________________________________ ABSTRACT / This work presents a numerical study of both hydrodynamics and thermal boundary layers in forced incompressible turbulent flows over an horizontal flat plate. The main goal of the work is to determine the turbulent heat flux between the plate and the flow. The starting point of the hydrodynamic boundary layers are not necessarily the same but along the thermal boundary layer. Ten different cases are analyzed where the distance between the starting points of the boundary layers, the plate temperature and the non-disturbed velocity intensity are the parameters of the study. A Reynolds averaged Navier-Stokes approach is employed. The closure problem is achieved by a _ − _ model associated with a constant turbulent Prandtl assumption in order to predict the the temperature/velocity correlations. Two different law of the wall for velocity and temperature are used for modeling of the turbulent boundary conditions. The temporal discretization is made by an first-order approximation based on a semiimplicit finite-differences algorithm. The spatial domain is discretized by a finiteelement technic with P1-isoP2 elements. The velocity-pressure coupling is made by the Uzawa algorithm. The ability of the proposed model in predict the heat flux through the plate is analyzed both qualitatively and quantitatively by confronting numerical and experimental results.

Dissertação (mestrado)—Universidade de Brasília, Faculdade de Tecnologia, Departamento de Engenharia Mecânica, 2009. / Submitted by Allan Wanick Motta (allan_wanick@hotmail.com) on 2010-04-07T13:30:49Z No. of bitstreams: 1 dissertacao_rafael_gontijo.pdf: 17557990 bytes, checksum: 363278f225347ca5d890b2569799e900 (MD5) / Approved for entry into archive by Daniel Ribeiro(daniel@bce.unb.br) on 2010-05-10T19:30:27Z (GMT) No. of bitstreams: 1 dissertacao_rafael_gontijo.pdf: 17557990 bytes, checksum: 363278f225347ca5d890b2569799e900 (MD5) / Made available in DSpace on 2010-05-10T19:30:27Z (GMT). No. of bitstreams: 1 dissertacao_rafael_gontijo.pdf: 17557990 bytes, checksum: 363278f225347ca5d890b2569799e900 (MD5) Previous issue date: 2009-03 / O presente trabalho é um estudo numérico sobre o emprego de analogias entre difusão turbulenta de quantidade de movimento e de calor como metodologia para imposição de condição de contorno de fluxo de calor em escoamentos de camada limite turbulenta. Para validar a metodologia proposta foram selecionados os seguintes casos testes: a) estudo de escoamentos turbulentos sobre placas planas levemente aquecidas e com defasagem entre os inícios das camadas limites térmica e fluidodinâmica, baseado nos estudos de Reynolds et. al (1958) e Taylor et. al (1990); b) estudo de um escoamento turbulento sobre placa plana fortememente aquecida, baseado no trabalho de Ng. (1981); c) análise de um escoamento turbulento gerado por convecção natural devido à presença de uma placa plana vertical aquecida, baseado no trabalho de Nagano et. al (1992); d) estudo do fenômeno da convecção natural turbulenta no interior de uma cavidade, baseado no trabalho experimental de Betts e Bhokari (1996); e) estudo de escoamentos turbulentos sobre placas planas com e sem comprimentos iniciais não aquecidos utilizando condição de fluxo de calor na parede; f) estudo de um escoamento turbulento no interior de um duto cilíndrico com condição de fluxo de calor na parede; g) análise de um escoamento gerado por convecção natural devido a presença de uma placa plana vertical aquecida com condição de fluxo de calor constante; h) estudo de um escoamento turbulento no interior de um canal com a presença de um corpo rombudo de seção quadrada fixo a parede inferior, baseado nos trabalhos de Drain e Martin (1985) e Liou et. al (1992); i) análise de um escoamento turbulento sobre um degrau aquecido com condição de fluxo de calor constante, baseado nos trabalhos de Vogel e Eaton (1985); j) análise qualitativa de um escoamento turbulento térmico em um difusor assimétrico, baseado nos trabalhos de Buice e Eaton (1995); k) análise qualitativa de um escoamento turbulento sobre uma colina aquecida, baseado nos trabalhos de Loureiro et. al (2007). _________________________________________________________________________________ ABSTRACT / The present work is a numerical study on the applicaion of analogies between heat and momentum difusion as a methodology to impose heat flux boundary conditions in turbulent boundary layer flows. In order to validate the proposed methodology the following cases were tested: a) a study of turbulent flows over slightly heated flat plates and with unheated starting lenghts, based on the works of Reynolds et. al (1958) and Taylor et. al (1990); b) a study of a turbulent flow over a strongly heated flat plate, based in the work of Ng. (1981); c) an analysis of a turbulent flow generated by natural convection due to the presence of a vertical heated flat plate, based in the work of Nagano et. al (1992); d) a study of the turbulent natural convection phenomenon inside a tall cavity, based on the experimental work of Betts and Bhokari (1996); e) a study of turbulent flows over flat plates with and without unheated starting lenghts, considering heat flux boundary conditions; f) a study of a turbulent flow inside a cylindrical duct with heat flux boundary condition on the wall; g) an analysis of a turbulent flow generated by natural convection due to the presence of a heated vertical flat plate with heat flux boundary condition; h) a study of a turbulent flow inside a 2D channel with a rib-roughned wall, based on the works of Drain and Martin (1985) and Liou et. al (1992); i) an analysis of a turbulent flow over a thermal backward facing step, based on the works of Vogel and Eaton (1985); j) a qualitative analysis of a turbulent thermal flow in an assymetric plane diffuser, based on the work of Buice and Eaton (1995); k) a qualitative analysis of a turbulent thermal flow in a smooth hill, based on the work of Loureiro et. al (2007).

Dissertação (mestrado)—Universidade de Brasília, Faculdade de Tecnologia, Departamento de Engenharia Mecânica, 2009. / Submitted by Allan Wanick Motta (allan_wanick@hotmail.com) on 2010-04-15T13:35:02Z No. of bitstreams: 1 2009_RobersonFernandoSilva.pdf: 5116937 bytes, checksum: 61f679c46d1082e278d18cdf7ea37f29 (MD5) / Approved for entry into archive by Daniel Ribeiro(daniel@bce.unb.br) on 2010-05-10T19:35:52Z (GMT) No. of bitstreams: 1 2009_RobersonFernandoSilva.pdf: 5116937 bytes, checksum: 61f679c46d1082e278d18cdf7ea37f29 (MD5) / Made available in DSpace on 2010-05-10T19:35:52Z (GMT). No. of bitstreams: 1 2009_RobersonFernandoSilva.pdf: 5116937 bytes, checksum: 61f679c46d1082e278d18cdf7ea37f29 (MD5) Previous issue date: 2009-07 / Este trabalho vem propor uma metodologia para as análises experimental e teórica de tubulações, fabricadas pelo processo de bobinagem filamentar e submetidas à pressão hidrostática interna. Serão analisadas tubulações compósitas híbridas, com diâmetros nominais de 100 mm, comprimento de 500 mm e ângulos de bobinagem de 90 e 55. Os experimentos consistem de quatro tubos de PVC, reforçados externamente com fibras de vidro-E impregnadas com resina epóxi. Desta forma, o PVC agirá como selante, e o compósito será o reforço para que tal tubo tenha sua rigidez aumentada e suporte pressões superiores à do selante, se testado isoladamente. Análises experimentais e numéricas foram realizadas a fim de se determinar as tensões e deformações atuantes na tubulação, bem como as pressões de falha destas. As pressões experimentais foram, em média, de 2,25 MPa para 90 de bobinagem e de 4,07 MPa para aquele bobinado a 55. Estes resultados foram comparados com simulações numéricas baseadas no método dos elementos finitos e as respectivas correlações são discutidas no texto. Os tubos foram estudados para se verificar a influência de reforços compósitos bobinados em tubulações de PVC. Serão apresentados diagramas da resultante de momento e tensões de membrana das tubulações pressurizadas, bem como os deslocamentos radiais e axiais. Propostas para a utilização de tubos híbridos de PVC e reforço de vidro-E/epóxi bobinado serão sugeridas e analisadas. _________________________________________________________________________________ ABSTRACT / This work presents a methodology for theoretical and experimental analysis of industrial pipes, manufactured by the filament winding process and subjected to hydrostatic internal pressure. Hybrid composite pipes, with nominal diameters of 100 mm, total length of 500 mm winding angles of 90 and 55 will be analyzed. The experiments will consist of four PVC tubes externally reinforced with wound glass-E fibers and impregnated with epoxy resin. The PVC will act as a liner and the composite layers as a reinforcing wall, in order to increase the stiffness and the failure pressure, in comparison with the liner itself. The experimental and theoretical analyzes were carried out in order to determinate the strains and stresses that take place in those pipes, as well as their failure pressures. The average experimental pressures were 2.25 MPa, for the pipes with 90 of winding angle, and 4.07 MPa for those with 55. These results were compared with numerical simulations based on the finite element method and the respective correlations were discussed in the text. The pipes were studied in order to verify the influence of the composite repair in PVC pipes. Diagrams of stresses and bending moments resultants of the pipes, as well as radial and axial displacements will be shown. Suggestions for the use of such pipes will be presented and analyzed.

Tese (doutorado)-Universidade de Brasília, Faculdade de Tecnologia, Departamento de Engenharia Mecânica, 2010. / Submitted by Shayane Marques Zica (marquacizh@uol.com.br) on 2011-03-03T18:40:16Z No. of bitstreams: 1 2010_LucianoGoncalvesNoleto.pdf: 19676064 bytes, checksum: 759d877f60a55d023c3bc4fee4f62d7f (MD5) / Approved for entry into archive by Daniel Ribeiro(daniel@bce.unb.br) on 2011-03-09T23:09:55Z (GMT) No. of bitstreams: 1 2010_LucianoGoncalvesNoleto.pdf: 19676064 bytes, checksum: 759d877f60a55d023c3bc4fee4f62d7f (MD5) / Made available in DSpace on 2011-03-09T23:09:55Z (GMT). No. of bitstreams: 1 2010_LucianoGoncalvesNoleto.pdf: 19676064 bytes, checksum: 759d877f60a55d023c3bc4fee4f62d7f (MD5) / O presente trabalho irá apresentar resultados da simulação de escoamentos turbulentos com geometria móvel. Sua motivação decorre do fato de que este tipo de escoamento ainda representa um desafio em termos de engenharia e de pesquisa. A ocorrência de problemas práticos de escoamentos turbulentos que possuem geometrias móveis é percebida em várias áreas de conhecimento. Para efetuar as simulações, foi empregado o código CORDEL, desenvolvido em linguagem MATLAB pelo laboratório de energia e ambiente da UnB. Para efetuar a simulação da fronteira móvel, metodologias de movimentação de malha foram implementadas no código. Para a simulação do escoamento, empregou-se a modelagem clássica da turbulência com o método dos elementos finitos e a formulação Euleriana-Lagrangeana Arbitrária. Inicialmente, foram implementadas cinco metodologias de movimentação de malha. Quatro baseadas em uma abordagem pseudo-estrutural e uma abordagem pseudo-escoamento. A abordagem pseudo-escoamento, baseada no escoamento de Stokes, foi ineditamente discretizada em um contexto de métodos de projeção em elementos finitos. Os resultados obtidos para a movimentação da malha mostraram que a maioria das metodologias movimentaram a malha de forma adequada, sem apresentar problemas de integridade de malha. A metodologia do pseudo-escoamento mostrou bons resultados mas exigiu um passo de tempo mais baixo. Posteriormente foram simulados dois casos com domínios fixos. Os resultados obtidos se mostram em consonância com a literatura pesquisada. Em uma das simulações com modelagem da turbulência híbrida foi feita uma alteração no valor de uma de suas constantes. Esta alteração objetiva obter resultados mais realistas do arrasto. Os resultados obtidos com o novo valor da constante mostraram um valor de arrasto em maior proximidade com dados numéricos obtidos pela literatura. Finalmente foram efetuadas simulações do escoamento em fronteiras móveis. Os resultados obtidos mostram em consonância com a literatura, mas o caso do cilindro necessita de dados experimentais que o validem. _________________________________________________________________________________ ABSTRACT / The present work presents results of numerical simulations of turbulent flows with moving boundaries. Its motivation is given by the fact that this kind of flow still represents a challenge in terms of engineering and research. The occurrence of practical problems of turbulent flows that has moving boundaries is known in several research areas. To perform the simulations, the Finite Element code CORDEL, developed in MATLAB language by the Laboratory of Energy and Environment of University of Brasilia was employed. It was used a classical turbulence modeling, discretized in a finite element projection method with the Arbitrary Lagrangean Eulerian approach for the moving boundary. Initially, five mesh motion methodologies were implemented: Four based on a pseudo-structural approach and one based on a pseudo-flow approach. The pseudo- flow approach was based on a Stokes flow problem and newly discretized into a finite element projection method. The results obtained for the mesh moving showed that the majority of the methodologies moved the mesh adequately, without presenting integrity problems. The pseudo-flow methodology showed good results, but demanded a lower timestep. Finally, flows with fixed and moving boundaries were simulated. The obtained results showed resemblance with the literature. It was made in one of the hybrid simulations an alteration of the value of one of its constants. This alteration has the objective of obtain more realistic results for drag coefficient. The results with the new value showed an average drag that is closer to tridimensional results at the literature. The results with moving boundaries are similar with the literature, but one of the simulated cases need experimental validation.

Dissertação (mestrado)—Universidade de Brasília, Instituo de Física, 2011. / Submitted by Shayane Marques Zica (marquacizh@uol.com.br) on 2011-10-13T18:49:28Z No. of bitstreams: 1 2011_CleverReisStein.pdf: 38856207 bytes, checksum: c433d2136e85fa09296b04fd2a00714a (MD5) / Approved for entry into archive by Leila Fernandes (leilabiblio@yahoo.com.br) on 2011-10-17T14:29:10Z (GMT) No. of bitstreams: 1 2011_CleverReisStein.pdf: 38856207 bytes, checksum: c433d2136e85fa09296b04fd2a00714a (MD5) / Made available in DSpace on 2011-10-17T14:29:10Z (GMT). No. of bitstreams: 1 2011_CleverReisStein.pdf: 38856207 bytes, checksum: c433d2136e85fa09296b04fd2a00714a (MD5) / Neste trabalho foi realizado o estudo das propriedades magneto-ópticas de fluidos magnéticos biocompatíveis à base de maghemita e ferrita de cobalto, por meio da técnica de birrefringência magnética estática, com o apoio da caracterização da morfologia desses materiais através da técnica de microscopia eletrônica de transmissão. O estudo das amostras à base de ferrita de cobalto teve como foco principal analisar a influência dos diferentes processos de síntese das partículas sobre as propriedades magnéticas. O estudo das amostras à base de maghemita teve como enfoque principal avaliar o efeito da adsorção de proteína nas partículas suspensas no fluido magnético e as consequências sobre as propriedades físicas do material comparando, para diferentes diluições, o comportamento do fluido magnético com e sem proteína. _______________________________________________________________________________ ABSTRACT / This study was carried out with the aim to investigate the magnetic properties of biocompatible magnetic fluids based on maghemita and cobalt ferrite, using the static magnetic birefringence supported by characterization the morphology of the samples, using transmission electron microscopy. The study of samples based on cobalt ferrite was focused on the analysis the influence of different synthesis processes upon the materials magnetic properties. The study of samples based on maghemita was developed to evaluate the effect of the adsorption of protein to the magnetic particles suspended within the magnetic fluid on the physical properties of the material and to compare the behavior for different dilutions of the magnetic fluid with and without the protein.

Existe um grande interesse no entendimento de escoamentos de fluidos não-Newtonianos através de contrações abruptas. Este interesse se origina na importância destes escoamentos em processos poliméricos e no freqüente uso do escoamento com contração abrupta como um problema teste para validação de métodos numéricos. As duas propriedades reológicas mais freqüentemente apontadas e estudadas nos fluidos não-Newtonianos são: a viscosidade dependente da taxa de cisalhamento e a natureza viscoelástica destes fluidos. O caráter viscoelástico do fluido é descrito pelo número de Deborah. Na sua definição usual, o número de Deborah envolve as propriedades elásticas do fluido, isto é, o coeficiente primário de tensão normal ou tempo de relaxação terminal originado dos experimentos com tensões de relaxação. Para caracterizar a viscosidade pseudoplástica dos fluidos não-Newtonianos, utiliza-se a equação viscosidade de Carreau, a qual emprega uma viscosidade para baixas taxas de cisalhamento, um tempo característico igual ao recíproco da taxa de cisalhamento na qual se dá o início da pseudoplasticidade, e a inclinação da região power-law da viscosidade para altas taxas de cisalhamento. Ao número de Deborah, pode-se definir o número de Carreau de modo que ele possa ser utilizado para medir o efeito pseudoplástico nos escoamentos não-Newtonianos. A metodologia de elementos finitos utilizada, conhecida como método Galerkin Mínimos Quadrados (GLS), supera as dificuldades enfrentadas pelo método de Galerkin clássico em escoamentos sujeitos a altos números de Reynolds, a saber: a compatibilização dos subespaços de velocidade e pressão – satisfazendo deste modo a condição denominada de Babuška-Brezzi – e as oscilações espúrias devido a natureza assimétrica da aceleração convectiva da equação de momentum. O método GLS, adicionando termos malha-dependentes à formulação clássica de Galerkin, aumenta a formulação de Galerkin sem, contudo, prejudicar sua consistência. Esta dissertação objetiva a modelagem mecânica e simulação numérica via o método de Galerkin Mínimos-Quadrados, de escoamentos planares e axissimétricos de fluidos pseudoplásticos de Carreau através de contrações abruptas. / There is a great interest in understanding the flow of non-Newtonian fluids through sudden contractions. This interest arises from the importance of these flows in polymeric processes and in the frequent use of the flow with sudden contraction as a problem test for validation of numeric methods. The two most frequently mentioned and studied rheological properties of non-Newtonian fluids are the shear rate dependent viscosity and the viscoelastic nature of these fluids. The Deborah number describes the viscoelastic characteristic of the fluid. The Deborah number, in its basic definition, involves the elastic properties of the fluid, i.e., the primary coefficient of normal tension or time of terminal relaxation, originating experiments with relaxed tensions. The pseudoplastic viscosity of non-Newtonian fluids, usually the Carreau viscosity equation, is characterized by the employment of a low rate shear viscosity, a characteristic time - equal to the reciprocal of the shear rates in the beginning of the pseudoplasticity - and the slope of the power-law region of the viscosity for high shear rates. The Carreau number, with the Deborah number, can be used to measure the pseudoplastic effect in non-Newtonian flows. The finite elements method employed in this work, known as the Galerkin least-squares method (GLS), improve on the difficulties faced by the classic Galerkin method in flows subjected to high Reynolds numbers, i.e., the compatibility of sub-spaces of velocity and pressure (the Babuška-Brezzi condition) and the spurious oscillations due to the asymmetric nature of the convective acceleration of the momentum equation. The GLS method, adding mesh-dependents terms to the classic formulation of Galerkin, increases its stability without harm its consistency. This work has as main objective the mechanical modeling and numerical simulation, via the GLS method, of planar and axisymmetric flow of Carreau pseudoplastic fluids through an abrupt 4:1 contraction. In order to take into account the inertia and pseudoplastic effects, the Reynolds and Carreau numbers and power-law coefficient have been investigated within a range of 0<Re<100 and 0<Cu<100 and 0,2<n<1,0, respectively. All numerical results shown to be physically relevant and in accordance with the literature.