A crescente preocupação ambiental e a necessidade de se criar produtos mais eficientes têm impulsionado os pesquisadores a realizarem estudos acerca da aerodinâmica veicular. Estes dois fatores constituem os principais motivos, pelos quais existe uma grande procura por conhecimento nesta área. Esta ciência pode ser considerada relativamente nova e ainda carece de uma base de dados. Entender como a aerodinâmica se relaciona com o consumo de combustível nos automóveis, à medida que o arrasto impõe resistência ao deslocamento dos mesmos, é algo que tem estimulado as indústrias automotivas a investirem grandes esforços na obtenção de ferramentas, que possam representar as condições de tráfego normais e, assim conseguir prever o desempenho do produto em desenvolvimento. Os túneis de vento e a simulação computacional surgem neste ambiente como as principais ferramentas de análise e predição do escoamento ao redor do veículo. Por isso seu entendimento faz-se de extrema necessidade. Ter conhecimento sobre a concepção do seu projeto, como funcionam, seus pontos fortes e suas fraquezas, são requisitos necessários para a pessoa que deseja estudar esta ciência. O presente trabalho traz uma contextualização histórica da aerodinâmica veicular nas indústrias automotiva e automobilística, além de apresentar aspectos técnicos relacionados aos túneis de vento e simulação computacional. Abordando as vantagens e desvantagens de cada ferramenta, expõe-se o fato de que estas ferramentas são complementares no estudo aerodinâmico. Para exemplificar a utilização dessas ferramentas, foi realizado um estudo aerodinâmico sobre uma geometria básica, que representa com similaridade os veículos tipo hatchback, denominada Modelo SAE em ambiente computacional. Os conceitos acerca do arrasto veicular e estabilidade veicular foram expostos para embasar este estudo. Este modelo foi submetido a diferentes geometrias traseiras e condições de escoamento simétricas e assimétricas. Este estudo demonstrou que o arrasto e a estabilidade veicular compreendem conceitos distintos e, dessa forma, é possível diminuir o arrasto de um veículo sem haver perda de estabilidade. / The growing environmental concern and the necessity to create more efficient products have motivated researchers to conduct studies about the aerodynamic vehicle. These two aspects are the main reasons which are promoting a great demand for knowledge in this theme. This science may be considered relatively new and still lacks more databases. Understand how aerodynamics is related to automobiles fuel consumption such as drag resistance imposed to their displacement, is something that has made the automotive industries invest considerable effort in obtaining tools which may represent the normal traffic conditions and thus, able to predict the performance of the product in development stage. The wind tunnels and computer simulations appear in this environment as the main tools for analysis and prediction of the flow around vehicle. The understanding about them is so of utmost necessity. Knowing how it was designed, how they work, their strengths and weaknesses are essential requirements for the person who wants to study this science. This material presents a historical development of vehicle aerodynamics in automotive and motor-racing industries, indeed technical aspects related to wind tunnels and computational fluid dynamics. Exposing the advantages and disadvantages of both tools, it is evidenced these tools complement each other during an aerodynamic study. To exemplify these tools utility an aerodynamic research was conducted using a basic form geometry known as SAE Model that represents with similarity the hatchback vehicles in the market. Drag and vehicle stability concepts were exposed to build a solid basis for this study. This model was submitted to different rear geometries, symmetric and asymmetric flow conditions. It could be demonstrated that drag and vehicle stability have distinct concepts and therefore it is possible diminish the first without damaging the later.

Dois dos principais objetivos no estudo da aerodinâmica de veículos comerciais são a redução no consumo de combustível e o aumento na eficiência da refrigeração do motor. Esses objetivos podem ser alcançados através do desenvolvimento de dispositivos que modifiquem o escoamento do ar ao redor do veículo e também através da alteração da forma das superfícies externas. A inclinação das superfícies da parte traseira de um ônibus, por exemplo, tem grande influência sobre a esteira turbulenta que se forma atrás do veículo. O uso de ferramentas computacionais permite uma redução de custo e maior flexibilidade na análise aerodinâmica de autoveículos. Ainda é preciso, no entanto, que o resultado dessas ferramentas computacionais seja verificado com o maior número possível de casos para que se possa escolher e ajustar o modelo matemático de forma adequada. O objetivo do presente trabalho é a verificação dos resultados computacionais e experimentais no desenvolvimento de metodologias que visem à redução no consumo de combustível e aumento na eficiência da refrigeração do motor. Foram comparados resultados experimentais e computacionais do escoamento sobre um modelo de um ônibus comercial em escala 1:17,5. Para a realização do experimento foi utilizado um túnel de vento de seção aberta, onde foram analisadas as distribuições de pressão nas superfícies da carroceria e o arrasto aerodinâmico. Para o teste computacional, foi utilizado um software de dinâmica dos fluidos computacional em que as equações de Navier-Stokes com média de Reynolds são resolvidas pelo método dos volumes finitos usando um modelo de turbulência RNG 'capa' - 'épsilon' / Two main objectives in the study of commercial vehicle aerodynamics are the reduction in fuel consumption and the improvement in engine refrigeration efficiency. These objectives can be achieved through development of devices which vary the flow characteristics around the vehicle and also through modification of the shape of external surfaces. The slope of rear surfaces, for instance, has large influence over the wake turbulence which forms behind the vehicle. The use of computational tools yields cost reduction and greater flexibility in automotive aerodynamic analysis. There is still a need, however, for verification of results, generated by these computational tools, with the largest possible number of test cases so that the mathematical model is adequately chosen and adjusted. The objective of the present work is the verification of experimental and computational results in the development of methodologies aiming at reduction of fuel consumption and improvement in engine refrigeration efficiency. Experimental and computational aerodynamic results were compared for a commercial bus model with a 1:17.5 scale. The experiments were conducted in an open section wind tunnel where pressure distribution and aerodynamic drag were analyzed. The numerical analysis was conducted using computational fluid dynamics software which solves the Reynolds Averaged Navier-Stokes equations using the finite volume method with a RNG 'capa' - 'épsilon' turbulence model

As bombas ejetoras são dispositivos apropriados para aspirar e bombear um fluido que pode ser líquido, gás ou vapor ou uma mistura bifásica. Tais dispositivos são caracterizados pela troca da energia cinética de uma corrente de fluido primária com a uma corrente de fluido secundária em uma câmara de mistura. Devido à simplicidade na estrutura, na ausência de partes móveis e na conveniência da manutenção, bombas ejetoras têm sido usadas extensivamente em muitos campos da Engenharia para várias finalidades. Bombas ejetoras são usadas principalmente em atividades como: bombeamento ou sucção de fluidos, dragas, bombeamento de produtos químicos, transporte de partículas sólidas grandes ou até mesmos produtos alimentícios. Uma bomba ejetora é geometricamente simples consistindo de 4 componentes principais: um bocal, câmara de sucção, garganta misturadora e difusor. Nesta dissertação, a ferramenta de Dinâmica dos Fluidos Computacional (DFC) foi utilizada para calcular o escoamento tridimensional no interior de uma bomba ejetora com dados geométricos e de desempenho disponíveis na literatura com o objetivo principal de avaliar a qualidade dos resultados obtidos. Para tanto as equações de conservação da massa, 2 Lei de Newton, conservação de energia e para o modelo de turbulência k- foram resolvidas utilizando o método de volumes finitos com um algoritmo segregado para o acoplamento dos campos de velocidade e pressão. Para obtenção da solução foi utilizado o código comercial Fluent versão 6.3.17. Os resultados numéricos obtidos para eficiência da bomba ejetora foram comparados com resultados experimentais e com os de uma formulação unidimensional onde os coeficientes de perda por atrito foram medidos experimentalmente nas seções da bomba ejetora ensaiada experimentalmente e simulada numericamente. Os resultados apresentaram boa concordância em toda a faixa disponível de resultados experimentais. A ferramenta de CFD também permitiu analisar os campos de velocidade e a distribuição de pressão nos componentes da bomba ejetora (bocal, garganta misturadora e difusor).

Simulações são realizadas utilizando a dinâmica de fluidos computacional (DFC) para prever o desempenho e características de escoamento em uma bomba ejetora anular. A simulação numérica do escoamento no interior da bomba ejetora anular é realizada utilizando o código FLUENT 6.3.26. No presente estudo, o método de volumes finitos é utilizado para resolver um escoamento tridimensional, em regime permanente e incompressível modelado pelas seguintes equações matemáticas: continuidade, momentum e modelo de turbulência . Uma boa concordância foi obtida na comparação entre os resultados numéricos e experimentais disponíveis. Então, os resultados numéricos são utilizados para analisar as seguintes dependências: razão de altura manométrica versus razão de vazão volumétrica e a eficiência global versus razão de vazão volumétrica. Os perfis de velocidade e pressão estática também são usados para estudar o processo de mistura entre as duas correntes na câmara de mistura da bomba ejetora. A boa concordância com os resultados experimentais e a compreensão do escoamento de água obtidos nesta análise numérica mostram que uma abordagem adequada do DFC pode ser utilizada para melhorar o desempenho da bomba ejetora.

Dois dos principais objetivos no estudo da aerodinâmica de veículos comerciais são a redução no consumo de combustível e o aumento na eficiência da refrigeração do motor. Esses objetivos podem ser alcançados através do desenvolvimento de dispositivos que modifiquem o escoamento do ar ao redor do veículo e também através da alteração da forma das superfícies externas. A inclinação das superfícies da parte traseira de um ônibus, por exemplo, tem grande influência sobre a esteira turbulenta que se forma atrás do veículo. O uso de ferramentas computacionais permite uma redução de custo e maior flexibilidade na análise aerodinâmica de autoveículos. Ainda é preciso, no entanto, que o resultado dessas ferramentas computacionais seja verificado com o maior número possível de casos para que se possa escolher e ajustar o modelo matemático de forma adequada. O objetivo do presente trabalho é a verificação dos resultados computacionais e experimentais no desenvolvimento de metodologias que visem à redução no consumo de combustível e aumento na eficiência da refrigeração do motor. Foram comparados resultados experimentais e computacionais do escoamento sobre um modelo de um ônibus comercial em escala 1:17,5. Para a realização do experimento foi utilizado um túnel de vento de seção aberta, onde foram analisadas as distribuições de pressão nas superfícies da carroceria e o arrasto aerodinâmico. Para o teste computacional, foi utilizado um software de dinâmica dos fluidos computacional em que as equações de Navier-Stokes com média de Reynolds são resolvidas pelo método dos volumes finitos usando um modelo de turbulência RNG 'capa' - 'épsilon' / Two main objectives in the study of commercial vehicle aerodynamics are the reduction in fuel consumption and the improvement in engine refrigeration efficiency. These objectives can be achieved through development of devices which vary the flow characteristics around the vehicle and also through modification of the shape of external surfaces. The slope of rear surfaces, for instance, has large influence over the wake turbulence which forms behind the vehicle. The use of computational tools yields cost reduction and greater flexibility in automotive aerodynamic analysis. There is still a need, however, for verification of results, generated by these computational tools, with the largest possible number of test cases so that the mathematical model is adequately chosen and adjusted. The objective of the present work is the verification of experimental and computational results in the development of methodologies aiming at reduction of fuel consumption and improvement in engine refrigeration efficiency. Experimental and computational aerodynamic results were compared for a commercial bus model with a 1:17.5 scale. The experiments were conducted in an open section wind tunnel where pressure distribution and aerodynamic drag were analyzed. The numerical analysis was conducted using computational fluid dynamics software which solves the Reynolds Averaged Navier-Stokes equations using the finite volume method with a RNG 'capa' - 'épsilon' turbulence model

Made available in DSpace on 2014-06-11T19:25:27Z (GMT). No. of bitstreams: 0 Previous issue date: 2009-11-06Bitstream added on 2014-06-13T18:26:31Z : No. of bitstreams: 1 fogal_mlf_me_bauru.pdf: 1973940 bytes, checksum: 7fa4d89826d2cfb9214807f1ec353036 (MD5) / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES) / Neste trabalho apresenta-se uma análise teórica e experimental dos resultados comparativos entre as curvas características de um ventilador axial utilizado em um sistema de pulverização agrícola para um ângulo de ataque da pá em 32 graus nas rotações de 1500, 1750, 2600 e 3000 rpm e resultados numéricos da influência da variação do ângulo de ataque da pá em 28, 32 e 36 graus e da otimização do sistema de pulverização ambos para uma rotaç]ao de 2600 rpm. O campo médio turbulento foi obtido com a aplicação da média temporal sendo que o modelo de turbulência exigido para o fechamento do conjunto de equações foi o modelo k-ε de duas equações. A resolução de todos os fenômenos acoplados foi alcançada com o auxílio do código de fluidodinâmica computacional CFX que utiliza a técnica dos volumes finitos como método numérico. Para validação da análise teórica, realizaram-se experimentos em um túnel de vento horizontal de seção circular com diâmetro de 622 mm, usando um tubo de Pitot para as tomadas de pressão de acordo com a norma para ensaios em laboratório. Apresentam-se resultados qualitativos na forma de vetores e mapas de gradiente de velocidade e, quantitativos na forma de tabelas e gráficos para as curvas características. / This paper presents a theoretical and experimental analysis of comparative results the characteristic curves of an axial fan used in an agricultural spraying system for a blade attack angle of 32 degrees at rotations of 1500, 1750, 2600 and 3000 rpm and numerical results for the influence of blade attack angle variation at 28, 32 and 36 degrees and optimization of the spraying system, both for a rotation of 2600 rpm. The average turbulent field was obtained from the application of time average where the turbulence model required for closing the set of equations was the k-ε model for two equations. Resolution of all connected phenomena was achieved with the help of the fluid dynamics computacional, CFX, which uses the finite volumes technique as a numerical method. In order to validate the theoretical analysis, an experiment was conducted in a circular section of a horizontal wind tunnel, 622 mm in diameter and 6220 mm in length, using a Pitot tube for pressure readings according to the norm for laboratory assays. Qualitative results are shown as vectors and gradient maps for speed and quantitative results are shown in tables and graphics for characteristic curves.

A crescente preocupação ambiental e a necessidade de se criar produtos mais eficientes têm impulsionado os pesquisadores a realizarem estudos acerca da aerodinâmica veicular. Estes dois fatores constituem os principais motivos, pelos quais existe uma grande procura por conhecimento nesta área. Esta ciência pode ser considerada relativamente nova e ainda carece de uma base de dados. Entender como a aerodinâmica se relaciona com o consumo de combustível nos automóveis, à medida que o arrasto impõe resistência ao deslocamento dos mesmos, é algo que tem estimulado as indústrias automotivas a investirem grandes esforços na obtenção de ferramentas, que possam representar as condições de tráfego normais e, assim conseguir prever o desempenho do produto em desenvolvimento. Os túneis de vento e a simulação computacional surgem neste ambiente como as principais ferramentas de análise e predição do escoamento ao redor do veículo. Por isso seu entendimento faz-se de extrema necessidade. Ter conhecimento sobre a concepção do seu projeto, como funcionam, seus pontos fortes e suas fraquezas, são requisitos necessários para a pessoa que deseja estudar esta ciência. O presente trabalho traz uma contextualização histórica da aerodinâmica veicular nas indústrias automotiva e automobilística, além de apresentar aspectos técnicos relacionados aos túneis de vento e simulação computacional. Abordando as vantagens e desvantagens de cada ferramenta, expõe-se o fato de que estas ferramentas são complementares no estudo aerodinâmico. Para exemplificar a utilização dessas ferramentas, foi realizado um estudo aerodinâmico sobre uma geometria básica, que representa com similaridade os veículos tipo hatchback, denominada Modelo SAE em ambiente computacional. Os conceitos acerca do arrasto veicular e estabilidade veicular foram expostos para embasar este estudo. Este modelo foi submetido a diferentes geometrias traseiras e condições de escoamento simétricas e assimétricas. Este estudo demonstrou que o arrasto e a estabilidade veicular compreendem conceitos distintos e, dessa forma, é possível diminuir o arrasto de um veículo sem haver perda de estabilidade. / The growing environmental concern and the necessity to create more efficient products have motivated researchers to conduct studies about the aerodynamic vehicle. These two aspects are the main reasons which are promoting a great demand for knowledge in this theme. This science may be considered relatively new and still lacks more databases. Understand how aerodynamics is related to automobiles fuel consumption such as drag resistance imposed to their displacement, is something that has made the automotive industries invest considerable effort in obtaining tools which may represent the normal traffic conditions and thus, able to predict the performance of the product in development stage. The wind tunnels and computer simulations appear in this environment as the main tools for analysis and prediction of the flow around vehicle. The understanding about them is so of utmost necessity. Knowing how it was designed, how they work, their strengths and weaknesses are essential requirements for the person who wants to study this science. This material presents a historical development of vehicle aerodynamics in automotive and motor-racing industries, indeed technical aspects related to wind tunnels and computational fluid dynamics. Exposing the advantages and disadvantages of both tools, it is evidenced these tools complement each other during an aerodynamic study. To exemplify these tools utility an aerodynamic research was conducted using a basic form geometry known as SAE Model that represents with similarity the hatchback vehicles in the market. Drag and vehicle stability concepts were exposed to build a solid basis for this study. This model was submitted to different rear geometries, symmetric and asymmetric flow conditions. It could be demonstrated that drag and vehicle stability have distinct concepts and therefore it is possible diminish the first without damaging the later.

O enchimento de reservatórios hidrelétricos provoca impactos ambientais, interferindo nos ecossistemas e nos modos de vida das populações envolvidas, pois durante este processo a biomassa terrestre é decomposta lançando substâncias que se concentram nos volumes dos diferentes compartimentos do reservatório. Nestas condições, algumas regiões do reservatório passam por períodos em que os teores de oxigênio dissolvido e a concentração de matéria orgânica comprometem o equilíbrio da flora e fauna locais, afetando tanto a qualidade das águas como também os ecótonos vizinhos. Neste trabalho, será tratado o problema do transporte das concentrações das espécies constituintes, da temperatura e da turbulência, 2D e 2DH, durante o enchimento de compartimentos de reservatórios / The wadding of hidroelectric reservoirs provokes ambient impacts, intervening with the ecosystems and the ways of life of the involved populations, because during this process the terrestrial biomass is decomposed launching substances that stay concentrated in the volumes of the different compartments of the reservoir. In these conditions, some regions of the reservoir pass for periods where the texts of dissolved oxygen and the concentration of organic substance compromise the balance of the local flora and fauna, affecting as much the quality of waters as the neighboring ecotones. In this work, will be treated the problem of the transport of the concentrations of the constituent species, of the temperature and the turbulence, 2D and 2DH, during the wadding of compartments of reservoirs

As complexidades das configurações, da geometria e da topologia dos escoamentos encontrados em sistemas tais como câmaras de combustão de turbo-máquinas requerem métodos numéricos eficientes para modelar os escoamentos turbulentos reativos existentes. Este trabalho de modelagem numérica está relacionado com o desenvolvimento de ferramentas numéricas eficientes necessárias ao estudo dos escoamentos turbulentos reativos nessas aplicações. Na primeira parte desta tese, após relembrar os elementos de base que permitem a descrição de um escoamento turbulento reativo prée-misturado, são apresentadas as diversas etapas que presidem a elaboração do programa computacional. Inicialmente, introduz-se a técnica de compressibilidade artificial, que consiste em modificar as equações governantes acrescentando termos não-estacionários no pseudo-tempo, destinados a introduzir uma velocidade do som finita no domínio de cálculo. Em seguida é exposta a discretização por volumes finitos das equações governantes em malhas não-estruturadas bidimensionais híbridas, que contêm elementos triangulares e/ou quadriláteros. A adição de termos de dissipação artificial bem com o uso de um método do tipo Runge-Kutta para integrar os termos temporais no pseudo-tempo das equações governantes, que completam o método, são comentados em seguir. O programa de cálculo, desenvolvido na linguagem C++, foi validado considerando-se o problema de uma chama plana turbulenta, propagando-se livremente em uma turbulência "congelada". Este fenômeno foi modelado com um termo de produção química médio do tipo flamelet, no qual um corte representando extinção foi introduzido com a finalidade de selecionar uma só velocidade possível de propagação. Os resultados obtidos para uma chama lenta (0,5 m/s) ou rápida (10 m/s) foram comparados com aqueles obtidos na literatura. A precisão dos resultados é bastante satisfatória e os gradientes elevados de pressão estática, característicos do termo fonte empregado, são capturados corretamente, tanto no que se refere a sua intensidade quanto à sua localização, dentro da frente de chama média. Uma análise de sensibilidade e precisão da malha foi igualmente conduzida, assim como um estudo das características de convergência em função do valor do coeficiente de compressibilidade artificial. Tendo sido validado, o programa de cálculo foi, em seguida, utilizado com a finalidade de estudar esteiras inertes ou reativas encontradas à jusante de um obstáculo de seção transversal triangular, colocado no meio de um escoamento turbulento em um canal. Um modelo de turbulência do tipo k-e, acoplado a dois tipos de leis de parede foi utilizado. O desprendimento turbilhonar, típico dos escoamentos de esteiras inertes considerados, foi previsto corretamente com, em particular, uma freqüência de Strouhal de desprendimento com boa concordância com os resultados experimentais disponíveis. As esteiras reativas foram calculadas com um modelo de flamelet, onde os transportes turbulentos da variável de avanço da combustão foram calculados por aproximação do tipo gradiente. Três formas do termo de produção química médio, existentes na literatura, foram utilizados. Aparentemente, a estrutura da esteira reativa prevista é fortemente dependente da formulação adotada para o termo fonte médio. Embora os resultados obtidos sejam comparados àqueles apresentados por outro autores, em uma configuração de escoamento similar, a comparação com resultados experimentais mostra que é necessário uma melhoria na modelagem física de forma a prever este tipo de escoamento reativo de maneira satisfatória.

O enchimento de reservatórios hidrelétricos provoca impactos ambientais, interferindo nos ecossistemas e nos modos de vida das populações envolvidas, pois durante este processo a biomassa terrestre é decomposta lançando substâncias que se concentram nos volumes dos diferentes compartimentos do reservatório. Nestas condições, algumas regiões do reservatório passam por períodos em que os teores de oxigênio dissolvido e a concentração de matéria orgânica comprometem o equilíbrio da flora e fauna locais, afetando tanto a qualidade das águas como também os ecótonos vizinhos. Neste trabalho, será tratado o problema do transporte das concentrações das espécies constituintes, da temperatura e da turbulência, 2D e 2DH, durante o enchimento de compartimentos de reservatórios / The wadding of hidroelectric reservoirs provokes ambient impacts, intervening with the ecosystems and the ways of life of the involved populations, because during this process the terrestrial biomass is decomposed launching substances that stay concentrated in the volumes of the different compartments of the reservoir. In these conditions, some regions of the reservoir pass for periods where the texts of dissolved oxygen and the concentration of organic substance compromise the balance of the local flora and fauna, affecting as much the quality of waters as the neighboring ecotones. In this work, will be treated the problem of the transport of the concentrations of the constituent species, of the temperature and the turbulence, 2D and 2DH, during the wadding of compartments of reservoirs