No presente trabalho, são apresentados os campos de velocidade na esteira próxima de cunhas. Em uma primeira série de experimentos, utiliza-se um único modelo de cunha e verifica-se o efeito da variação do número de Reynolds (Re) entre 0,6x103 e 3,0x103. Na segunda série de experimentos, o número de Reynolds é fixado e o ângulo de separação (semi-ápice) da cunha é variado 15, 30e 45. Na terceira série, para o mesmo Re foram ensaiados dois modelos de cunha com dimensões diferentes da base (semi-ápice de 45) para obter a influência da razão de bloqueio (9,8% e 19,7%). Um aspecto importante deste trabalho foi o desenvolvimento da metodologia experimental para a obtenção de resultados confiáveis, usando um anemômetro laser. Além disto, foi possível realizar medidas em valores baixos de número de Reynolds, em uma faixa onde resultados experimentais não são disponíveis. A freqüência de liberação de vórtices foi determinada experimentalmente (cálculo do número de Strouhal) com o auxilio do LDA. A partir dos campos de velocidade média (u e v) e flutuante (uRMS e vRMS) é possível determinar a posição do núcleo do vórtice médio e a posição onde ocorrem os máximos de uRMS e vRMS. Estas posições, permitem a ampliação da discussão sobre a posição do final da região de formação. Com os campos de velocidade foi determinada a velocidade no ponto de separação e, indiretamente, o coeficiente de pressão na base.

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.

Calcula-se o escoamento turbulento na entrada de tubos e entre placas paralelas com as versões de Launder-Sharma e Lam-Bremhorst do modelo ';k-épsilon';, válidas paraescoamentos próximos a superfícies sólidas e a baixos números de Reynolds. Resolvem-se numericamente as equações da continuidade, de quantidade de movimento axial, de energia, de k (energia cinética turbulenta) e de ';épsilon'; (taxa de dissipação da energia cinética turbulenta), admitindo as simplificaçãoes da camada limite. A cada passo axial de integração das equações, prvê-se o gradiente de pressão pelo método de Patankar-Spalding e a cada iteração, realizadas para resolver as equações não lineares, este gradiente é corrigido por um método proposto, que é baseado na equação exata do gradiente axial da pressão. Para realizar uma validação do programa decomputador desenvolvido, compararam-se os resultados, primeiro para o escoamento laminar na região de entrada, e depois para o escoamento turbulento desenvolvido. Em seguida obtiveram-se resultados para escoamento turbulentos, com altos valores do número de Reynolds, na região de entrada de tubos e entre placas paralelas; com uma distribuição de k na entrada dos dutos de acordo com os resultados experimentais para a saída da contração, que dirige o escoamento à boca de entrada dos dutos. A concordância entre os resultados teóricos e osexperimentais é muito boa até o ponto onde a velocidade na linha de centro atinge o pico de máximo (overshoot), que corresponde aproximadamente ao encontro das camadas limites. A interação as camadas limites acarreta uma produção negativa de turbulência (supressão), que não é simulada corretamente pelo modelo ';k-épsilon';. Após este ponto de máximo, a discordância entre os resultados é um pouco maior, apesar deainda se prever que a velocidade na linha de centro não tende monotonicamente laminar. Os resultados teóricos para o perfil de tensão turbulenta, ';uv BARRA';, tem um desenvolvimento muito semelhante ao de uma camada limite externa até o ponto de encontro das camadas limites e depois se ajustam a variação linear do escoamento desenvolvido; de acordo com a explicação de Bradshaw para o pico da velocidade média na linha de centro. Obtiveram-se, tambem, os resultados para escoamento a menores números de Reynolds, inclusive, segundo os resultados experimentais para o número de Nusselt, com transição laminar-turbulento. Os resultados teóricos para o número ne Nusselt, obtidos com a versão do modelo ';k-épsilon'; de Launder-Sharma, reproduzem o comportamento dos resultados experimentais, com boa concordância e inclusive com previsão do mínimo no início da transição. Analisando o desenvolvimento da tensão ';uv BARRA'; ao longo do tubo, nota-se que o perfil imposto na boca de entrada, tende a diminuir na região onde o número de Nusselt decai, e cresce abruptamente após o mínimo do número de Nusselt. Como neste caso não havia resultados experimentais da tensão ';uv BARRA'; para comparação, não se pode afirmar, que esta versão do modelo ';k-épsilon'; prevê a transição corretamente neste escoamento. Pelas comparações realizadas, entre resultados teóricos e experimentais, verificou-se que, nos escoamentos analisados, a versão do modelo ';k-épsilon'; de Launder-Sharma apresentou uma performance melhor que a de Lam-Bremhorst.

O deslocamento de bolhas gasosas imersa em meio líquido tem sido bastante estudado nas últimas décadas, devido à aplicabilidade deste fenômeno em diversas áreas da engenharia, tais como: máquinas hidráulicas, turbo bombas, extração de petróleo, processamento de alimentos, bioengenharia, etc. Este trabalho reporta os resultados de uma investigação experimental e numérica do escoamento ao redor e no interior de bolhas de ar esféricas com velocidade ascendente terminal, bem como a determinação de alguns parâmetros adimensionais (números de Reynolds, coeficiente de arrasto, etc.) que caracterizam esse tipo de escoamento. A técnica experimental utilizada para a determinação de tais parâmetros foi a de visualização de escoamento, onde foram captadas imagens de bolhas imersas em meio líquido à velocidade terminal de ascensão. Paralelamente foram medidas a vazão do escoamento e o diâmetro das bolhas, permitindo assim a determinação dos parâmetros adimensionais supracitados. Para a obtenção da solução numérica do problema, utilizou-se um programa computacional, que possibilitou a resolução das equações diferenciais parciais (EDP's) não-lineares de Navier-Stokes e da equação da continuidade (equação da pressão). Tal programa resolveu as EDP's utilizando-se do método de Elementos Finitos. Simultaneamente, foi resolvido uma equação para a função corrente com o intuito de visualizar o campo de linhas decorrentes ao redor e no interior da bolha. Por fim, os resultados numéricos para a bolha de ar foram comparados com os dados experimentais obtidos e com os outros resultados provenientes da literatura específica.

Este trabalho apresenta simulações numéricas de escoamento de fluidos através de placas de orifício, elementos primários de medição de vazão, em comparação aos resultados esperados por normas internacionais. O coeficiente de descarga usado para a determinação da vazão de um escoamento em uma tubulação foi obtido numericamente através da aplicação do modelo de turbulência de baixo Reynolds proposto por Launder-Sharma, resolvido através de um código aberto de Dinâmica de Fluidos Computacional. Diferentes configurações de placa de orifício foram analisadas, tais como: diâmetro do orifício de restrição, número de Reynolds, posição de instalação, ângulo de chanfro. A principal abordagem deste trabalho é apresentar uma metodologia para determinação do coeficiente de descarga para a montagem invertida da placa de orifício e apresentar os parâmetros que influenciam na determinação da vazão nesta condição. Foi observado que os melhores resultados foram obtidos para os maiores diâmetros de placa de orifício, salientando que todos os resultados apresentaram desvios inferiores a 2% em relação à norma ISO-5167 (2003). Na montagem invertida da placa de orifício foi observada uma redução na diferença de pressão entre as faces da placa de orifício em comparação à montagem correta, resultando em um maior valor necessário para o coeficiente de descarga. De acordo com os resultados deste trabalho a determinação do coeficiente de descarga para a montagem invertida da placa de orifício depende do número de Reynolds, ângulo de chanfro e da dimensão do orifício de restrição. Este trabalho apresenta ainda resultados para a determinação da vazão em condição de montagem invertida da placa, que podem ser abordados em trabalhos futuros para estimativa do coeficiente de descarga em condições adversas de montagem.

Métodos passivos para aumentar a taxa de transferência de calor em trocadores de calor, tais como o uso de concavidades de figura arredondada, estampadas nas paredes dos tubos, em trocadores de calor chamadas de dimples, vêm sendo extensivamente usados. Com o seu uso, há um aumento da turbulência no escoamento do fluido interno aos tubos com consequente incremento da troca de calor, sem que adição de material ou qualquer modificação relevante do processo de fabricação do trocador venham a ser necessários. A maioria dos estudos disponíveis na literatura, referentes a este método foram conduzidos em tubos ou feixe de tubos com dimples circulares. Dimples de perfil retangular, aplicado em trocadores de calor compactos para uso veicular, ou radiadores, foram menos estudados, sendo que os radiadores automotivos são um dos grandes beneficiários do uso de tais dimples. Isto porque, normalmente, tem em suas aplicações sérias limitações de espaço para sua instalação, exigindo assim que tenham grande capacidade de transferência de calor. Neste trabalho, uma amostra de radiador com tubos de seções retangulares com vértices arredondados, também chamados de tubos de perfil plano, com dimples retangulares e uma amostra de radiador com tubos de mesmo perfil sem dimples, ou lisos, tiveram suas taxas de dissipação de calor obtidas através de experimentos realizados em bancada de teste denominada calorímetro. Esses resultados foram correlacionados com os preditos por métodos encontrados em literatura recente. Essas correlações se situaram entre 97% e 107% para o fluido interno aos tubos, para o número de Reynolds (ReDht) com valores compreendidos entre 2100 e 9200. Para o fluido externo (escoamento externo pelas aletas), a correlação entre os resultados teóricos e experimentais se situou entre 90% e 100%, com Reynolds (ReLp) compreendidos entre 196 e 953, validando deste modo, os resultados encontrados nos experimentos, cuja estimativa de incerteza de medição foi de 2.6% a 10.7% com nível de confiança de 95%. Foi encontrado então que o uso de tubos com dimples promoveu um incremento no fator de ganho de taxa de transferência de calor ?, entre 1,37 e 2,28 quando comparados aos tubos sem dimples, o que significa que a relação entre o coeficiente de transferência de calor adimensional de Colburn dos tubos com dimples e sem dimples, jid /jis, foi maior que a relação entre o fator de atrito do fluido interno nos tubos com dimples e sem dimples, fid/ fis no radiador com dimples, a uma dada condição de potência fixa de bombeamento do fluido interno e de potência ideal de ventilador. Houve, portanto, um ganho em rejeição de calor com o uso de dimples de perfil retangular em tubos de perfil plano em trocadores de calor compactos. Este trabalho apresenta o estudo experimental e teórico, comparação e validação de tais resultados.

Neste trabalho foram estudados diversos critérios para a determinação do Buffeting onset transônico a partir de resultados de túnel de vento. Foram utilizados quatro critérios, encontrados na literaturas, baseado no comportamento dos coeficientes aerodinâmicos longitudinais, e um novo critério foi proposto. Os critérios foram aplicados em resultados de túnel de vento a número de Reynolds de 3.0 e 3.5 milhões e corrigidos para valores de voo. A correção de número de Reynolds foi desenvolvida neste trabalho a partir de resultados de túnel de vento criogênico, o qual possui a capacidade de atingir número de Reynolds de voo. Os resultados de túnel de vento corrigidos foram comparados com resultados de ensaios em voo para quatro aeronaves. O critério proposto no presente trabalho para a fronteira de Buffeting onset foi o que teve melhor concordância. Distribuição de pressão em estações ao longo da envergadura da asa foram utilizadas para o melhor entendimento da condição do escoamento quando o Buffeting onset é identificado. Verificou-se que a região descolada ocupa aproximadamente metade da envergadura e o critério proposto reflete esta realidade física. Os demais critérios estão associados ao início do descolamento. Também foram estudados dois critérios à partir de resultados de acelerômetro e extensômetro, instalados nas asas do modelo de túnel de vento.

Mecanismos de aprimoramentos passivos elevam a taxa transferência de calor em trocadores de calor por meio de modificações na superfície de troca térmica. Estas modificações geram turbulência no escoamento sem a necessidade de utilizar dispositivos que consomem energia externa. Este efeito limita o crescimento da camada limite térmica perto da superfície de transferência de calor. Neste trabalho a melhoria da superfície de troca térmica é exercida utilizando as aletas triangulares com venezianas. Este tipo de aleta promove incremento na troca térmica sem a necessidade de adição de material extra na sua fabricação ou qualquer modificação extrema no projeto do trocador de calor. Em virtude disso, o uso de aletas com venezianas em trocadores de calor utilizados no setor automotivo tem se mostrado eficiente para projetos onde há limitações de espaço e demanda por maior troca térmica. O trocador de calor compacto estudado é um intercooler utilizado para arrefecer o ar de admissão em veículos turboalimentados. Para efeito comparativo, foram então construídos dois modelos de intercoolers com dimensões geométricas idênticas, e com a mesma quantidade de tubo e aletas. Assim, um modelo foi fabricado com aleta triangular e o outro com aleta triangular com venezianas. A avaliação dos dois modelos de intercoolers, foram realizadas através de análise teórica e experimental. Os ensaios foram conduzidos em um banco de ensaio denominado calorímetro. Por meio dele os intercoolers com aletas triangulares e com aletas triangulares com venezianas tiveram suas taxas de dissipação de calor obtidas assim como as suas vazões e quedas de pressões em ambos os escoamentos. Os resultados experimentais foram comparados com os resultados obtidos por meio de correlações analíticas provenientes do método da Efetividade-NUT. As diferenças entre os resultados experimental e o teórico calculado pelo método ? - NUT variou entre 0,22% e 5,42% no escoamento interno e 0,06% e 9,92% no escoamento externo. Portanto, as comparações entre os resultados experimental e o calculado pelo método ? - NUT para ambos os modelos de intercooler apresentaram-se satisfatórios cuja a estimativa de incerteza de medição situou-se entre 1,43% e 4,06% para um nível de confiança de 95%. Os resultados obtidos foram apresentados em fator j de Colburn de modo a fornecer uma representação da transferência de calor em termos de parâmetro adimensional em função do número de Reynolds. Foi constatado que o fator j de Colburn na superfície com aleta triangular com venezianas é 2 vezes maior que o da superfície com aleta triangular. Contudo, o fator de atrito da superfície com aleta triangular com venezianas é 5 vezes maior que a superfície com a aleta triangular. Portanto houve um ganho na dissipação do calor com um aumento significativo no fator de atrito. Com o objetivo de avaliar a viabilidade da aleta com venezianas foram feitas análises simultâneas entre o fator j de Colburn e o fator de átrio de Fanning por meio do critério de avaliação de desempenho. Com tais ganhos obtidos e análises realizadas pode-se afirmar que a técnica desenvolvida por este trabalho de tese apresenta-se muito adequada para o desenvolvimento de trocadores de calor automotivos.

Assim como um peixe pode aproveitar a energia dos vórtices formados por uma rocha em uma corredeira para economizar energia e produzir impulso, este trabalho tem por objetivo mostrar que os vórtices de von Kármán ou esteira de vórtices, desprendidos de um corpo cilíndrico colocado em um escoamento contínuo, com uma placa de um determinado comprimento, posicionada atrás desse corpo cilíndrico e com movimentos livres na horizontal, pode vibrar e produzir movimentos rotacionais, e por fim, uma frequência, com o objetivo de se aproveitar esse movimento para geração de energia. Para tanto, utilizou-se software CFD (Computational Fluid Dynamic), para observar e quantificar os movimentos produzidos pela placa. Observou-se também, entre três comprimentos de placa, com três velocidades diferentes, três números de Reynolds diferentes e com escoamentos laminar e turbulento, como as placas se comportam e qual delas produz movimento com maior frequência. Buscou-se também verificar a eficiência do movimento para números de Strouhal menores e iguais a 0,21. / Just as a fish can harness the energy of the vortices formed by a rock in the rapids to save energy and produce impulse this paper aims to show that the von Kármán vortex or wake vortex, detached from a cylindrical body placed in a flow continuous with a plate of a certain length, positioned behind this cylindrical body and freely moving horizontally, may vibrate and produce rotational movements, and finally, a frequency, in order to take advantage of this movement to generate power. Therefore, we used CFD software (Computational Fluid Dynamic), to observe and quantify the movements produced by the board. It was also observed between three plate lengths with three different velocities, three different Reynolds numbers and laminar and turbulent flow as the plates behave and which one produces motion with higher frequency. It sought to verify the efficiency of movement to lower Strouhal numbers and equal to 0.21.

Assim como um peixe pode aproveitar a energia dos vórtices formados por uma rocha em uma corredeira para economizar energia e produzir impulso, este trabalho tem por objetivo mostrar que os vórtices de von Kármán ou esteira de vórtices, desprendidos de um corpo cilíndrico colocado em um escoamento contínuo, com uma placa de um determinado comprimento, posicionada atrás desse corpo cilíndrico e com movimentos livres na horizontal, pode vibrar e produzir movimentos rotacionais, e por fim, uma frequência, com o objetivo de se aproveitar esse movimento para geração de energia. Para tanto, utilizou-se software CFD (Computational Fluid Dynamic), para observar e quantificar os movimentos produzidos pela placa. Observou-se também, entre três comprimentos de placa, com três velocidades diferentes, três números de Reynolds diferentes e com escoamentos laminar e turbulento, como as placas se comportam e qual delas produz movimento com maior frequência. Buscou-se também verificar a eficiência do movimento para números de Strouhal menores e iguais a 0,21. / Just as a fish can harness the energy of the vortices formed by a rock in the rapids to save energy and produce impulse this paper aims to show that the von Kármán vortex or wake vortex, detached from a cylindrical body placed in a flow continuous with a plate of a certain length, positioned behind this cylindrical body and freely moving horizontally, may vibrate and produce rotational movements, and finally, a frequency, in order to take advantage of this movement to generate power. Therefore, we used CFD software (Computational Fluid Dynamic), to observe and quantify the movements produced by the board. It was also observed between three plate lengths with three different velocities, three different Reynolds numbers and laminar and turbulent flow as the plates behave and which one produces motion with higher frequency. It sought to verify the efficiency of movement to lower Strouhal numbers and equal to 0.21.