Dissertação (mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico. Programa de Pós-graduação em Engenharia Mecânica / Made available in DSpace on 2012-10-21T11:47:41Z (GMT). No. of bitstreams: 1 214310.pdf: 1178570 bytes, checksum: 357336f85a436ce2f39669fcf588e908 (MD5) / Objetiva-se analisar a propagação subcrítica e crítica de descontinuidades durante a execução de testes hidrostáticos em vasos de pressão. Considera-se principalmente o teste hidrostático periódico, originado de requisitos legais, e pressões de teste da ordem de 1,5 vezes a pressão máxima admissível. Duas situações distintas foram consideradas, para permitir uma maior abrangência de análise: a primeira, representada por um vaso de pressão fabricado em aço carbono, não sujeito a mecanismos de danos durante a sua vida operacional, e contendo um defeito de fabricação do tipo falta de fusão em um bocal; a segunda é representada por uma coluna de processo fabricada em aço inoxidável austenítico, que foi submetida a corrosão-sob-tensão sob isolamento, e apresentou trincas ramificadas na superfície metálica. A análise se desenvolveu pela verificação da estabilidade e cálculo dos parâmetros relacionados à integral J. Para tanto, utilizou-se de documentos como a BS-7910 e API 579, além de formulações para cálculo de J. As tensões foram calculadas pelo método dos elementos finitos, resultando na linearização das mesmas na seção de interesse. Também foi avaliada a propagação por fadiga e corrosão-sob-tensão combinadas, e também pelo critério "leak before break". Verificou-se que no caso do vaso de aço carbono não houve qualquer propagação, enquanto que no caso da coluna de aço inoxidável houve propagações para as maiores profundidades de trincas, durante o teste hidrostático. As conclusões resultantes deste trabalho estão relacionadas a haver ou não alguma alteração durante o teste hidrostático periódico em relação ao teste hidrostático original, realizado após a fabricação. O fluxograma desenvolvido caracteriza os aspectos determinantes de uma possível propagação, devendo ser utilizado previamente à realização de um teste hidrostático periódico.

Dissertação (mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico. Programa de Pós-graduação em Engenharia Mecânica / Made available in DSpace on 2012-10-22T05:52:45Z (GMT). No. of bitstreams: 1 250100.pdf: 1178570 bytes, checksum: 357336f85a436ce2f39669fcf588e908 (MD5) / Objetiva-se analisar a propagação subcrítica e crítica de descontinuidades durante a execução de testes hidrostáticos em vasos de pressão. Considera-se principalmente o teste hidrostático periódico, originado de requisitos legais, e pressões de teste da ordem de 1,5 vezes a pressão máxima admissível. Duas situações distintas foram consideradas, para permitir uma maior abrangência de análise: a primeira, representada por um vaso de pressão fabricado em aço carbono, não sujeito a mecanismos de danos durante a sua vida operacional, e contendo um defeito de fabricação do tipo falta de fusão em um bocal; a segunda é representada por uma coluna de processo fabricada em aço inoxidável austenítico, que foi submetida a corrosão-sob-tensão sob isolamento, e apresentou trincas ramificadas na superfície metálica. A análise se desenvolveu pela verificação da estabilidade e cálculo dos parâmetros relacionados à integral J. Para tanto, utilizou-se de documentos como a BS-7910 e API 579, além de formulações para cálculo de J. As tensões foram calculadas pelo método dos elementos finitos, resultando na linearização das mesmas na seção de interesse. Também foi avaliada a propagação por fadiga e corrosão-sob-tensão combinadas, e também pelo critério "leak before break". Verificou-se que no caso do vaso de aço carbono não houve qualquer propagação, enquanto que no caso da coluna de aço inoxidável houve propagações para as maiores profundidades de trincas, durante o teste hidrostático. As conclusões resultantes deste trabalho estão relacionadas a haver ou não alguma alteração durante o teste hidrostático periódico em relação ao teste hidrostático original, realizado após a fabricação. O fluxograma desenvolvido caracteriza os aspectos determinantes de uma possível propagação, devendo ser utilizado previamente à realização de um teste hidrostático periódico.

Resumo: Medidas hipertensivas em idades precoces têm sido associadas às alterações do estilo de vida em crianças e adolescentes, exemplificadas pelo maior nível de sedentarismo e menor qualidade alimentar.A proposta deste trabalho foi verificar a relação entre o nível de atividade física, a obesidade corporal e a ingestão de sódio com medidas hipertensivas arteriais em escolares.Participaram do estudo 1496 escolaresde 10 a 19 anos, de ambos os gêneros, da rede municipal de Curitiba (PR).Foi calculado o índice de massa corporal, acessados o nível de atividade física pelo Three Day Physical Activity Recall (3DPAR)e o consumo alimentar por Questionário Semiquantitativo de Frequência Alimentar (QSFA).Foram usados testes não-paramétricos de Mann-Whitney, Qui-quadrado, odds ratio(OR) e correlação de Pearson, com intervalo de confiança de 95% e nível de significância de 5%. A amostral final foi de 1105 indivíduos (55,0% meninas) com média de idade 12,61±1,47 anos. Destes 46,2% eram inativos,principalmente as meninas (53,0%) em relação aos meninos (38,0%;p<0,0001). A distribuição do índice de massa corporal foi semelhante entre os gêneros, sendo 47,2% entre todos apresentaram excesso de peso (29,9% sobrepeso e 17,4% obesidade). A obesidade central foi maior em meninas e em inativos (30,5%) do que em ativos (24,9%; p<0,05) estando presente em 27,5% do total de avaliados.A frequência de níveis pressóricos hipertensivos foi de 17,8% nos escolares, sem diferença entre gêneros ou nível de atividade física. Os gêneros foram analisados conforme o nível de atividade física, em meninas ativas (47,0%), meninas inativas (53,0%), meninos ativos (62,0%) e meninos inativos (38,0%). A força de associação dos níveis hipertensivos aliados com o excesso de peso foi OR de 3,76 em meninos ativos e 5,35 em inativos, em relação aos pares eutróficos(p<0,0001),magnitude não observada nas meninas (ativas OR=2,78; inativas OR=2,33). A mediana do consumo de sódio dos escolaresfoi de 3,18 g/d, com correlação moderada negativa com a PAS e positiva com a PAD. Os alimentos que mais contribuíram para o consumo de sódio foram o pão e a pizza.A probabilidade para pressão arterial elevada com consumo elevado de sódio foi mais expressiva na condição de excesso de peso (meninos OR=3,71; meninas OR=2,69) do que na inatividade física(meninos OR=1,06; meninas OR=0,67). Conclui-se que metade dos escolares apresentou sedentarismo. A obesidade central apresentou-se maior nas meninas. A presença de excesso de peso demonstrou associação com níveis hipertensivos em ambos os gêneros.Em meninos inativos apresentou quatro vezes maiorrisco de níveis hipertensivos,uma vez e meia maior que os ativos na mesma condição. O consumo energético diário foi 170% superior aos valores previstos para faixa etária e dois terços dos escolares consomem sódio em excesso.Apizza e o pão francês foram identificados como os alimentos de maior freqüência de consumo e de elevada correlação com o sódio ingerido, sem correlação com os níveis pressóricos.

Eclusas de navegação são estruturas utilizadas para transposição de desníveis por embarcações. Estes desníveis podem ser causados por obstáculos naturais ou artificiais. As eclusas de navegação devem ter como principais características a realização de uma transposição rápida e segura das embarcações. O estudo dos escoamentos a jusante das comportas nos condutos de enchimento e esvaziamento das eclusas são de grande importância, pois são escoamentos altamente turbulentos e com altas velocidades e regiões de baixas pressões, essas, por sua vez, podem ocasionar o fenômeno de cavitação. A cavitação tem efeitos nocivos às estruturas, podendo causar desde vibrações até a erosão nas estruturas de concreto. Esta pesquisa busca verificar o comportamento e desenvolver critérios para estimar as pressões mínimas a jusante de comporta tipo segmento invertida, quando da operação da mesma em condutos de enchimento e esvaziamento de eclusas de navegação. Para atendimento desses objetivos, foi construído, no laboratório de hidráulica experimental LAHE, um modelo hidráulico reduzido de uma eclusa de navegação, onde foram realizados os ensaios com medição de pressões “instantâneas” a jusante da comporta no teto e na base do conduto. Essas medições foram realizadas para diferentes condições de aberturas e cargas a montante da comporta em regime permanente e em regime transitório, onde foram utilizadas diferentes velocidades de operação da comporta. Através das análises das pressões, foi possível verificar que a condição em regime permanente é mais crítica que a em regime transitório, sugerindo que se utilize esta situação para a previsão das pressões mínimas que podem ocorrer durante a operação da comporta. / Navigation Locks are structures used for raising and lowering boats between stretches of water of different levels on rivers due to natural or artificial obstacles. Navigation Locks’ design shall aim a safe and fast boat transposition. The study of flow downstream of tainter gates inside the conduits is important because of the flow characteristics that are highly turbulent and with areas of low pressure. The occurrence of low pressure may induce the cavitation phenomenon which causes severe damages, going from vibration to erosion in concrete structures. This research aims to verify the behavior and to develop a criterion to estimate low flow pressures downstream of a tainter gate during its operation in conduits of navigation locks during the chamber filling and empting. To fulfill this aim, it has been built, at the hydraulic experimental lab of Furnas, a reduced scale model of a navigation lock, where were held studies with instantaneous measure of pressure downstream the gate, both in the upper and lower conduit level. Those studies were made for different conditions of the gate’s aperture and water level upstream it for both permanent and transitory flows. Different speeds of gate aperture were also studied. By analyzing the results it was possible to conclude that, regarding to minimum pressures, the permanent flow condition is more severe than the transitory one indicating that the former shall be used to predict the lower pressures in similar conditions.

Bancos de tubos ou de barras são encontrados nas indústrias nucleares e de processos, constituindo-se nos dispositivos mais comumente utilizados no desenvolvimento de trocadores de calor. As tentativas de elevar as taxas de transferência de calor nos trocadores de calor não consideram, como uma prioridade do critério de projeto, os efeitos estruturais causados pelo escoamento turbulento de fluido através do banco de tubos, a menos que ocorram falhas. Com a redução da relação entre passo e diâmetro do banco de tubos (espaçamento relativo), para otimizar o processo de transferência de calor, surgirão cargas dinâmicas, que não estão associadas ao processo de desprendimento de vórtices, como nos bancos de tubos com grandes espaçamentos relativos. Enquanto as cargas estáticas parecem surgir, principalmente, devido à forte queda de pressão que ocorre nas fendas estreitas entre os tubos, em bancos de tubos com pequeno espaçamento relativo, as cargas dinâmicas, provenientes do campo de pressões flutuantes, têm um comportamento aleatório, sem qualquer freqüência característica. As flutuações de pressão resultam das flutuações de velocidade nas diversas posições do campo de escoamento. O propósito desta tese é investigar o comportamento das flutuações de pressão e de velocidade, e sua interdependência, em bancos de tubos com arranjos triangulares e quadrangulares e diversos espaçamentos relativos e, baseado nos resultados obtidos, contribuir para o desenvolvimento dos critérios de projeto destes equipamentos. A seção de testes é constituída por um canal retangular com 1370 mm de comprimento, 146 mm de altura e uma largura máxima (ajustável) de 193 mm. O fluido de trabalho é o ar, impulsionado por um ventilador centrífugo, passando por uma câmara de tranqüilização e um conjunto de grades e telas, antes de alcançar o banco de tubos segundo um ângulo de incidência de 90o e com um valor em torno de 2 % de intensidade da turbulência. Tanto os arranjos triangulares como os quadrangulares possuem relação entre passo e diâmetro P/D = 1,60 , 1,26 , 1,16 e 1,05 com números de Reynolds calculados com base no diâmetro dos tubos (32,1 mm para todas as geometrias) e na velocidade do escoamento nas fendas estreitas entre os tubos, desde Re = 4•104 até 7•104. As velocidades e as flutuações de velocidade foram medidas por um anemômetro de fio quente a temperatura constante, enquanto as flutuações de pressão foram medidas por um transdutor de pressão piezo-resistivo, montado no interior de um dos tubos do banco e conectado a tomadas de pressão por mangueiras plásticas. O tubo instrumentado com o transdutor de pressão nos bancos podia girar de forma que foram efetuadas medições a cada 10o. A sonda de fio quente podia ser movimentada para diversas posições entre dois tubos no banco, ao longo de uma linha na direção do escoamento. A aquisição de dados de flutuações de velocidade e de pressão foi efetuada simultaneamente, para permitir a obtenção de resultados de correlações cruzadas, por uma placa conversora analógico-digital controlada por um micro computador. Os resultados experimentais estão apresentados, na forma adimensional, em médias quadráticas, funções de densidade auto-espectral e funções de correlação cruzada. As médias quadráticas das flutuações de pressão indicam uma distribuição mais uniforme das cargas dinâmicas em torno dos tubos na medida em que a razão P/D é diminuída. O comportamento dos espectros de flutuações de velocidade mostram diferentes decaimentos para os arranjos triangulares e quadrangulares, com valores decrescentes na medida em que a razão P/D é reduzida. A análise dos resultados dos espectros de flutuações de pressão mostra exponentes de -1 e -10/3, sendo a extensão da faixa deste último, maior para as maiores razões P/D. Os picos correspondentes ao processo de desprendimento de vórtices aparecem somente no arranjo com a maior relação P/D. Reduzindo a razão P/D, observa-se um aumento na energia dos menores vórtices do escoamento turbulento, degenerando em turbulência de banda larga. Os coeficientes de correlação cruzada entre flutuações de velocidade e de pressão diminuem enquanto a razão P/D aumenta. A análise dos resultados experimentais permite a identificação dos principais aspectos do processo de excitação das vibrações induzidas pelo escoamento em bancos de tubos conduzindo a recomendações para o projeto destes equipamentos. / Banks of tubes or rods are found in the nuclear and process industries, being the most common device used in the development of heat exchangers. Attempts to increase heat exchange ratios in heat transfer equipments do not consider, as a priority of project criteria, structural effects caused by the turbulent fluid flow across the tube bank, unless failures occur. By reducing the aspect ratio (pitch-to-diameter ratio) of a tube bank, to improve the heat transfer process, dynamic loads will appear, which are not associated to vortex shedding, as in large aspect ratios tube banks. While static loads seem to appear mainly due to the strong pressure drop which occurs in the narrow gaps between the tubes, in small aspect ratio tube banks, dynamic loads, arising from the fluctuating pressure field, have a random behavior, without any characteristic frequency. Pressure fluctuations result from velocity fluctuations at several positions of the flow field. The purpose of this thesis is to investigate the behavior of pressure and velocity fluctuations, and their interdependence, in tube banks with triangular and square arrangements and several aspect ratios and, based on the obtained results, to contribute for the development of the design criteria of these devices. The test section is a 1370 mm long rectangular channel, with 146 mm height and a maximal (adjustable) width of 193 mm. Air is the working fluid, driven by a centrifugal blower, passed by a settling chamber and a set of honeycombs and screens, before reaching the tube bank at an incidence angle of 90o and about 2 % turbulence intensity. Both triangular and square arrangements have pitch-to-diameter ratios P/D = 1.60, 1.26, 1.16 and 1.05 with Reynolds numbers, calculated with the tube diameter (32.1 mm for all geometries) and the velocity of the flow in the narrow gap between the tubes from Re = 4•104 to 7•104. Velocity and velocity fluctuations were measured by a constant temperature hot wire anemometer, while pressure fluctuations were measured by a piezo-resistive pressure transducer mounted inside one of the tubes in the bank and connected to pressure taps by plastic tubes. The tube instrumented with the pressure transducer in the banks could be rotated, so that measurements at each 10o were performed. The hot wire probe could be moved to several positions between two tubes in the bank, along a line in the flow direction. Data acquisition of velocity and pressure fluctuations was performed simultaneously, to allow cross-correlations results, by an analog-to-digital converter board controlled by a personal computer. Experimental results are presented in form of dimensionless RMS values, autospectral density functions and cross-correlation functions. RMS values of pressure fluctuations indicate a more uniform distribution of dynamic loads around the tubes as the P/D ratio decrease. Behavior of the velocity fluctuation spectra show different decay for triangular and square arrays, with decreasing values as the P/D ratio is reduced. Analysis of the results of spectra of pressure fluctuations shows exponents of -1 and -10/3, being the extension range of the latter larger for the widest P/D ratios. Peaks corresponding to vortex shedding appear only at the bank with the largest P/D ratio. By reducing the P/D ratio an increase on the energy of the smallest eddies of the turbulent flow is observed, degenerating in to broad band turbulence. Cross-correlation coefficients between velocity and pressure fluctuations decrease as the P/D ratio is increased. Analysis of the experimental results allows the identification of the main features of the excitation process of flow induced vibrations in tube banks leading to recommendations for the design of these equipments.

O presente trabalho tem por objetivo obter uma metodologia para a simulação do escoamento no interior da bifurcação da artéria carótida. Como a análise completa deste tipo de fluxo não é uma tarefa óbvia. simplificações quanto ao fluido e método numérico são necessárias. Desta forma, o escoamento analisado no presente trabalho, no interior da artéria carótida, é considerado como sendo bidimensional, incompressível, viscoso, em regime permanente, com paredes rígidas e newtoniana com viscosidade e massa específ'ica um pouco superiores a da água. Estas hipóteses são baseadas no fato de que o sangue para altas taxas de cisalhamento, como as encontradas na artéria carótida, comporta-se como um fluido newtoniana incompressível semelhante a água; o que não ocorre para baixas taxas de cisalhamento como em algumas outras artérias ou veias do corpo humano. Adota-se, neste caso, o método de diferenças finitas para a formulação incompressível, onde as equações de conservação da quantidade de movimento são utilizadas para obter os componentes do vetor velocidade e a equação da continuidade juntamente com a quantidade do movimento para obter a pressão, baseado no processo de integração temporal de Runge-Kutta de três estágios e com aproximação espacial de segunda ordem. Emprega-se ainda coordenadas generalizadas devido à forma geométrica da carótida ser complexa. Cuidados adicionais são tomados na aplicação das condições de contorno. Resultados numéricos são apresentados para três geometrias: um duto simples, uma artéria carótida e um duto com obstrução (ressalto). O escoamento no interior do duto visa a verificação do código confeccionado pois este problema possui solução analítica. Com o mesmo código analisa-se regiões que apresentam distúrbios do fluxo, com a presença de recirculação e aumento da tensão de cisalhamento, no interior da artéria carótida, e por fim analisa-se a influência do número de Reynolds, variando entre 100 e 500, para um modelo de estenose (estreitamento) no interior de um duto. Observações importantes como redução da velocidade na região de bifurcação e na região do sinus da artéria carótida são verificadas podendo auxiliar a prática da medicina na detecção e/ou prevenção de doenças como aterosclerose que são causas de morte principalmente em adultos. / The goal o f the present work is to obtain a numerical methodology for the tlow simulatíon through a carotid artery bifurcation. As the complete numerical flow analysis is not easy and obvious, simplifications related to the tluid and the numerical method are necessary (or indispensable). In this way, the tlow situation ts considered to be two-dimensionaL incompressible, viscous. steady state, with rigid walls and for a Newtonian fluid with density and viscosity slightly greater than for the water. These hypothesis are based on the fact that the blood. submitted to high strain deformations. as in the carotid artery, behaves as a Newtonian incompressible fluid (it seems like water); what does not occur at many other parts ofthe human body. ln order to solve this flow problem the finite difference method based on the incompressible formulation is employed. In this method the momentum equations are used to obtain the velocity vector components and the continuity equation, together with the momentum equations, to obtain the pressure. This numerical technique is based on the three stages Runge-Kutta time stepping scheme for a second order spatial discretization. Body fitted coordinates are used dueto the geometry complexity ofthe carotid artery. Additional care has to be taken with the implementation ofboundary conditions. Numerical results are obtained for three geometries: a duct, a carotid artery and a blocked duct. The simple duct flow was analyzed because of its geo"\etrical simplicity and in order to verify the code written in cartesian and generalized coordinates. With the same code the carotid artery flow with recirculation zones and high strain rates was analysed and finally the flow into a blocked duct for Reynolds numbers between 100 and 500 (a stenosis model) was analysed. Important observations as the decrease o f velocity at the bifurcation region and in the sinus of the internai carotid artery are obtained which can help medicai practice in the detection and/or prevention of diseases like the atherosclerosis which kills mainly adults.

Bancos de tubos ou de barras são encontrados nas indústrias nucleares e de processos, constituindo-se nos dispositivos mais comumente utilizados no desenvolvimento de trocadores de calor. As tentativas de elevar as taxas de transferência de calor nos trocadores de calor não consideram, como uma prioridade do critério de projeto, os efeitos estruturais causados pelo escoamento turbulento de fluido através do banco de tubos, a menos que ocorram falhas. Com a redução da relação entre passo e diâmetro do banco de tubos (espaçamento relativo), para otimizar o processo de transferência de calor, surgirão cargas dinâmicas, que não estão associadas ao processo de desprendimento de vórtices, como nos bancos de tubos com grandes espaçamentos relativos. Enquanto as cargas estáticas parecem surgir, principalmente, devido à forte queda de pressão que ocorre nas fendas estreitas entre os tubos, em bancos de tubos com pequeno espaçamento relativo, as cargas dinâmicas, provenientes do campo de pressões flutuantes, têm um comportamento aleatório, sem qualquer freqüência característica. As flutuações de pressão resultam das flutuações de velocidade nas diversas posições do campo de escoamento. O propósito desta tese é investigar o comportamento das flutuações de pressão e de velocidade, e sua interdependência, em bancos de tubos com arranjos triangulares e quadrangulares e diversos espaçamentos relativos e, baseado nos resultados obtidos, contribuir para o desenvolvimento dos critérios de projeto destes equipamentos. A seção de testes é constituída por um canal retangular com 1370 mm de comprimento, 146 mm de altura e uma largura máxima (ajustável) de 193 mm. O fluido de trabalho é o ar, impulsionado por um ventilador centrífugo, passando por uma câmara de tranqüilização e um conjunto de grades e telas, antes de alcançar o banco de tubos segundo um ângulo de incidência de 90o e com um valor em torno de 2 % de intensidade da turbulência. Tanto os arranjos triangulares como os quadrangulares possuem relação entre passo e diâmetro P/D = 1,60 , 1,26 , 1,16 e 1,05 com números de Reynolds calculados com base no diâmetro dos tubos (32,1 mm para todas as geometrias) e na velocidade do escoamento nas fendas estreitas entre os tubos, desde Re = 4•104 até 7•104. As velocidades e as flutuações de velocidade foram medidas por um anemômetro de fio quente a temperatura constante, enquanto as flutuações de pressão foram medidas por um transdutor de pressão piezo-resistivo, montado no interior de um dos tubos do banco e conectado a tomadas de pressão por mangueiras plásticas. O tubo instrumentado com o transdutor de pressão nos bancos podia girar de forma que foram efetuadas medições a cada 10o. A sonda de fio quente podia ser movimentada para diversas posições entre dois tubos no banco, ao longo de uma linha na direção do escoamento. A aquisição de dados de flutuações de velocidade e de pressão foi efetuada simultaneamente, para permitir a obtenção de resultados de correlações cruzadas, por uma placa conversora analógico-digital controlada por um micro computador. Os resultados experimentais estão apresentados, na forma adimensional, em médias quadráticas, funções de densidade auto-espectral e funções de correlação cruzada. As médias quadráticas das flutuações de pressão indicam uma distribuição mais uniforme das cargas dinâmicas em torno dos tubos na medida em que a razão P/D é diminuída. O comportamento dos espectros de flutuações de velocidade mostram diferentes decaimentos para os arranjos triangulares e quadrangulares, com valores decrescentes na medida em que a razão P/D é reduzida. A análise dos resultados dos espectros de flutuações de pressão mostra exponentes de -1 e -10/3, sendo a extensão da faixa deste último, maior para as maiores razões P/D. Os picos correspondentes ao processo de desprendimento de vórtices aparecem somente no arranjo com a maior relação P/D. Reduzindo a razão P/D, observa-se um aumento na energia dos menores vórtices do escoamento turbulento, degenerando em turbulência de banda larga. Os coeficientes de correlação cruzada entre flutuações de velocidade e de pressão diminuem enquanto a razão P/D aumenta. A análise dos resultados experimentais permite a identificação dos principais aspectos do processo de excitação das vibrações induzidas pelo escoamento em bancos de tubos conduzindo a recomendações para o projeto destes equipamentos. / Banks of tubes or rods are found in the nuclear and process industries, being the most common device used in the development of heat exchangers. Attempts to increase heat exchange ratios in heat transfer equipments do not consider, as a priority of project criteria, structural effects caused by the turbulent fluid flow across the tube bank, unless failures occur. By reducing the aspect ratio (pitch-to-diameter ratio) of a tube bank, to improve the heat transfer process, dynamic loads will appear, which are not associated to vortex shedding, as in large aspect ratios tube banks. While static loads seem to appear mainly due to the strong pressure drop which occurs in the narrow gaps between the tubes, in small aspect ratio tube banks, dynamic loads, arising from the fluctuating pressure field, have a random behavior, without any characteristic frequency. Pressure fluctuations result from velocity fluctuations at several positions of the flow field. The purpose of this thesis is to investigate the behavior of pressure and velocity fluctuations, and their interdependence, in tube banks with triangular and square arrangements and several aspect ratios and, based on the obtained results, to contribute for the development of the design criteria of these devices. The test section is a 1370 mm long rectangular channel, with 146 mm height and a maximal (adjustable) width of 193 mm. Air is the working fluid, driven by a centrifugal blower, passed by a settling chamber and a set of honeycombs and screens, before reaching the tube bank at an incidence angle of 90o and about 2 % turbulence intensity. Both triangular and square arrangements have pitch-to-diameter ratios P/D = 1.60, 1.26, 1.16 and 1.05 with Reynolds numbers, calculated with the tube diameter (32.1 mm for all geometries) and the velocity of the flow in the narrow gap between the tubes from Re = 4•104 to 7•104. Velocity and velocity fluctuations were measured by a constant temperature hot wire anemometer, while pressure fluctuations were measured by a piezo-resistive pressure transducer mounted inside one of the tubes in the bank and connected to pressure taps by plastic tubes. The tube instrumented with the pressure transducer in the banks could be rotated, so that measurements at each 10o were performed. The hot wire probe could be moved to several positions between two tubes in the bank, along a line in the flow direction. Data acquisition of velocity and pressure fluctuations was performed simultaneously, to allow cross-correlations results, by an analog-to-digital converter board controlled by a personal computer. Experimental results are presented in form of dimensionless RMS values, autospectral density functions and cross-correlation functions. RMS values of pressure fluctuations indicate a more uniform distribution of dynamic loads around the tubes as the P/D ratio decrease. Behavior of the velocity fluctuation spectra show different decay for triangular and square arrays, with decreasing values as the P/D ratio is reduced. Analysis of the results of spectra of pressure fluctuations shows exponents of -1 and -10/3, being the extension range of the latter larger for the widest P/D ratios. Peaks corresponding to vortex shedding appear only at the bank with the largest P/D ratio. By reducing the P/D ratio an increase on the energy of the smallest eddies of the turbulent flow is observed, degenerating in to broad band turbulence. Cross-correlation coefficients between velocity and pressure fluctuations decrease as the P/D ratio is increased. Analysis of the experimental results allows the identification of the main features of the excitation process of flow induced vibrations in tube banks leading to recommendations for the design of these equipments.

O presente trabalho tem por objetivo obter uma metodologia para a simulação do escoamento no interior da bifurcação da artéria carótida. Como a análise completa deste tipo de fluxo não é uma tarefa óbvia. simplificações quanto ao fluido e método numérico são necessárias. Desta forma, o escoamento analisado no presente trabalho, no interior da artéria carótida, é considerado como sendo bidimensional, incompressível, viscoso, em regime permanente, com paredes rígidas e newtoniana com viscosidade e massa específ'ica um pouco superiores a da água. Estas hipóteses são baseadas no fato de que o sangue para altas taxas de cisalhamento, como as encontradas na artéria carótida, comporta-se como um fluido newtoniana incompressível semelhante a água; o que não ocorre para baixas taxas de cisalhamento como em algumas outras artérias ou veias do corpo humano. Adota-se, neste caso, o método de diferenças finitas para a formulação incompressível, onde as equações de conservação da quantidade de movimento são utilizadas para obter os componentes do vetor velocidade e a equação da continuidade juntamente com a quantidade do movimento para obter a pressão, baseado no processo de integração temporal de Runge-Kutta de três estágios e com aproximação espacial de segunda ordem. Emprega-se ainda coordenadas generalizadas devido à forma geométrica da carótida ser complexa. Cuidados adicionais são tomados na aplicação das condições de contorno. Resultados numéricos são apresentados para três geometrias: um duto simples, uma artéria carótida e um duto com obstrução (ressalto). O escoamento no interior do duto visa a verificação do código confeccionado pois este problema possui solução analítica. Com o mesmo código analisa-se regiões que apresentam distúrbios do fluxo, com a presença de recirculação e aumento da tensão de cisalhamento, no interior da artéria carótida, e por fim analisa-se a influência do número de Reynolds, variando entre 100 e 500, para um modelo de estenose (estreitamento) no interior de um duto. Observações importantes como redução da velocidade na região de bifurcação e na região do sinus da artéria carótida são verificadas podendo auxiliar a prática da medicina na detecção e/ou prevenção de doenças como aterosclerose que são causas de morte principalmente em adultos. / The goal o f the present work is to obtain a numerical methodology for the tlow simulatíon through a carotid artery bifurcation. As the complete numerical flow analysis is not easy and obvious, simplifications related to the tluid and the numerical method are necessary (or indispensable). In this way, the tlow situation ts considered to be two-dimensionaL incompressible, viscous. steady state, with rigid walls and for a Newtonian fluid with density and viscosity slightly greater than for the water. These hypothesis are based on the fact that the blood. submitted to high strain deformations. as in the carotid artery, behaves as a Newtonian incompressible fluid (it seems like water); what does not occur at many other parts ofthe human body. ln order to solve this flow problem the finite difference method based on the incompressible formulation is employed. In this method the momentum equations are used to obtain the velocity vector components and the continuity equation, together with the momentum equations, to obtain the pressure. This numerical technique is based on the three stages Runge-Kutta time stepping scheme for a second order spatial discretization. Body fitted coordinates are used dueto the geometry complexity ofthe carotid artery. Additional care has to be taken with the implementation ofboundary conditions. Numerical results are obtained for three geometries: a duct, a carotid artery and a blocked duct. The simple duct flow was analyzed because of its geo"\etrical simplicity and in order to verify the code written in cartesian and generalized coordinates. With the same code the carotid artery flow with recirculation zones and high strain rates was analysed and finally the flow into a blocked duct for Reynolds numbers between 100 and 500 (a stenosis model) was analysed. Important observations as the decrease o f velocity at the bifurcation region and in the sinus of the internai carotid artery are obtained which can help medicai practice in the detection and/or prevention of diseases like the atherosclerosis which kills mainly adults.

Eclusas de navegação são estruturas utilizadas para transposição de desníveis por embarcações. Estes desníveis podem ser causados por obstáculos naturais ou artificiais. As eclusas de navegação devem ter como principais características a realização de uma transposição rápida e segura das embarcações. O estudo dos escoamentos a jusante das comportas nos condutos de enchimento e esvaziamento das eclusas são de grande importância, pois são escoamentos altamente turbulentos e com altas velocidades e regiões de baixas pressões, essas, por sua vez, podem ocasionar o fenômeno de cavitação. A cavitação tem efeitos nocivos às estruturas, podendo causar desde vibrações até a erosão nas estruturas de concreto. Esta pesquisa busca verificar o comportamento e desenvolver critérios para estimar as pressões mínimas a jusante de comporta tipo segmento invertida, quando da operação da mesma em condutos de enchimento e esvaziamento de eclusas de navegação. Para atendimento desses objetivos, foi construído, no laboratório de hidráulica experimental LAHE, um modelo hidráulico reduzido de uma eclusa de navegação, onde foram realizados os ensaios com medição de pressões “instantâneas” a jusante da comporta no teto e na base do conduto. Essas medições foram realizadas para diferentes condições de aberturas e cargas a montante da comporta em regime permanente e em regime transitório, onde foram utilizadas diferentes velocidades de operação da comporta. Através das análises das pressões, foi possível verificar que a condição em regime permanente é mais crítica que a em regime transitório, sugerindo que se utilize esta situação para a previsão das pressões mínimas que podem ocorrer durante a operação da comporta. / Navigation Locks are structures used for raising and lowering boats between stretches of water of different levels on rivers due to natural or artificial obstacles. Navigation Locks’ design shall aim a safe and fast boat transposition. The study of flow downstream of tainter gates inside the conduits is important because of the flow characteristics that are highly turbulent and with areas of low pressure. The occurrence of low pressure may induce the cavitation phenomenon which causes severe damages, going from vibration to erosion in concrete structures. This research aims to verify the behavior and to develop a criterion to estimate low flow pressures downstream of a tainter gate during its operation in conduits of navigation locks during the chamber filling and empting. To fulfill this aim, it has been built, at the hydraulic experimental lab of Furnas, a reduced scale model of a navigation lock, where were held studies with instantaneous measure of pressure downstream the gate, both in the upper and lower conduit level. Those studies were made for different conditions of the gate’s aperture and water level upstream it for both permanent and transitory flows. Different speeds of gate aperture were also studied. By analyzing the results it was possible to conclude that, regarding to minimum pressures, the permanent flow condition is more severe than the transitory one indicating that the former shall be used to predict the lower pressures in similar conditions.

[pt] Teste de injetividade é uma técnica convencional em engenharia de reservatórios, utilizada para a recuperação de óleo em reservatórios e avaliação de formações. Geralmente utiliza-se água como fluido injetado, que resulta em um deslocamento do óleo presente devido ao aumento da pressão nos poros. Durante o teste, a resposta de pressão medida fornece diversas informações sobre os parâmetros do reservatório, tal como dados de permeabilidade. Desta forma, pesquisadores têm se dedicado em encontrar equações matemáticas que modelam a resposta de pressão desses testes com objetivo de gerenciamento e manutenção preditiva do reservatório. Neste trabalho, apresentamos uma nova solução analítica para a análise de testes de injetividade, que combina a técnica de convolução pressão-pressão com um modelo radial composto de duas zonas. Essa solução permite avaliar o teste de injetividade mesmo na ausência de dados precisos de vazão, uma vez que a convolução pressão-pressão utiliza exclusivamente os dados de pressão adquiridos em diferentes posições do reservatório. O modelo considerado consiste em dois poços, um injetor, localizado na zona interna do reservatório, e um observador, na zona externa. A validação da solução proposta foi realizada por meio da comparação dos resultados analíticos com aqueles obtidos em um simulador comercial baseado em diferenças finitas. / [en] The injectivity test is a conventional technique in reservoir engineering used for oil recovery and formation evaluation. Typically, water is injected to displace the existing oil by increasing the pressure in the pores. In this test, the pressure response measurement provides valuable information about the reservoir parameters, including permeability data. Therefore, researchers aim to develop mathematical equations that could accurately model pressure response during these tests for reservoir management and maintenance prediction purposes. This work introduces a new analytical solution for injectivity test analysis. The solution combines the pressure-pressure convolution technique with a two-zone radial model. It allows the evaluation of the injectivity test without precise flow rate data, as the pressure-pressure convolution exclusively uses the pressure data acquired at different positions in the reservoir. The reservoir model comprises an injector well in the inner zone of the reservoir and an observation well in the outer zone for measuring pressure response. The proposed solution was validated by comparing the analytical results with those obtained from a finite differences-based commercial simulator.