Made available in DSpace on 2016-08-29T15:33:01Z (GMT). No. of bitstreams: 1 tese_6480_Dissertação_Rafhael Milanezi_Revisada.pdf: 2344562 bytes, checksum: dace12ed9cb5df32de187182ec4f9eb2 (MD5) Previous issue date: 2013-05-16 / A redução de arrasto por adição de polímeros de alto peso molecular em escoamentos turbulentos tem sido extensivamente estudada desde a sua primeira observação há 60 anos. Ao longo dos anos a redução de arrasto tem sido aplicada com sucesso e representa um grande benefício para processos industriais. Entretanto, o fenômeno ainda não é completamente compreendido e muitos aspectos do problema carecem de investigação. Questões importantes são relacionadas ao desenvolvimento das estruturas turbulentas e à quebra das moléculas do polímero. Esses dois fenômenos impõem um comportamento transiente na eficiência do polímero, por isso a redução de arrasto ( ) pode ser claramente dividida em três períodos de tempo. No início do experimento, assume um valor mínimo (por vezes negativo) antes de chegar à máxima eficiência. Quando a degradação se torna importante, começa decrescer até achar seu valor assintótico, momento em que a cisão polimérica para e a distribuição da massa molecular chega ao regime permanente. No presente trabalho o desenvolvimento da redução de arrasto é estudado desde o início do escoamento turbulento em uma geometria rotativa formada por cilindros concêntricos com dupla folga. A redução de arrasto é avaliada para três polímeros diferentes: Óxido de Polietileno (PEO), Poliacrilamida (PAM) e Goma Xantana (XG). Os dois primeiros são conhecidos como polímeros flexíveis, enquanto o ultimo é considerado rígido. Vários parâmetros são investigados, como o número de Reynolds, concentração de polímero, massa molecular, temperatura e concentração de sal sintético do mar. Os resultados iniciais avaliam os primeiros instantes do escoamento turbulento em que apresenta valores negativos, devido ao aumento da viscosidade extensional causado pelo estiramento abrupto das macromoléculas. Os demais resultados avaliam o uso de água do mar sintética como solvente na redução de arrasto. Nesse caso, o início da redução de arrasto ocorre em maiores números de Reynolds e o comportamento de em função do tempo nas soluções de PEO e XG é significativamente alterado. Palavras chave: Redução de arrasto, turbulência, polímeros rígidos e flexíveis, geometria rotativa.

Made available in DSpace on 2018-08-02T00:02:56Z (GMT). No. of bitstreams: 1 tese_10922_RENATA TREVELIN DA SILVA.pdf: 2678801 bytes, checksum: 04804497b8e88125fa0a53ef7e262daa (MD5) Previous issue date: 2017-03-31 / A redução de arrasto por polímeros vem sendo estudada nas últimas décadas e aplicada em muitos processos industriais. Além de aplicações na indústria, polímeros redutores de arrasto também mostram efeitos positivos na circulação sanguínea e podem representar um meio de tratar doenças cardiovasculares. Investiga-se no presente trabalho os efeitos de diferentes tipos de polímeros como redutores de arrasto em solução nutriente salina (solução utilizada em sistemas de perfusão de órgãos). Três diferentes polímeros são testados: Poliacrilamida (PAM), Óxido de Polietileno (PEO) e Goma Xantana (XG), com concentrações de 10, 50 e 100 ppm. A primeira etapa do trabalho foi feita em reômetro com uma geometria rotativa formada por cilindros concêntricos com folga dupla. Nesta etapa, são obtidas curvas de viscosidade com o aumento da taxa de cisalhamento, para caracterização do fluido, e realizados testes com taxa de cisalhamento constante, para analisar a queda de eficiência do polímero ao longo do tempo do experimento. Tais testes foram feitos utilizando água destilada (AD) e solução nutriente salina Krebs-HEPES como solvente. Os resultados sugerem que a composição da solução salina nutriente Krebs-HEPES não altera significativamente o comportamento dos polímeros PAM e do PEO, mostrando que podem ser satisfatoriamente diluídos neste solvente sem perda da eficiência dos redutores de arrasto. Porém altera a conformação da XG, reduzindo drasticamente sua eficiência. A segunda etapa do trabalho consiste em experimentos em leito arterial caudal de ratos utilizando um sistema de perfusão do órgão, tendo a solução nutriente Krebs-Henseleit como solvente. Tais experimentos são feitos para se verificar possíveis influências das interações com o solvente e com as células do tecido arterial na redução de arrasto promovida pelos polímeros durante o escoamento pulsátil. Os testes são conduzidos variando a vazão de perfusão da artéria caudal para cada concentração dos polímeros considerados, com o objetivo de se avaliar se a solução é capaz de diminuir a pressão de perfusão. Os resultados sugerem que a PAM é um polímero com boa eficiência para reduzir a pressão de perfusão, mas o PEO e a XG não se mostraram bons redutores nas condições utilizadas nos experimentos. Porém esses resultados ainda não são conclusivos e necessitam de estudos mais aprofundados.

Made available in DSpace on 2018-08-02T00:02:57Z (GMT). No. of bitstreams: 1 tese_10993_Michell Luiz Costalonga.pdf: 17841296 bytes, checksum: 44dad5a53008c8ad5dbca72a070f4e27 (MD5) Previous issue date: 2017-03-15 / A redução de arraste (DR) pela adição de pequenas quantidades de polímeros, surfactantes e fibras em escoamento turbulento já vem sendo estudada há mais de sessenta anos e possui diversas aplicações como o transporte de líquidos em tubulações, combate à incêndio, medicina e muitos outros. Até agora, a maior parte dos trabalhos que estudam a redução de arraste utilizam tubos circulares, canais e geometrias rotativas. Não há muitos trabalhos sobre o fenômeno de redução de arraste em um escoamento axial em espaço anular. É importante notar que este tipo de escoamento ocorre em diversas aplicações importantes, como por exemplo na indústria do petróleo. Assim, na tentativa de entender as principais diferenças entre a redução de arraste no espaço anular e àquela observada em tubos, uma sequência de testes foram conduzidos através de uma bancada experimental. Diversos ensaios foram realizados utilizando soluções poliméricas com óxido de polietileno, poliacrilamida e goma xantana com concentrações de 25, 50, 100 e 200 ppm. Os dados principais estão apresentados em termos de DR em função de um tempo adimensional, que nada mais é do que uma estimativa para o número de vezes que o volume inicial de fluido circula pela bancada experimental. Fazendo isso, em adição à redução de arraste, é possível observar a queda de eficiência causada pela degradação mecânica.

Com o advento de tecnologias de propulsão de veículos a velocidades supersônicas e hipersônicas, questões referentes a elevadas taxas de transferência de calor e magnitude de força de arrasto têm sido analisadas sob vários pontos de vista científicos, como física de plasmas, aerodinâmica, resistência estrutural, dentre outros. Neste trabalho, com o objetivo de se analisar o efeito de adição de energia na forma contínua a um escoamento de alta velocidade, foram realizados cálculos numéricos, por meio do software Fluent, de escoamento considerando a adição de energia sob a forma de calor em uma pequena região a montante de um corpo rombudo. São considerados efeitos pertinentes apenas à dinâmica dos gases, e desconsideram-se efeitos reativos, de formação de plasma e outros que possam surgir devido à energização do fluido em alta velocidade. Os resultados obtidos indicam que o principal efeito da adição de energia ao escoamento consiste em modificar o trajeto de elementos de fluido, desviando as linhas de corrente de tal forma que a onda de choque a montante de um corpo rombudo torna-se mais fraca e com geometria mais alongada. Foi observado que a redução do arrasto causada pela adição de energia contínua pode ser superior a 50% do valor referente ao escoamento sem fonte de calor, embora na aplicação prática desse tipo de processo seja necessário considerar a economia de potência dispendida na fonte de energia e na fornecida ao veículo em comparação com a potência necessária para o veículo manter um voo de cruzeiro. Uma análise paramétrica no que diz respeito ao efeito das variações de potência e localização da fonte de calor, dispersão da energia depositada e número de Mach sobre o arrasto de onda do corpo foi também realizada.

O presente trabalho visa determinar, via análises de dados de túnel de vento, o impacto aerodinâmico em arrasto da instalação de dispositivos de ponta de asa em uma aeronave transônica de transporte moderna, para averiguar o ganho atingido com os atuais métodos de projeto de winglets. São comparados 3 dispositivos de ponta de asa, em uma campanha de ensaios em túnel. Os ensaios foram realizados à pressão total constante, fazendo o uso dos mesmos suportes, e realizando as mesmas variações no escoamento. Os dados colhidos em diversas rodadas de túnel foram então analisados procurando estabelecer qual a influência de cada dispositivo sob o arrasto da aeronave, em regimes subsônicos e transônicos. As comparações puderam estabelecer que o atual estado da arte oferece reduções significativas de arrasto em cruzeiro, proporcionando melhorias no alcance e outras características de desempenho da aeronave, vindo a comprovar a teoria e os dados históricos de desempenho destes dispositivos.

Nesse trabalho, foi analisada a redução de arrasto, a partir da utilização de duas bancadas experimentais, onde uma delas está situada no laboratório de Mecânica dos Fluidos (EPUSP) e a outra, no laboratório de Fisiologia Vascular (ICB-USP). A redução de arrasto foi investigada a partir do uso dos seguintes polímeros: poliacrilamida 1822S e 1340S, polietileno glicol (PEG4000) e óxido de polietileno (Polyox WSR-301). O comportamento reológico das soluções poliméricas do PEG4000 e das poliacrilamidas foi adquirido experimentalmente, enquanto do Polyox WSR-301 foi obtido da literatura. Esses polímeros foram utilizados na bancada experimental da EPUSP, simulador hidrodinâmico, mas somente o PEG4000 foi utilizado na bancada experimental do ICBI em leitos arteriais caudais de ratos normotensos (Wistar) e espontaneamente hipertensos (SHR). No simulador hidrodinâmico, foi estudada a redução de arrasto em escoamentos pulsáteis laminares e turbulentos, cuja faixa de Reynolds varia entre 2300 a 13700, com concentrações poliméricas que variaram entre 5 e 100 ppm, porém para o PEG4000 essa concentração atingiu valor de 5000 ppm. Em leitos arteriais caudais de ratos, a redução de arrasto foi analisada para escoamento laminar, cuja faixa de Reynolds varia entre 100 e 700, com concentração polimérica de 5000 ppm. Além disso, a redução de arrasto foi estudada na presença e ausência das células endoteliais. Simulações computacionais utilizando o método dos volumes finitos (Fluent) foram realizadas a partir dos dados obtidos da bancada experimental do ICB-I, para avaliar a distribuição da tensão de cisalhamento sobre a parede do vaso na presença e ausência das células endoteliais e do PEG4000, considerando a parede da artéria rígida. A partir dos dados obtidos da análise da viscosidade, ficou constatado que o PEG4000 com concentração de 5000 ppm e as poliacrilamidas 1822S e 1340S com concentrações de 5 e 10 ppm apresentaram comportamento de fluido Newtoniano. Para as poliacrilamidas, concentrações poliméricas acima de 10 ppm apresentaram comportamento de fluido não-Newtoniano. De acordo com a literatura, o Polyox WSR-301 apresentou comportamento de fluido Newtoniano para todas as concentrações poliméricas utilizadas nesse trabalho. O PEG4000 não apresentou o fenômeno da redução de arrasto em nenhuma concentração polimérica analisada, quando aplicado na bancada experimental da EPUSP. As poliacrilamidas e o Polyox WSR-301 apresentaram reduções de arrasto que foram dependentes do número de Reynolds e da concentração utilizada, muito embora o Polyox WSR-301 tenha se mostrado mais eficiente em promover esse fenômeno. Nos leitos arteriais caudais, o PEG4000 apresentou redução de arrasto para a concentração de 5000 ppm, que foi acentuada pela presença das células endoteliais. Os valores da tensão de cisalhamento foram maiores para o animal SHR quando comparados com o animal Wistar. Além disso, no animal Wistar, o endotélio controlou o aumento dessa tensão via produção de substâncias vasodilatadoras, mas apresentou disfunção no animal SHR. A partir dos resultados apresentados acima, podese concluir que o Polyox WSR-301 é mais eficiente para promover a redução de arrasto em tubos rígidos. Por outro lado, muito embora o PEG4000 não tenha apresentado efeito na bancada experimental da EPUSP, esse se mostrou um bom redutor de arrasto em leitos arteriais caudais, tendo sua ação intensificada pela presença das células endoteliais. / In this work, the drag reduction was analyzed in two benches located at Laboratory of Fluid Mechanics at Polytechnic School (EPUSP) and at Laboratory of Vascular Physiology at Institute of Biomedical Science (ICB-USP). The drag reduction was investigated for the following polymers: polyacrilamide 1822S and 1340S, polyethylene glycol (PEG4000) and polyethylene oxide (Polyox WSR-301). The rheological behavior of polymeric solutions of polyacrilamide and PEG4000 was acquired experimentally; while it was obtained from the literature for Polyox WSR-301. All of these polymers were used in the hydrodynamic simulator, but only PEG4000 was employed in the tails arterial bed from normotensive (Wistar) and spontaneously hypertensive rats (SHR) at ICB-1. In the hydrodynamic simulator, the drag reduction was analyzed in laminar and turbulent pulsatile flow, in the range varying between 2300 and 13700, with polymeric concentrations between 5 and 100 ppm, but for PEG4000, concentration has reached 5000 ppm. On the other hand, in the tail arterial beds, the drag reduction was analyzed for laminar flow, in the range between 100 and 700, with polymeric concentration of 5000 ppm. In addition, it was studied in the presence and absence of endothelial cells. Computational simulation using the finite volume method (Fluent) was performed using data obtained from ICB-1 in order to analyze the wall shear stress distribution along of wall vessel both in the presence and absence of endothelial cells and PEG4000, considering the rigid walls. Polyacrilamide 1822S and 1340S as well as PEG4000 showed behavior of Newtonian fluid in the following concentrations: 5 and 10 ppm and 5000 ppm, respectively. On the other hand, for polyacrilamides, concentrations higher than 10 ppm showed behaviour of non- Newtonian fluids. According to the literature, the Polyox WSR-301 behaved as a Newtonian fluid in all concentrations used in this work. At EPUSP\'s bench, while PEG4000 did not show drag reduction for any polymeric concentration analyzed, this phenomenon could be seen for polyacrilamides and Polyox WSR-301, being dependent on Reynolds number as well as polymeric concentration. More important, Polyox WSR- 301 showed to be the most efficient drag reducer of them. Interestingly, in the assays employing the tail arterial beds, PEG4000 showed drag reduction in the concentration of 5000 ppm and it was increased by the presence of the endothelial cells. Thus, Polyox WSR-301 seems to be more efficient to promote drag reduction in the rigid tubes. On the other hand, while PEG4000 did not show drag reduction at EPUSP\'s bench, it was a good drag reducer in the tail arterial beds, being intensified by the action of endothelial cells.

Nesse trabalho, foi analisada a redução de arrasto, a partir da utilização de duas bancadas experimentais, onde uma delas está situada no laboratório de Mecânica dos Fluidos (EPUSP) e a outra, no laboratório de Fisiologia Vascular (ICB-USP). A redução de arrasto foi investigada a partir do uso dos seguintes polímeros: poliacrilamida 1822S e 1340S, polietileno glicol (PEG4000) e óxido de polietileno (Polyox WSR-301). O comportamento reológico das soluções poliméricas do PEG4000 e das poliacrilamidas foi adquirido experimentalmente, enquanto do Polyox WSR-301 foi obtido da literatura. Esses polímeros foram utilizados na bancada experimental da EPUSP, simulador hidrodinâmico, mas somente o PEG4000 foi utilizado na bancada experimental do ICBI em leitos arteriais caudais de ratos normotensos (Wistar) e espontaneamente hipertensos (SHR). No simulador hidrodinâmico, foi estudada a redução de arrasto em escoamentos pulsáteis laminares e turbulentos, cuja faixa de Reynolds varia entre 2300 a 13700, com concentrações poliméricas que variaram entre 5 e 100 ppm, porém para o PEG4000 essa concentração atingiu valor de 5000 ppm. Em leitos arteriais caudais de ratos, a redução de arrasto foi analisada para escoamento laminar, cuja faixa de Reynolds varia entre 100 e 700, com concentração polimérica de 5000 ppm. Além disso, a redução de arrasto foi estudada na presença e ausência das células endoteliais. Simulações computacionais utilizando o método dos volumes finitos (Fluent) foram realizadas a partir dos dados obtidos da bancada experimental do ICB-I, para avaliar a distribuição da tensão de cisalhamento sobre a parede do vaso na presença e ausência das células endoteliais e do PEG4000, considerando a parede da artéria rígida. A partir dos dados obtidos da análise da viscosidade, ficou constatado que o PEG4000 com concentração de 5000 ppm e as poliacrilamidas 1822S e 1340S com concentrações de 5 e 10 ppm apresentaram comportamento de fluido Newtoniano. Para as poliacrilamidas, concentrações poliméricas acima de 10 ppm apresentaram comportamento de fluido não-Newtoniano. De acordo com a literatura, o Polyox WSR-301 apresentou comportamento de fluido Newtoniano para todas as concentrações poliméricas utilizadas nesse trabalho. O PEG4000 não apresentou o fenômeno da redução de arrasto em nenhuma concentração polimérica analisada, quando aplicado na bancada experimental da EPUSP. As poliacrilamidas e o Polyox WSR-301 apresentaram reduções de arrasto que foram dependentes do número de Reynolds e da concentração utilizada, muito embora o Polyox WSR-301 tenha se mostrado mais eficiente em promover esse fenômeno. Nos leitos arteriais caudais, o PEG4000 apresentou redução de arrasto para a concentração de 5000 ppm, que foi acentuada pela presença das células endoteliais. Os valores da tensão de cisalhamento foram maiores para o animal SHR quando comparados com o animal Wistar. Além disso, no animal Wistar, o endotélio controlou o aumento dessa tensão via produção de substâncias vasodilatadoras, mas apresentou disfunção no animal SHR. A partir dos resultados apresentados acima, podese concluir que o Polyox WSR-301 é mais eficiente para promover a redução de arrasto em tubos rígidos. Por outro lado, muito embora o PEG4000 não tenha apresentado efeito na bancada experimental da EPUSP, esse se mostrou um bom redutor de arrasto em leitos arteriais caudais, tendo sua ação intensificada pela presença das células endoteliais. / In this work, the drag reduction was analyzed in two benches located at Laboratory of Fluid Mechanics at Polytechnic School (EPUSP) and at Laboratory of Vascular Physiology at Institute of Biomedical Science (ICB-USP). The drag reduction was investigated for the following polymers: polyacrilamide 1822S and 1340S, polyethylene glycol (PEG4000) and polyethylene oxide (Polyox WSR-301). The rheological behavior of polymeric solutions of polyacrilamide and PEG4000 was acquired experimentally; while it was obtained from the literature for Polyox WSR-301. All of these polymers were used in the hydrodynamic simulator, but only PEG4000 was employed in the tails arterial bed from normotensive (Wistar) and spontaneously hypertensive rats (SHR) at ICB-1. In the hydrodynamic simulator, the drag reduction was analyzed in laminar and turbulent pulsatile flow, in the range varying between 2300 and 13700, with polymeric concentrations between 5 and 100 ppm, but for PEG4000, concentration has reached 5000 ppm. On the other hand, in the tail arterial beds, the drag reduction was analyzed for laminar flow, in the range between 100 and 700, with polymeric concentration of 5000 ppm. In addition, it was studied in the presence and absence of endothelial cells. Computational simulation using the finite volume method (Fluent) was performed using data obtained from ICB-1 in order to analyze the wall shear stress distribution along of wall vessel both in the presence and absence of endothelial cells and PEG4000, considering the rigid walls. Polyacrilamide 1822S and 1340S as well as PEG4000 showed behavior of Newtonian fluid in the following concentrations: 5 and 10 ppm and 5000 ppm, respectively. On the other hand, for polyacrilamides, concentrations higher than 10 ppm showed behaviour of non- Newtonian fluids. According to the literature, the Polyox WSR-301 behaved as a Newtonian fluid in all concentrations used in this work. At EPUSP\'s bench, while PEG4000 did not show drag reduction for any polymeric concentration analyzed, this phenomenon could be seen for polyacrilamides and Polyox WSR-301, being dependent on Reynolds number as well as polymeric concentration. More important, Polyox WSR- 301 showed to be the most efficient drag reducer of them. Interestingly, in the assays employing the tail arterial beds, PEG4000 showed drag reduction in the concentration of 5000 ppm and it was increased by the presence of the endothelial cells. Thus, Polyox WSR-301 seems to be more efficient to promote drag reduction in the rigid tubes. On the other hand, while PEG4000 did not show drag reduction at EPUSP\'s bench, it was a good drag reducer in the tail arterial beds, being intensified by the action of endothelial cells.