O objetivo deste trabalho é apresentar a seqüência de desenvolvimento de um processo de forjamento a quente com uma liga de alumínio AA6351. Métodos experimentais, numéricos e computacionais são utilizados em conjunto buscando a redução do tempo de desenvolvimento do processo de conformação, reduzindo as chances de confecção incorreta de ferramental, conformação insatisfatória, capacidade dos equipamentos inadequada, entre outros. Os programas comerciais de simulação numérica MSC.SuperForge 2005® e MSC.SuperForm 2005®. Este é alimentado com parâmetros obtidos através de métodos experimentais, como curvas de escoamento e fator de atrito, e métodos teóricos como coeficientes de transferência de calor, com o objetivo de melhorar a qualidade dos resultados obtidos através da simulação numérica. As peças produzidas são comparadas com os resultados obtidos via simulação computacional com o intuito de validar os resultados obtidos e apresentar a viabilidade de utilização de métodos numéricos para desenvolvimento de processos de conformação mecânica. O desenvolvimento de geratrizes pré-formadas é realizado através de simulação numérica resultando em uma redução de aproximadamente 59% no volume de material perdido em forma de rebarba. / The purpose of this work is to present the sequence of a hot forging process development from AA6351 aluminum forged part. Experimental, numeric and computational methods are used together so as to reduce the product’s development time, chances of incorrect tools construction, incorrect formation and inadequate equipment capacity, among other things. The MSC.SuperForge 2005® commercial numeric simulation software is used. This software is fed with parameters acquired through experimental methods, like flow-stress curves and friction curves, and numeric methods, like heat transfer coefficients, with the purpose of increase the results quality got through numeric simulation. Produced parts are compared with computational simulation results with the purpose to validate the results got and present the feasibility of the use of numeric methods to development of mechanical formation processes. Pre-formed billets development is realized through numeric simulation resulting in a material volume reduction of approximately 59% in material volume loss like flash.

Este trabalho, realizado com o auxílio da termodinâmica computacional, dá continuação a um estudo sistemático, que trata dos fundamentos dos tratamentos termoquímicos metalúrgicos relacionados à nitretação e à nitrocarburação. O estudo concentrou-se nas ligas da família ABNT 10XX, do aço ABNT 4140 e do aço ferramenta AISI M2. A composição das ligas utilizadas na simulação, contudo, não correspondem exatamente à comercial. Uma simplificação foi necessária para que a simulação do processo fosse facilitada. O uso da termodinâmica computacional como ferramenta para determinação das fases presentes (ou que podem vir a se formar) em um sistema a certa temperatura e pressão simulando o processo de nitretação mostrou-se uma valiosa ferramenta de análise.Apesar de, na prática, estes prognósticos ainda dependerem de uma cinética micro ou macroscópica favorável para ser verdadeiros, a comparação dos resultados obtidos com a literatura mostrou uma boa concordância nos resultados, validando, assim, o emprego desta técnica de análise. Assim, além deste estudo ser um avanço na compreensão das fases que participam das microestruturas (nitretos e carbonitretos) que se formam nas ligas estudadas, também pode ser utilizado como um balizador na definição de parâmetros que permitam a seleção destas fases finais desejadas, economizando tempo e recursos na realização de ensaios experimentais. / This work, accomplished with the help of computational thermodynamics, provides the development of a systematic study concerning the basis of the thermochemical treatments related to nitriding and nitrocarburising. This study focused on the alloys of the ABNT 10XX family, on the ABNT 4140 steel and on the AISI M2 tool steel. However, the compositions used in the simulation do not correspond exactly to the commercial composition of the alloy, for they had their composition simplified in order to facilitate the simulation process. The use of computational thermodynamics as a tool to determine the phase present (or that can be formed) in a system under a specific temperature and pressure, simulating the nitriding process, proved to be a valuable analysis tool. Nevertheless, in practice, these prognostics still depend on a micro or macro kinetics in order to be true; the comparison of the results obtained with those found in the literature showed good agreement of results, validating, thus, the use of this analysis technique. So, besides this study being an advance when it comes to understanding phases (nitrides and carbonitrides) that are formed in the studied alloys, it can also be used as a mark in defining parameters that allow the selection of final desired structures, saving time and resources.

O principal objetivo dessa dissertação consiste nas simulações numéricas de um escoamento de um fluido viscoplástico usando o método de elementos finitos. A modelagem mecânica empregada está baseada nas equações conservativas de massa e momentum acopladas ao modelo constitutivo recentemente proposto por Souza Mendes e Dutra – aqui chamado de SMD. A modelagem mecânica foi aproximada via método de Galerkin Mínimos-Quadrados (GLS), que é construído para superar a falha numérica do método clássico de Galerkin para formulações mistas sem danificar a sua consistência. Primeiro, a fim de checar o código computacional, um escoamento em uma cavidade forçada. Em seguida, dois escoamentos de fluidos viscoplásticos foram considerados: um fluido SMD escoando através de uma expansão seguida de uma contração abrupta e outro em torno de um cilindro circular. Os resultados numéricos gerados forneceram informações físicas dos fenômenos de viscoplasticidade estudados e se mostraram de acordo com a literatura. / The main objective of this paper consists of numerical simulations of viscoplastic fluid flows using the finite element method. The mechanical modeling employed is based on the mass and momentum conservative equations coupled with the constitutive model recently proposed by Souza Mendes and Dutra - herein only named by SMD. The mechanical modeling was approximated via the Galerkin Least-Squares method (GLS) which is built to overcome the numerical shortcoming of the classical Galerkin method for mixed formulations without damaging its consistency. First, in order to check the computational code, a Newtonian leaky cavity flow. Next, two viscoplastic fluid flows has been considered: a SMD fluid flow through a sudden expansion followed by a contraction geometry and around a circular cylinder. The generated numerical results gave some physical information on the viscoplastic phenomena studied and are in accordance with the literature.

A estimativa de parâmetros térmicos relacionados à Soldagem por Fricção Linear (também conhecida como Soldagem por Fricção e Mistura Mecânica) de uma placa de alumínio AA 2195- T8 é estudada nesta dissertação. A determinação dos parâmetros é tratada como um problema de otimização, no qual a função objetivo corresponde a uma função erro entre temperaturas medidas numericamente e temperaturas calculadas, para certos valores da taxa de calor gerada pela fricção, do coeficiente de transferência calor por convecção natural e do coeficiente de transferência de calor entre a placa e a base de suporte. A distribuição transiente de temperaturas sobre a placa é determinada pela solução da equação da condução de calor tridimensional transiente, a qual é resolvida pelo método dos volumes finitos. A minimização da função objetivo é realizada com o auxílio do algoritmo Otimização Extrema Generalizada (GEO), um método evolucionário que pode lidar com diversos tipos de problemas de otimização. A avaliação da sensibilidade da leitura de temperatura é feita com relação ao posicionamento dos sensores, com o objetivo de descobrir as melhores posições para aquisição de dados, e também a determinação do parâmetro t (parâmetro utilizado no método GEO que deve ser ajustado para cada tipo de problema) que melhor se adapta para cada um dos conjuntos de medição de temperatura. Além disso, realiza-se um estudo no qual é analisado um caso em que a fonte de calor possui forma de distribuição desconhecida, sem a utilização de equações para a sua descrição, desta maneira mais parâmetros devem ser estimados pela análise inversa, assim o processo de otimização é mais complexo (cinco valores de taxa de calor e dois coeficientes de transferência de calor, ao invés de uma taxa de calor e dois coeficientes). Ainda, para simular medições de dados reais, os valores de temperatura obtidos a partir da solução numérica para valores específicos da taxa de calor e dos coeficientes de transferência de calor são perturbados com ruídos de acordo com desvios-padrão típicos dessa forma de medição. Este trabalho demonstra que a aproximação inversa proposta pode ser um modo muito efetivo para avaliar e predizer os parâmetros que governam o processo de transferência de calor na Soldagem por Fricção Linear, um importante passo para o seu controle em tempo real. / The estimation of thermal parameters related to Friction Stir Welding of a AA 2195-T8 plate is studied in this dissertation. The determination of the parameters is carried out by means of an optimization problem, in which the objective function corresponds to an error function between the numerically measured temperature and the temperature computed for each estimated values of the heat rate input, the heat transfer coefficient on the bottom surface, and the natural convection heat transfer coefficient. The time-dependent temperature distribution on the plate is determined by the solution of the three-dimensional transient state conduction equation, which is solved by the control-volum method. The minimization of the objective function is accomplished with the aid of the Generalized Extremal Optimization (GEO) method, an evolutionary method that can deal with several types of optimization problems. The evaluation of the temperature reading sensitivity is carried out, in relation to the readers locations on the plate, in order to determine the best positions that can be used to acquire datas, and the determination of the t parameter (this parameter is used in the GEO method and it must be adjusted for each type of problem) that best fits with each one of the temperature readers assembly, allowing the determination of the best temperature readers assembly. In addition, it is executed a study that considers a case where the heat rate input has unknown profile distribution, without using equations for its description, in this manner more parameters have to be estimated by the inverse analysis, so the optimization process is more complicated (five heat rate inputs and two heat transfer coefficients, instead of one heat rate input and two heat transfer coefficients). Furthermore, to simulate real-data measurements, the temperature inputs, obtained from a numerical solution for specific values of the heat rate input and the heat transfer coefficients, were perturbed with noises according to the standard deviation of the measurement procedure. This work demonstrates that the proposed inverse approach can be a very effective way to evaluate and predict the parameters that govern the heat transfer process in Friction Stir Welding, an important step to real-time control of this process.

Nos últimos anos, a preocupação com a poluição e a conservação do meio ambiente tem aumentado consideravelmente. Da mesma forma, tem-se buscado soluções que agreguem sustentabilidade aos processos produtivos e a indústria como um todo. Dentre as diversas formas de poluição antropogênica encontradas atualmente, a poluição atmosférica figura como uma das mais danosas para os seres humanos, podendo causar distúrbios respiratórios, alergias, lesões degenerativas no sistema nervoso e em outros órgãos vitais. Mesmo não havendo um consenso entre a comunidade científica, acredita-se que a poluição atmosférica seja a grande responsável pelo "efeito estufa", gerando, por consequência, o descontrole do clima ao redor do mundo (intensificando a ocorrência de fenômenos meteorológicos potencialmente perigosos, como tornados, ciclones e degelo de calotas polares). Dessa forma, o entendimento dos fenômenos que envolvem a dispersão de poluentes na atmosfera mostra-se de suma importância nos dias de hoje. Como ferramenta promotora deste entendimento, destaca-se a simulação matemática dos fenômenos da dispersão de poluentes na atmosfera, que apresenta vantagens sobre as técnicas experimentais tradicionais, como custo reduzido e maior abrangência em relação a sua aplicabilidade. Neste trabalho, um programa de simulação fluidodinâmica comercial, chamado CFX®, foi utilizado para realizar a simulação da dispersão de um poluente inerte (SF6) em atmosferas com diferentes graus de turbulência (atmosferas estáveis, neutras e instáveis) utilizando-se os dados obtidos através do Experimento de Copenhagen, muito utilizado pela comunidade científica como ferramenta de validação para modelos matemáticos com este propósito. O modelo proposto é baseado no conceito da média de Reynolds (também conhecidos como modelos RANS, do inglês Reynolds-Averaged Navier-Stokes), adicionado de um modelo de turbulência de duas equações (RNG k- ) e da equação do transporte de um poluente genérico. Além disso, os resultados obtidos foram comparados com os resultados de outros modelos matemáticos propostos na literatura, a fim de avaliar seu desempenho. Conclui-se que, de maneira geral, o modelo proposto reproduz satisfatoriamente os dados experimentais, apresentando um melhor desempenho ao reproduzir atmosferas de fraca e moderada convecção. Pode ser observado também que o número de Schmidt turbulento mostra-se como um importante parâmetro a ser considerado, afetando diretamente o campo de concentrações obtido nas simulações. Em comparação com os outros modelos matemáticos encontrados na literatura, o modelo proposto apresenta o mesmo patamar de desempenho dos demais, figurando como uma ferramenta alternativa para simulação da dispersão de poluentes na atmosfera. / In recent years, concern about pollution and conservation of the environment has increased considerably. Likewise, we have sought solutions that add sustainability to the industry as a whole. Among the various forms of anthropogenic pollution found today, air pollution appears as one of the most harmful to humans, and can cause respiratory disorders, allergies and degenerative lesions in the nervous system and other vital organs. Although there is no consensus among the scientific community, it is believed that air pollution is the largely responsible for the "greenhouse effect", causing, consequently, potentially dangerous weather phenomena, as tornadoes and cyclones, and melting icecaps. Thus, the understanding of phenomena that involve the dispersion of pollutants in the atmosphere appears to be extremely important today. As a promoter tool of understanding, there is a mathematical simulation of the phenomena of dispersion of pollutants in the atmosphere, which has advantages over traditional experimental techniques, such as reduced costs and greater scope for their applicability. In this work, a commercial fluid dynamics simulation program, called CFX®, was used for the simulation of pollutant dispersion in atmospheres with different degrees of turbulence (atmospheres stable, neutral and unstable), using data obtained through the Experiment of Copenhagen, much used by the scientific community as a tool for validation of mathematical models for this purpose. The proposed model is based on the concept of RANS models, Reynolds-Averaged Navier-Stokes, added a turbulence model of two equations (RNG k- ) and the transport equation of a generic pollutant. Furthermore, the results were compared with results from other mathematical models proposed in the literature in order to evaluate its performance. We conclude that, in general, the proposed model reproduces satisfactorily the experimental data, showing a better performance when playing atmospheres of low and moderate convection. It can also be observed that the turbulent Schmidt number shows up as an important parameter to be considered, directly affecting the field of concentrations obtained in the simulations. Compared to other mathematical models in the literature, the proposed model has the same performance level of the other, appearing as an alternative tool to simulate the dispersion of pollutants in the atmosphere.

Esta Tese apresenta uma análise do comportamento térmico de um sistema de aquecimento solar operando por termossifão. Neste tipo de sistema o fluido no coletor solar é circulado por convecção natural, que acontece devido à diferença de massa específica da água ao longo circuito. Nestes sistemas a vazão mássica varia ao longo do dia e do ano, dependendo, dentre outros fatores, da irradiância solar absorvida, do perfil de temperaturas da água no sistema, da geometria, do volume e do perfil de demanda de água quente. Para uma avaliação detalhada do comportamento térmico de aquecedores solares operando por termossifão foram realizados ensaios experimentais e cálculos teóricos. Os resultados dos experimentos concordaram com aqueles apresentados na literatura e sua análise fundamentou o desenvolvimento do aplicativo TermoSim, um programa de simulação computacional do comportamento térmico de sistemas de aquecimento de água com energia solar. O tratamento matemático adotado no TermoSim compreende a modelagem dos coletores solares de acordo com a teoria de Hottel-Bliss-Whillier. O reservatório térmico é modelado com estratificação térmica, convecção e condução entre as camadas. A vazão mássica é obtida a partir do balanço da quantidade de movimento no circuito. Os modelos matemáticos empregados na construção do aplicativo TermoSim foram validados através do confronto dos resultados simulados com medidas experimentais. Foi demonstrado que a utilização destes modelos é adequada e permite reproduzir com precisão o comportamento térmico dos coletores solares e do reservatório térmico. Além do programa TermoSim, foi também desenvolvido o programa TermoDim, que é uma ferramenta para o dimensionamento de sistemas de aquecimento solar, que requer apenas o conhecimento dos parâmetros geométricos do sistema, dados meteorológicos em média mensal e informação a respeito do volume de demanda. O TermoDim é apropriado para estimar o desempenho de aquecedores solares operando por termossifão com tanques verticais e horizontais. O método de dimensionamento do TermoDim é baseado na correlação para a eficiência média mensal obtida neste trabalho a partir de um grande número de simulações. / This thesis presents an analysis of the thermal behavior of a thermosyphon solar water heating system. In these systems the collector fluid circulates by natural convection, i.e., due to the density difference along the system. The mass flow rate varies along the day and the year, depending on the absorbed solar radiation, the system fluid temperatures, the system geometry, the demand conditions and others factors. Preliminary calculations and measurements were performed on the mass flow rate, fluid and storage tank temperatures. Comparison between experimental and predicted theoretical results is presented. The results analysis was used on the development of TermoSim: a software for computer simulation of solar water heating systems. The mathematical models considered on TermoSim comprises mainly the solar collectors, storage tanks and connecting pipes. The solar collectors are modeled according the classical quasi-steady approximation by Hottel-Bliss-Whillier theory. The storage tank is modeled as stratified liquid tank with multinodal convection and conduction. The collector mass flow rate is evaluated from a balance between the friction pressure drop and the pressure due to density differences along the thermosyphon circuit (thermosyphon head). The models were validated from the comparison between simulated results and experimental data. It was found that the models are adequate to reproduce accurately the thermal behavior for the solar collector and storage tank. Besides the software TermoSim, it was also developed the program TermoDim, which is a design tool that requires only system geometric parameters, monthly averaged meteorological data and information about the load amount. TermoDim is appropriate for estimating the performance of thermosyphon systems with vertical and horizontal storage tanks. The design method was based on the correlation for the system monthly efficiency obtained in this Thesis from a large number of simulations.

Neste trabalho apresenta-se um algoritmo para a simulação de problemas tridimensionais de interação fluido-estrutura utilizando a técnica de elementos finitos. Um esquema de Taylor-Galerkin de dois passos e elementos tetraédricos lineares são empregados para o fluido, que pode ser compressível ou incompressível. É adotada uma formulação lagrangeana-euleriana arbitrária (ALE), compatível com o movimento da interface fluidoestrutura. Um método ftacionado de correção de velocidade é utilizado para os fluidos incompressíveis. A estrutura é analisada usando elementos triangulares com três nós e seis graus de liberdade por nó (três componentes de deslocamentos e três componentes de rotação). Os efeitos da não-linearidade geométrica são incluídos. O método de Newmark é empregado para integrar no tempo as equações dinâmicas de equilíbrio, usando-se uma descrição lagrangeana atualizada. O sistema de equações alge'bricas é solucionado através do método dos gradientes conjugados e o sistema não-linear, resultante de deslocamentos e rotacões finitas da estrutura, é solucionado com um esquema incremental-iterativo. O código é otimizado para aproveitar as vantagens do processamento vetorial.

O presente trabalho pesquisa o fenômeno da transferência simultânea de calor e umidade em solos insaturados que envolvem dutos enterrados. Estes dutos e o solo envolvente compõem o chamado sistema trocador-armazenador de calor no solo, que é muitas vezes utilizado como fonte complementar de aquecimento em estufas solares agrícolas. O funcionamento do sistema trocador-armazenador de calor é baseado na energia armazenada no solo durante os horários de máxima insolação, sendo que durante a noite parte desta energia é recuperada. Durante o dia o ar quente do meio interno da estufa solar é bombeado para dentro do feixe de tubos enterrados, que devolvem o ar mais frio na outra extremidade. Por outro lado, durante a noite o ar mais frio do meio interno da estufa é bombeado para dentro dos dutos, os quais efetuam troca térmica com o solo envolvente, que neste horário possui a temperatura mais elevada do sistema. O objetivo geral deste trabalho é resolver o problema transiente periódico e tridimensional da transferência simultânea de calor e umidade em solos não-saturados, que compõem o sistema trocador-armazenador de calor, utilizando a simulação numérica. Como objetivos secundários têm-se: o melhoramento do sistema de troca térmica, a quantificação da parcela de calor transportado pela difusão da umidade no solo e a análise dos campos de temperatura e de conteúdo de umidade, sendo que a análise dos campos de umidade permite verificar se existe formação de frentes de secagem significativas na vizinhança dos dutos durante os sucessivos períodos de aquecimento e resfriamento a que o sistema é submetido. Na resolução do problema em questão é empregado o modelo clássico de Philip e De Vries para a transferência simultânea de calor e massa em meios porosos insaturados Neste modelo, as equações de conservação de energia e massa obtidas trazem explicitamente as influências combinadas dos gradientes de temperatura e de conteúdo de umidade nos processos de transporte de calor e umidade. O sistema de equações diferenciais governantes do problema em questão é resolvido numericamente utilizando o Método dos Volumes Finitos e na discretização destas equações é usada uma integração temporal totalmente implícita. Todas as propriedades difusivas e termofísicas empregadas são consideradas variáveis com a temperatura e o conteúdo de umidade. Os dutos de seção transversal circular do sistema trocadorarmazenador de calor no solo, são modelados como dutos de seção transversal quadrada de área equivalente para que coordenadas cartesianas possam ser utilizadas nos modelos analisados. Neste trabalho são simulados quatro modelos computacionais associados ao sistema trocador-armazenador de calor no solo. Estes modelos são compostos por: um duto isolado, um duto com convecção, dois dutos isolados e dois dutos com convecção. A variação da temperatura do ar na entrada do(s) escoamento(s), assim como a temperatura do meio ambiente, para os modelos com convecção, é dada por uma senóide com uma amplitude de 14 ºC. No modelo de um duto isolado, são realizadas simulações utilizando várias combinações dos parâmetros do modelo em questão e os resultados, assim obtidos, são comparados com aqueles encontrados na literatura Visando melhorar o sistema de troca térmica dos modelos computacionais investigados, são selecionados valores e intervalos de valores recomendados para os parâmetros do modelo de um duto isolado. Para este modelo, com um diâmetro de 0,1 m, são escolhidos valores (ou intervalos de valores) recomendados: de 4 m/s para a velocidade do escoamento interno dentro do duto, de 0,25 para o conteúdo de umidade do solo, de 5 até 20 metros para o comprimento do duto e de 0,20 até 0,30 m para a distância entre centros do dutos. As simulações dos quatro modelos computacionais realizadas utilizando as várias combinações dos valores recomendados para os parâmetros destes modelos, mostrou que não há diferença significativa entre os valores de calor volumétrico armazenado no solo empregando a resolução acoplada das equações de energia e de massa e a resolução da equação da temperatura. Mesmo para os modelos de um e de dois dutos com convecção a diferença percentual encontrada foi insignificante. Finalmente, são apresentados e analisados os campos de temperatura e de conteúdo de umidade para os quatro modelos computacionais avaliados. Os perfis de temperatura e de conteúdo de umidade em diferentes horários mostraram que, durante o dia, o solo absorve calor dos escoamentos internos de ar e, uma vez que, junto à superfície dos dutos tem-se regiões de maior temperatura, há, conseqüentemente, uma migração da umidade nestas regiões. Durante a noite, ocorre o contrário, o solo fornece calor aos escoamentos dentro dos dutos, e, desta forma, as regiões próximas aos dutos apresentam níveis de conteúdo de umidade superiores ao inicial. Ainda, os perfis de conteúdo de umidade para todas as situações analisadas mostraram que, não há formação de frentes de secagem significativas nas proximidades dos dutos que compõem os quatro modelos computacionais avaliados.

Este trabalho tem o objetivo de realizar uma análise de sensibilidade dos parâmetros operacionais e de projeto de uma usina termelétrica. A análise de sensibilidade serve para indicar qual a importância dessas grandezas no resultado do sistema. A planta modelada é a da Usina Termelétrica Presidente Médici – Fase B, localizada em Candiota, RS, onde cada módulo é capaz de produzir até 160 MW de potência. Para esta planta é apresentado o equacionamento de cada componente do sistema. Destacam-se duas modelagens para a turbina a vapor, usadas para a simulação de seu comportamento em carga parcial, o da Elipse de Stodola e o de Schegliáiev. Ambos os modelos são comparados. Também são apresentados os modos de controle de carga por válvula de estrangulamento, por válvula de bocais e por pressão deslizante. A análise de sensibilidade é feita por meio de três métodos distintos, cujos resultados são comparados. O Método Diferencial utiliza as derivadas parciais para estimar a sensibilidade. O Método de Monte Carlo realiza uma série de avaliações do sistema, com os dados de entrada gerados randomicamente em cada avaliação e análise estatística dos resultados para avaliar a sensibilidade das respostas. É desenvolvido neste trabalho o Método da Transformada de Fourier, que gera os dados de forma senoidal e utiliza a transformada de Fourier para medir as sensibilidades. A medida da sensibilidade é feita através de dois índices. O índice de importância é a derivada parcial de um resultado em relação a um parâmetro, adimensionalizado pelas médias das variáveis, e o índice de sensibilidade é a composição fracional da variância de um resultado. Como conclusão, observa-se que os modelos para operação em carga parcial da turbina de Schegliáiev e de Stodola produzem praticamente os mesmos resultados. Os três métodos de análise de sensibilidade conduzem aos mesmos índices de sensibilidade no caso estudado. A ordenação da importância dos parâmetros estudados é idêntica quando se usa tanto o índice de importância quanto o de sensibilidade, mesmo seus valores sejam diferentes para cada parâmetros.

Dissertação (mestrado)—Universidade de Brasília, Faculdade de Tecnologia, Departamento de Engenharia Mecânica, 2018. / Submitted by Fabiana Santos (fabianacamargo@bce.unb.br) on 2018-09-03T21:12:42Z No. of bitstreams: 1 2018_PedroHenriqueDiasdeVérasSousa.pdf: 62381558 bytes, checksum: f9982aa5b8a627c1c3c7ca6ccc2f9325 (MD5) / Approved for entry into archive by Fabiana Santos (fabianacamargo@bce.unb.br) on 2018-09-11T17:01:45Z (GMT) No. of bitstreams: 1 2018_PedroHenriqueDiasdeVérasSousa.pdf: 62381558 bytes, checksum: f9982aa5b8a627c1c3c7ca6ccc2f9325 (MD5) / Made available in DSpace on 2018-09-11T17:01:45Z (GMT). No. of bitstreams: 1 2018_PedroHenriqueDiasdeVérasSousa.pdf: 62381558 bytes, checksum: f9982aa5b8a627c1c3c7ca6ccc2f9325 (MD5) Previous issue date: 2018-09-03 / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES). / O objetivo deste trabalho foi investigar numericamente o efeito de diversos parâmetros de modelagem da extensão posicionada na saída do tubo de sucção de uma turbina bulbo nas características do escoamento nessa região e no desempenho da máquina. As simulações do tipo RANS foram realizadas no software comercial ANSYS CFX e a turbulência foi modelada utilizando o modelo k − ω SST. Inicialmente, foram avaliadas três condições de entrada para o tubo de sucção, empregando um domínio reduzido da turbina para isso. Os resultados foram validados com base em dados experimentais e serviram para as simulações principais deste trabalho. Ao todo, foram estudadas quatro geometrias de extensão para o tubo de sucção da turbina bulbo e, além das condições de operação da máquina, também foram analisadas a influência das condições de contorno na extensão e a interação entre os escoamentos de turbinas adjacentes. Os perfis de velocidade dentro do tubo de sucção foram validados com base em dados experimentais, e os resultados de perda de carga, eficiência e campo de velocidade foram comparados para determinar o impacto das diferentes extensões. De forma geral, a geometria na saída do tubo de sucção influenciou a expansão do escoamento e, consequentemente, a distribuição de velocidades e pressão nessa região. Outro fator importante foi a rotação do escoamento, que introduziu assimetrias no campo de velocidade e aumentou a interação das turbinas. Contudo, os resultados mostraram pouca influência dos parâmetros estudados no desempenho previsto da máquina. / In this work, the goal was to numerically investigate the effect of many different modeling parameters of the extension placed at the exit of the draft tube of a bulb turbine in the flow characteristics in this region and the performance of the machine. RANS simulations were carried in the commercial code ANSYS CFX and the turbulence modeled using the k − ω SST model. Initially, three inlet conditions for the draft tube were evaluated in a reduced domain of the turbine. The results were validated with the available experimental data and served as an input for the main simulations in this work. Four extension geometries were studied in total and, besides the inlet conditions, the influence of the boundary conditions in the extension and the interaction between adjacent turbines has also been analyzed. The velocity profiles inside the draft tube were validated using experimental data and the results for the head losses, efficiency and velocity field were compared to determine the impact of using different extensions. Overall, the geometry of the extension influenced the expansion of the flow and, therefore, the velocity and pressure distribution in this region. Another important factor was the flow rotation, which introduced asymmetries in the velocity field and increased the interaction among the turbines. However, the results showed a small influence of the studied parameters in the machine’s predicted performance.