Physical based modeling was conducted to improve channel restoration efforts through direct comparison of submerged structures of various design and orientations. In-stream structure technologies studied are used to provide bank stabilization, flow control, scour and sediment control, as well as ecological enhancement through turbulent dispersion and vertical mass transport. Quantitative analysis evaluates flow effects induced by common channel restoration structures in their ability to provide mixing in our streams and rivers without significant impacts on flooding through excessive energy loss and backwater effect. Physical, fixed-bed flume experiments were performed under high-Reynolds number subcritical steady-state flow conditions. Theoretical energy loss relationships were developed, compared, and evaluated experimentally for stream barbs, spurs, submerged vanes, blocks and boulders. Extensive surface dye-trace experiments were performed to determine centerline mixing and vertical mass transport produced by stream barbs, vanes and boulders. The research presented in this thesis illustrates that the use of dispersion relationships to assess length of vertical mass transport based on the change in energy slope, and estimated shear velocity, of the channel does not properly correct for boundary layer formation and advection or angular motion produced by channel restoration structures. Submerged vanes were found to provide efficient vertical mixing with minimal energy loss or flood risk, as compared to stream barbs, spurs, blocks, and boulders. The deterioration of water quality and the need to provide bank stabilization with limited flood risk require updated NRCS and ASCE design standards and selection tools for vertical mass transport and energy loss relationships of channel restoration structures. The research conducted in these two studies have provided data for a select number of such structures.

Deposition of contaminant particles on gas turbine surfaces reduces the aerodynamic and cooling efficiency of the turbine and degrades its materials. Gas turbine designers seek a better understanding of this complicated phenomenon and how to mitigate its effects on engine efficiency and durability. The present study developed an experimental method in wind tunnel facilities to simulate the important physical aspects of the interaction between deposition and turbine cooling, particularly film cooling. This technique consisted of spraying molten wax droplets into the mainstream flow that would deposit and solidify on large scale, cooled, turbine airfoil models in a manner consistent with inertial deposition on turbine surfaces. The wax particles were sized to properly simulate the travel of particles in the flow path, and their adhesion to the surface was modeled by ensuring they remained at least partially molten upon impact. Initial development of this wax spray technique was performed with a turbine blade leading edge model with three rows of showerhead film cooling. It was then applied to turbine vane models with showerhead holes and row on pressure side consisting of either standard cylindrical holes or similar holes situated in a spanwise, recessed trench. Vane models were either approximately adiabatic or had a thermal conductivity selected to simulate the conjugate heat transfer of turbine airfoils at engine conditions. These models were also used to measure the adiabatic film effectiveness and overall cooling effectiveness in order to better assess how the cooling design interacted with deposition. Deposit growth was found to be sensitive to the mainstream air and the model surface temperatures and the solidification temperature of the wax. Deposits typically grew to an equilibrium thickness caused by a balance between erosion and adhesion. The existence of film cooling substantially redistributed deposit growth, but changes in blowing ratio had a minor effect. A hypothesis was proposed and substantiated for the physical mechanisms governing wax deposit growth, and its applicability to engine situations was discussed. / text

Gas turbine blade/vane cooling is obtained by circulating the high pressure air from compressor to the internal cooling passage of the blade/vane. Heat transfer and cooling effect in the rotating blade is highly affected by rotation. The typical rotation number for the aircraft engine is in the range of 0~0.25 and for the land based power generation turbine in the range of 0~05. Currently, the heat transfer data at high rotation numbers are limited. Besides, the investigation of heat transfer phenomena in the turn region, especially near hub portion is rare. This dissertation is to study the heat transfer in rectangular channels with turns in the tip or the hub portion respectively at high rotation numbers close to the engine condition. The dissertation experimentally investigates the heat transfer phenomena in a two-pass rectangular channel (AR=W/H=2:1) with a 180 degree sharp turn in the tip portion. The flow in the first passage is radial outward and after the turn in the second passage, the flow direction is radial inward. The hydraulic diameter (Dh) of the channel is 16.9 mm. Parallel square ribs with an attack angle (alpha) of 45 degrees are used on leading and trailing surfaces to enhance the heat transfer. The rib height-to-hydraulic diameter ratio (e/Dh) is 0.094. For the baseline smooth case and the case with rib pitch-to-height ratio (P/e) 10, channel orientation angles (beta) of 90 degrees and 135 degrees were tried to model the cooling passage in the mid and rear portion of the blade respectively. Two other P/e ratios of 5 and 7.5 were studied at beta=135 degrees to investigate their effect on heat transfer. The data are presented under high rotation numbers and buoyancy parameters by varying the Reynolds number (Re=10,000~40,000) and rotation speed (rpm=0~400). Corresponding rotation number and buoyancy parameter are ranged as 0~0.45 and 0~0.8 respectively. The dissertation also studies the heat transfer in a two-pass channel (AR=2:1) connected by a 180 degree U bend in the hub portion. The flow in the first passage is radial inward and after the U bend, the flow in the second passage is radial outward. The cross-section dimension of this channel is the same as the previous one. To increase heat transfer, staggered square ribs (e/Dh=0.094) are pasted on leading and trailing walls with an attack angle (alpha) of 45 degrees and pitch-to-height ratio (P/e) of 8. A turning vane in the shape of half circle (R=18.5 mm, t=1.6 mm) is used in the turn region to guide the flow for both smooth and ribbed cases. Channel orientation angles (beta) of 90 degrees and 135 degrees were taken for both smooth and ribbed cases. The heat transfer data were taken at high rotation numbers close to previous test section.

In the vehicle industry it is of great interest to reduce the emissions and lower the fuel consumption.Up to now a lot of effort has been put into increasing the efficiency of the engine,but it starts to get expensive to keep improving the engine. In this master thesis the transmissionand especially the oil supply to the transmission is investigated. An example of how the requirements of an oil pump can be decided is described. Knowingthe requirements different pumps may be adapted to meet the demands. The gear pumpused today is compared with a variable displacement pump and an electric pump. The gearpump is not possible to control, but the other two are. A few simple control strategies areintroduced. The strategies are implemented and the three pumps are used in the same drivecycle. It is shown that it is possible to reduce the energy that the pump requires if it isreplaced by a variable vane pump or an electric pump.

Os ensaios de palheta são frequentemente utilizados na estimativa da resistência não-drenada de depósitos de argilas moles devido à simplicidade do equipamento, rapidez de execução e baixo custo. A velocidade de deformação em ensaios de palheta de campo é, geralmente, de 6º/min. Contudo, os resultados destes ensaios são influenciados por vários fatores e, dentre eles, a velocidade de rotação pode ser considerada um dos mais importantes. Sob condições não-drenadas, os materiais argilosos apresentam ganho de resistência não-drenada com o aumento da velocidade de cisalhamento, resultante da viscosidade da água adsorvida nas partículas de solo. Como o ensaio de palheta tem sido cada vez mais utilizado para estimar a resistência não-drenada de outros solos de granulometria fina, como siltes, resíduos de mineração entre outros, é preciso ter cautela na interpretação dos resultados nestes materiais, pois a utilização da velocidade padrão de campo pode levar à ocorrência de drenagem parcial durante o cisalhamento e, nestes casos, os solos apresentam resistência e rigidez maiores que sob condições não-drenadas. Desta forma, o objetivo deste trabalho consiste na avaliação da influência da velocidade de rotação do ensaio de palheta na resistência dos solos. Foram realizados ensaios de palheta, utilizando palhetas de 20,2, 25,5 e 40,0 mm de diâmetro e com relação altura-diâmetro igual a 2 a velocidades de rotação de 0,68 a 10800o/min, utilizando três misturas compostas por 85% caulim e 15% bentonita com 100, 130% e 160% de umidade (argilosas), uma mistura composta por caulim puro a 50% de umidade (silte) e uma mistura composta por 60% caulim e 40% areia com 40% de umidade (silte). A partir dos resultados dos ensaios de palheta, observou-se que a resistência não-drenada aumenta com a velocidade, sob condições não-drenadas, tanto para os solos argilosos quanto para os siltosos. A resistência não-drenada também é influenciada pelo diâmetro da palheta e pelo índice de vazios do solo, e consequentemente pelo seu teor de umidade. A resposta viscosa dos ensaios de palheta ao longo de toda a faixa não-drenada pode ser descrita por uma equação potencial (para valores de velocidade adimensional maiores que 10). Os solos siltosos, especialmente a argila misturada com areia, também apresentam aumento de resistência com o aumento da velocidade, sob condições não-drenadas, mais pronunciado que para os solos argilosos. Entretanto, a pequenas velocidades, uma parcela do excesso de poro pressão gerado durante a rotação da palheta foi dissipado, ocasionando efeitos de drenagem parcial durante o cisalhamento. O torque medido durante os ensaios é influenciado pelas dimensões da palheta. Porém, não foi verificada qualquer tendência de variação na resistência normalizada (T/Tref) decorrente das dimensões da palheta. A velocidade normalizada (V) considera diretamente, além da velocidade, a geometria da palheta e o coeficiente de adensamento do solo e reflete os efeitos de permeabilidade, rigidez e velocidade de cisalhamento, fatores que também controlam a viscosidade. Desta forma, os efeitos viscosos dos ensaios de palheta são representados com precisão no espaço normalizado. Além da avaliação dos efeitos de velocidade devido a viscosidade, a normalização dos resultados no espaço T/Tref versus V possibilita também a avaliação dos efeitos de drenagem parcial. Ou seja, dois fenômenos físicos distintos podem ser identificados e interpretados utilizando a mesma abordagem. / Vane tests are frequently used to estimate the undrained shear strength of soft clays deposits because of the equipment simplicity, speed and low costs. The strain rate used in vane shear tests is generally of 6o/min. However, vane tests results are influenced by many factors and rate of shear can be considered one of the most important. Under undrained conditions, undrained shear strength of clayey soils increases with shear velocity. This increase on undrained shear strength occurs due to viscous effects. Furthermore, this method has been used to estimate the undrained shear strength of other fine-grained materials such as silts, tailings, among others. Tests results interpretation must to be careful on these materials, because partial drainage can occur during shear tests conducted at the standard field shear rate. In this cases, soil strength and stiffness are higher than under undrained conditions. Thus, this research is aimed to evaluate the influence of the vane shear velocity in soils strength. Vane tests were conducted using vanes with 20.2, 25.5 and 40.0 mm in diameter and with aspect ratio of 2, at rotation rates from 0.68 to 1800o/min using three kaolin-bentonite mixtures composed by 85% kaolin and 15% bentonite with a water content of 100, 130 and 160% (clay), a mixture composed just by kaolin with a 50% water content (silt) and a mixture composed by 60% kaolin and 40% Osório sand with a 40% water content (silt). Tests results shows that clay and silt strength increases with shear rate, under undrained conditions. Undrained shear strength is also influenced by vane diameter and soil void ratio, and consequently by water content. Viscous response on vane tests throughout the undrained range of velocities can be described by a power law (for normalized velocity values further than 10). Silty soils, especially clay-sand mixtures under undrained conditions, exhibited a greater increase on strength than the increased observed for clayey soils. Neverthless, in some tests conducted at low shear velocities, part of pore pressure excess generated during vane rotation was dissipated, occasioning partial drainage effects during shear. The measured torque has been influenced by vane blade dimensions, but any variation on normalized resistance (T/Tref) wasn’t found as a result of vane dimensions. Normalized velocity considers directly peripheral velocity, vane geometry and soil coeficient of consolidation and reflects permeability, stifness and shear rate effects, factors that also control viscous effects. Thus, viscous effects in vane tests are accurately represented on normalized space. In addiction to rate effects due to viscosity evaluation, results normalization on T/Tref versus V space enable partial drainage effects assessment. It shows that the two distinct physical phenomena can be identified and interpreted using one single approach.

O ensaio de palheta de campo em material siltoso levanta problemáticas relacionadas à sua execução e à interpretação dos resultados. O presente trabalho apresenta uma modelagem em poroelasticidade do ensaio de palheta. O modelo de ensaio é definido pelo problema de rotação de um cilindro infinito em um solo poroso. A solução do problema é buscada adotando um comportamento poroelástico não linear fictício tal que a resposta é localmente equivalente àquela do comportamento plástico perfeito. O modelo considera que a rotação do cilindro gera deformações volumétricas não desprezíveis e que a solução fechada de poropressão é garantida por um módulo de cisalhamento equivalente. As soluções do campo de tensões e deformações descritas por equações analíticas são obtidas numericamente por meio do método de diferenças finitas. O modelo é avaliado através de uma comparação com os resultados de simulação em elementos finitos e de solução do modelo com o uso de software de álgebra computacional. Os critérios de Tresca e de Drucker-Prager são considerados nas avaliações. As condições de drenagem foram estudadas através da curva característica de drenagem no espação grau de drenagem U versus velocidade normalizada V. A influência da rigidez e da resistência do material sobre o fenômeno de dissipação foram interpretados no mesmo espaço U ×V . Também foi demonstrado que a dissipação é sensível à definição da zona de influência. O parâmetro numérico de discretização do domínio para o método de diferenças finitas para a obtenção de resultados de boa precisão foi identificado. O modelo foi aplicado para a modelagem do ensaio de palheta em resíduo de zinco e para a interpretação dos resultados desse ensaio. Demonstrou-se que o modelo proposto permite a identificações dos padrões de ensaio que garantem os comportamentos desejados, além de possibilitar o estudo da sensibilidade do processo de dissipação em relação à rigidez e resistência do material. / The Field Vane Test in silty materials raises problematics related to its execution and interpretation of results. The work presents a model for the vane test based on poroelasticity. The modeling of the test is characterized by the problem of the rotation of an infinite cylinder in a porous soil. The solution of the problem is sought by adopting a fictitious non-linear poroelastic behavior such that the answer is locally equivalent to the one corresponding to a perfect plastic behavior. The revised model assumes that rotation of the cylinder does generate volumetric deformation which one is not negligible and the close form of solution for pore pressure is guaranteed by an equivalent shear modulus. The solutions of stresses and displacement field are obtained numerically using the finite difference method. The model is evaluated for materials characterized by two criteria Tresca and Drucker-Prager through a comparison of results obtained by simulation in finite element model and by simulation using computer algebra software. The drainage conditions have been studied through the drainage characteristic curve U ×V . The influence of the stiffness and strength of the material on the dissipation phenomena were interpreted in the same space U ×V . It was also demonstrated that the dissipation process is sensitive to the definition of the influence zone. The numerical parameters to obtain good precision results were identified. The model was applied to the modeling Vane Test in zinc residue and the interpretation of experimental results. It has been shown that the proposed model allows the identification of test patterns that ensures the desired drainage behavior and allows the study of the sensitivity of the dissipation process for stiffness and strength of the material.

Os ensaios de palheta são frequentemente utilizados na estimativa da resistência não-drenada de depósitos de argilas moles devido à simplicidade do equipamento, rapidez de execução e baixo custo. A velocidade de deformação em ensaios de palheta de campo é, geralmente, de 6º/min. Contudo, os resultados destes ensaios são influenciados por vários fatores e, dentre eles, a velocidade de rotação pode ser considerada um dos mais importantes. Sob condições não-drenadas, os materiais argilosos apresentam ganho de resistência não-drenada com o aumento da velocidade de cisalhamento, resultante da viscosidade da água adsorvida nas partículas de solo. Como o ensaio de palheta tem sido cada vez mais utilizado para estimar a resistência não-drenada de outros solos de granulometria fina, como siltes, resíduos de mineração entre outros, é preciso ter cautela na interpretação dos resultados nestes materiais, pois a utilização da velocidade padrão de campo pode levar à ocorrência de drenagem parcial durante o cisalhamento e, nestes casos, os solos apresentam resistência e rigidez maiores que sob condições não-drenadas. Desta forma, o objetivo deste trabalho consiste na avaliação da influência da velocidade de rotação do ensaio de palheta na resistência dos solos. Foram realizados ensaios de palheta, utilizando palhetas de 20,2, 25,5 e 40,0 mm de diâmetro e com relação altura-diâmetro igual a 2 a velocidades de rotação de 0,68 a 10800o/min, utilizando três misturas compostas por 85% caulim e 15% bentonita com 100, 130% e 160% de umidade (argilosas), uma mistura composta por caulim puro a 50% de umidade (silte) e uma mistura composta por 60% caulim e 40% areia com 40% de umidade (silte). A partir dos resultados dos ensaios de palheta, observou-se que a resistência não-drenada aumenta com a velocidade, sob condições não-drenadas, tanto para os solos argilosos quanto para os siltosos. A resistência não-drenada também é influenciada pelo diâmetro da palheta e pelo índice de vazios do solo, e consequentemente pelo seu teor de umidade. A resposta viscosa dos ensaios de palheta ao longo de toda a faixa não-drenada pode ser descrita por uma equação potencial (para valores de velocidade adimensional maiores que 10). Os solos siltosos, especialmente a argila misturada com areia, também apresentam aumento de resistência com o aumento da velocidade, sob condições não-drenadas, mais pronunciado que para os solos argilosos. Entretanto, a pequenas velocidades, uma parcela do excesso de poro pressão gerado durante a rotação da palheta foi dissipado, ocasionando efeitos de drenagem parcial durante o cisalhamento. O torque medido durante os ensaios é influenciado pelas dimensões da palheta. Porém, não foi verificada qualquer tendência de variação na resistência normalizada (T/Tref) decorrente das dimensões da palheta. A velocidade normalizada (V) considera diretamente, além da velocidade, a geometria da palheta e o coeficiente de adensamento do solo e reflete os efeitos de permeabilidade, rigidez e velocidade de cisalhamento, fatores que também controlam a viscosidade. Desta forma, os efeitos viscosos dos ensaios de palheta são representados com precisão no espaço normalizado. Além da avaliação dos efeitos de velocidade devido a viscosidade, a normalização dos resultados no espaço T/Tref versus V possibilita também a avaliação dos efeitos de drenagem parcial. Ou seja, dois fenômenos físicos distintos podem ser identificados e interpretados utilizando a mesma abordagem. / Vane tests are frequently used to estimate the undrained shear strength of soft clays deposits because of the equipment simplicity, speed and low costs. The strain rate used in vane shear tests is generally of 6o/min. However, vane tests results are influenced by many factors and rate of shear can be considered one of the most important. Under undrained conditions, undrained shear strength of clayey soils increases with shear velocity. This increase on undrained shear strength occurs due to viscous effects. Furthermore, this method has been used to estimate the undrained shear strength of other fine-grained materials such as silts, tailings, among others. Tests results interpretation must to be careful on these materials, because partial drainage can occur during shear tests conducted at the standard field shear rate. In this cases, soil strength and stiffness are higher than under undrained conditions. Thus, this research is aimed to evaluate the influence of the vane shear velocity in soils strength. Vane tests were conducted using vanes with 20.2, 25.5 and 40.0 mm in diameter and with aspect ratio of 2, at rotation rates from 0.68 to 1800o/min using three kaolin-bentonite mixtures composed by 85% kaolin and 15% bentonite with a water content of 100, 130 and 160% (clay), a mixture composed just by kaolin with a 50% water content (silt) and a mixture composed by 60% kaolin and 40% Osório sand with a 40% water content (silt). Tests results shows that clay and silt strength increases with shear rate, under undrained conditions. Undrained shear strength is also influenced by vane diameter and soil void ratio, and consequently by water content. Viscous response on vane tests throughout the undrained range of velocities can be described by a power law (for normalized velocity values further than 10). Silty soils, especially clay-sand mixtures under undrained conditions, exhibited a greater increase on strength than the increased observed for clayey soils. Neverthless, in some tests conducted at low shear velocities, part of pore pressure excess generated during vane rotation was dissipated, occasioning partial drainage effects during shear. The measured torque has been influenced by vane blade dimensions, but any variation on normalized resistance (T/Tref) wasn’t found as a result of vane dimensions. Normalized velocity considers directly peripheral velocity, vane geometry and soil coeficient of consolidation and reflects permeability, stifness and shear rate effects, factors that also control viscous effects. Thus, viscous effects in vane tests are accurately represented on normalized space. In addiction to rate effects due to viscosity evaluation, results normalization on T/Tref versus V space enable partial drainage effects assessment. It shows that the two distinct physical phenomena can be identified and interpreted using one single approach.

O conceito de um motor rotativo de palhetas é apresentado e o modelo que opera similar aos motores recíprocos dois tempos é analisado. Este motor é formado por estator cilíndrico, rotor descentralizado, palhetas radiais e tampas laterais, similar aos compressores de palhetas radiais. Parâmetros geométricos estão definidos para que o motor possua características similares a dois motores recíprocos comerciais igualmente modelados. Suas geometrias estão detalhadas, assim como a modelagem termodinâmica e suas hipóteses, as quais devido ao caráter comparativo do trabalho não têm grande influência no alcance dos objetivos. Em relação aos motores recíprocos, o novo conceito prospecta algumas vantagens: maior compacidade; menor nível de vibrações; maior facilidade de alteração da razão de compressão; possibilidade de produção e montagem em módulos; e devido a todas estas, as maiores possibilidades para o projeto, fabricação, montagem e operação dos motores. Para melhor entendimento de algumas tendências relativas a estas vantagens, a sensibilidade dos parâmetros geométricos é estudada, com variações nos diâmetros do estator e do rotor, na espessura do rotor e das palhetas, na excentricidade entre rotor e estator, e no número de palhetas do conceito. Este estudo demonstra características únicas do motor rotativo de palhetas, dentre elas, a variação da espessura do rotor se destaca por proporcionar a alteração do tamanho do motor sem modificar os demais aspectos. A excentricidade entre o rotor e estator demonstra grande potencial na capacidade de alterar a razão de compressão do equipamento, inclusive podendo ser modificada após a construção do motor ou até mesmo durante sua operação. Também se destaca o número de palhetas, o qual tem influência direta sobre a curva de torque do ciclo e a efetividade do posicionamento das janelas de admissão e exaustão. Com isto, é concluída a caracterização da geometria e do funcionamento do motor rotativo de palhetas, obtendo uma boa base para as próximas etapas de seu desenvolvimento. / The concept of a rotary vane engine is presented and the model that operates similar to twostroke reciprocating engines is analyzed. This engine is formed by a cylindrical stator, decentralized rotor, radial vanes and side housing plates, similar to the radial vane compressors. Geometrical parameters are defined so that the motor has similar characteristics to two commercial reciprocating engines also modeled. Their geometries are detailed, as well as the thermodynamic model and its assumptions, which due to the comparative nature of the work do not have significant influence in achieving the objectives. With respect to reciprocating engines, the new concept is prospecting some advantages: higher compactness; lowest level of vibration; ease of adjustment of compression ratio; possibility of manufacture and assembly in modules; and due to all these, the numerous possibilities to the design, manufacture, assembly and operation of the engines. For a better understanding of some these advantages trends, the sensitivity of geometric parameters are studied, with variations in the diameters of the stator and rotor, in the thickness of the rotor and the vanes, in the eccentricity between rotor and stator, and in the number of vanes of the concept. This study demonstrates unique rotary vane engine characteristics, among them, the range of rotor thickness stands out for providing a change in engine size without changing other aspects. The eccentricity between the rotor and stator shows great potential for the ability to change the compression ratio of the equipment and can be modified even after the construction or even during operation of the engine. It also highlights the number of vanes, which has a direct influence on the torque curve of the cycle and the effectiveness of the positioning of inlet and exhaust ports. Therewith, the characterization of rotary vane engine geometry and operational design is complete, obtaining a good basis for its next development stages.

O ensaio de palheta de campo em material siltoso levanta problemáticas relacionadas à sua execução e à interpretação dos resultados. O presente trabalho apresenta uma modelagem em poroelasticidade do ensaio de palheta. O modelo de ensaio é definido pelo problema de rotação de um cilindro infinito em um solo poroso. A solução do problema é buscada adotando um comportamento poroelástico não linear fictício tal que a resposta é localmente equivalente àquela do comportamento plástico perfeito. O modelo considera que a rotação do cilindro gera deformações volumétricas não desprezíveis e que a solução fechada de poropressão é garantida por um módulo de cisalhamento equivalente. As soluções do campo de tensões e deformações descritas por equações analíticas são obtidas numericamente por meio do método de diferenças finitas. O modelo é avaliado através de uma comparação com os resultados de simulação em elementos finitos e de solução do modelo com o uso de software de álgebra computacional. Os critérios de Tresca e de Drucker-Prager são considerados nas avaliações. As condições de drenagem foram estudadas através da curva característica de drenagem no espação grau de drenagem U versus velocidade normalizada V. A influência da rigidez e da resistência do material sobre o fenômeno de dissipação foram interpretados no mesmo espaço U ×V . Também foi demonstrado que a dissipação é sensível à definição da zona de influência. O parâmetro numérico de discretização do domínio para o método de diferenças finitas para a obtenção de resultados de boa precisão foi identificado. O modelo foi aplicado para a modelagem do ensaio de palheta em resíduo de zinco e para a interpretação dos resultados desse ensaio. Demonstrou-se que o modelo proposto permite a identificações dos padrões de ensaio que garantem os comportamentos desejados, além de possibilitar o estudo da sensibilidade do processo de dissipação em relação à rigidez e resistência do material. / The Field Vane Test in silty materials raises problematics related to its execution and interpretation of results. The work presents a model for the vane test based on poroelasticity. The modeling of the test is characterized by the problem of the rotation of an infinite cylinder in a porous soil. The solution of the problem is sought by adopting a fictitious non-linear poroelastic behavior such that the answer is locally equivalent to the one corresponding to a perfect plastic behavior. The revised model assumes that rotation of the cylinder does generate volumetric deformation which one is not negligible and the close form of solution for pore pressure is guaranteed by an equivalent shear modulus. The solutions of stresses and displacement field are obtained numerically using the finite difference method. The model is evaluated for materials characterized by two criteria Tresca and Drucker-Prager through a comparison of results obtained by simulation in finite element model and by simulation using computer algebra software. The drainage conditions have been studied through the drainage characteristic curve U ×V . The influence of the stiffness and strength of the material on the dissipation phenomena were interpreted in the same space U ×V . It was also demonstrated that the dissipation process is sensitive to the definition of the influence zone. The numerical parameters to obtain good precision results were identified. The model was applied to the modeling Vane Test in zinc residue and the interpretation of experimental results. It has been shown that the proposed model allows the identification of test patterns that ensures the desired drainage behavior and allows the study of the sensitivity of the dissipation process for stiffness and strength of the material.

O conceito de um motor rotativo de palhetas é apresentado e o modelo que opera similar aos motores recíprocos dois tempos é analisado. Este motor é formado por estator cilíndrico, rotor descentralizado, palhetas radiais e tampas laterais, similar aos compressores de palhetas radiais. Parâmetros geométricos estão definidos para que o motor possua características similares a dois motores recíprocos comerciais igualmente modelados. Suas geometrias estão detalhadas, assim como a modelagem termodinâmica e suas hipóteses, as quais devido ao caráter comparativo do trabalho não têm grande influência no alcance dos objetivos. Em relação aos motores recíprocos, o novo conceito prospecta algumas vantagens: maior compacidade; menor nível de vibrações; maior facilidade de alteração da razão de compressão; possibilidade de produção e montagem em módulos; e devido a todas estas, as maiores possibilidades para o projeto, fabricação, montagem e operação dos motores. Para melhor entendimento de algumas tendências relativas a estas vantagens, a sensibilidade dos parâmetros geométricos é estudada, com variações nos diâmetros do estator e do rotor, na espessura do rotor e das palhetas, na excentricidade entre rotor e estator, e no número de palhetas do conceito. Este estudo demonstra características únicas do motor rotativo de palhetas, dentre elas, a variação da espessura do rotor se destaca por proporcionar a alteração do tamanho do motor sem modificar os demais aspectos. A excentricidade entre o rotor e estator demonstra grande potencial na capacidade de alterar a razão de compressão do equipamento, inclusive podendo ser modificada após a construção do motor ou até mesmo durante sua operação. Também se destaca o número de palhetas, o qual tem influência direta sobre a curva de torque do ciclo e a efetividade do posicionamento das janelas de admissão e exaustão. Com isto, é concluída a caracterização da geometria e do funcionamento do motor rotativo de palhetas, obtendo uma boa base para as próximas etapas de seu desenvolvimento. / The concept of a rotary vane engine is presented and the model that operates similar to twostroke reciprocating engines is analyzed. This engine is formed by a cylindrical stator, decentralized rotor, radial vanes and side housing plates, similar to the radial vane compressors. Geometrical parameters are defined so that the motor has similar characteristics to two commercial reciprocating engines also modeled. Their geometries are detailed, as well as the thermodynamic model and its assumptions, which due to the comparative nature of the work do not have significant influence in achieving the objectives. With respect to reciprocating engines, the new concept is prospecting some advantages: higher compactness; lowest level of vibration; ease of adjustment of compression ratio; possibility of manufacture and assembly in modules; and due to all these, the numerous possibilities to the design, manufacture, assembly and operation of the engines. For a better understanding of some these advantages trends, the sensitivity of geometric parameters are studied, with variations in the diameters of the stator and rotor, in the thickness of the rotor and the vanes, in the eccentricity between rotor and stator, and in the number of vanes of the concept. This study demonstrates unique rotary vane engine characteristics, among them, the range of rotor thickness stands out for providing a change in engine size without changing other aspects. The eccentricity between the rotor and stator shows great potential for the ability to change the compression ratio of the equipment and can be modified even after the construction or even during operation of the engine. It also highlights the number of vanes, which has a direct influence on the torque curve of the cycle and the effectiveness of the positioning of inlet and exhaust ports. Therewith, the characterization of rotary vane engine geometry and operational design is complete, obtaining a good basis for its next development stages.