O presente trabalho tem como objetivo realizar um estudo comparativo entre os três métodos para obtenção das características aerodinâmicas de tabuleiros de pontes: analítico, experimental e numérico. O tema é motivado pelo crescimento das necessidades de conhecimento científico e tecnológico na área de desempenho aerodinâmico de seções típicas de pontes nas etapas mais iniciais de projeto. A precisão de uma ferramenta de previsão certamente acelera a convergência ao modelo final; porém, qualquer metodologia numérica deve ser extensivamente testada antes de ser utilizada nos escritórios de cálculo. Inicialmente mostra-se a lógica da análise de instabilidades provocadas pelo vento, resume-se a modelagem de tabuleiros de pontes para ensaios em túnel de vento e descreve-se o método numérico implementado no programa comercial de análise de pontes RM. Comparam-se dados disponíveis de testes de modelos reduzidos no túnel de vento com as estimativas de aproximação do Método da Vorticidade em Partículas (MVP). Confrontam-se resultados para casos clássicos, um estudo paramétrico, dados dos relatórios de três pontes Brasileiras já ensaiadas no Túnel de Vento Joaquim Blessmann do LAC – PPGEC/UFRGS: Paulicéia, Guamá e Roberto Marinho. Finalmente, considera-se o método experimental como preciso e julga-se o método numérico comparativamente, analisando a confiabilidade dos resultados e procurando definir a sua faixa de aplicabilidade. Examinando a variabilidade dos resultados, bastante baixa, definiu-se sua faixa de aplicação considerando os resultados obtidos como satisfatórios para projetos básicos e executivos de estruturas; necessitando, porém, para os casos especiais, de comprovação experimental em túnel de vento antes da sua execução. Exemplifica-se então o uso do método para alguns problemas de análises de seções. Os resultados e comparações corroboram verificações anteriores do método dos vórtices discretos para verdadeiras seções de pontes e mostram porque o seu uso vem se tornando cada vez mais aceitável. / The work has the objective to realize a comparative study between three methods to obtain bridge aerodynamic coefficients: analytic, experimental and numerical. The theme is motivated by the increasing need of knowledge about the aerodynamic behaviour of bridge decks in the early stages of the design process. The accuracy of a predictive tool will certainly accelerate the convergence to the final design. However, any numerical methodology must be extensively tested ascertain and hence validated before it becomes of current use by designers. Collaboration is made comparing wind tunnel data of reduced models and numerical estimations by a simplified approach. After a brief overview of wind loading and wind tunnel modeling, the bridge wind resistance design in the commercially available bridge design software package RM is shown. The Discrete Vortex Method and the implementation are shortly described. Initially, classical fluid problems are indicated together with the comparison of parametric cross sectional bridge shapes. After, three Brazilian large cablestayed bridge projects are presented as instance of analysis: Paulicéia, Guamá and Roberto Marinho. Bridges aerodynamic coefficients were experimentally obtained at the Boundary Layer Wind Tunnel Joaquim Blessmann at Universidade Federal do Rio Grande do Sul (UFRGS). Finally, experimental results are considered precise and those results evaluated with CFD are compared analyzing the liability and applicability. According to the results variability, quite low, we considered them appropriated for basic and final structural designs; needing, although, for special cases, of experimental probation in wind tunnel tests before the construction phase. Some CFD analysis problems of cross sections are then presented as application examples. The results and similitude corroborate earlier verifications of the method and this implementation, demonstrating why its use is becoming increasingly acceptable.

L’aile rigide navale est le moyen de propulsion qui se substitue à la grande voile souple sur les catamarans de classe Coupe de l’América et Class-C. Ce gréement est similaire à une aile aéronautique, composée de deux éléments, avec le volet séparé de l’élément principal par une fente. Comparée à une voile souple, l’aile rigide permet d’améliorer les performances du bateau en naviguant à des vitesses plus grandes que celle du vent. Cependant, le décrochage brutal qui caractérise l’aile et sa sensibilité à l’instationnarité du vent rendent difficile la correcte maîtrise de l’aile pendant la navigation. La modification des forces aérodynamiques qui agissent sur l’aile, dû à l’action d’une rafale ou au dépassement de la limite du décrochage, peuvent compromettre la stabilité du catamaran avec un possible risque de chavirage. L’aile doit donc être dessinée et réglée correctement pour éviter cette possibilité de chavirage, mais il est nécessaire de connaître l’enveloppe aérodynamique. / Wingsail is a propulsion system substituting the conventional main soft sail on the America’s Cup and C-class catamarans. This rig is similar to a slotted-flap aeronautical wing, made by two elements divided by a slot. With respect to soft sails, the wingsail improves the performance of the yachts allowing navigating faster than the wind in both the upwind and downwind points of sail. However, the abrupt stall characteristics of the wing and its sensitiveness to the wind unsteadiness make difficult its management during the navigation. The modification of the strength of the aerodynamic forces acting on the wingsail, due to a gust or to the achievement of the stall limit, can compromise the stability of the catamaran. Thus, the wingsail has to be designed and trimmed to avoid the possibility of a capsize but, to do this, the aerodynamic envelop of the wingsail must be known. The aim of the Ph.D. project is, hence, to characterize the flow around the wingsail investigating the influence of the geometric and trim parameters on the wing performance.

Este trabalho apresenta a simulação numérica do escoamento turbulento em torno de uma turbina eólica de eixo vertical de pequeno porte, Savonius tipo helicoidal com torção de 180° nas pás. Com o intuito de avaliar a metodologia computacional empregada os resultados numéricos obtidos são comparados com os resultados experimental e numérico contidos no estado da arte. Também, compara-se o coeficiente de toque da turbina Savonius helicoidal com a turbina Savonius convencional. As simulações numéricas são baseadas no Método de Volumes Finitos, e para tal emprega-se o programa Fluent /Ansys versão 13.0 que resolve as equações da continuidade e as equações de Navier-Stokes com médias de Reynolds, juntamente com o modelo de turbulência . As simulações são desenvolvidas empregando diferentes malhas computacionais em estudos transientes, tridimensionais, com a turbina estacionária. A avaliação da qualidade da malha é realizada através do método de Índice de Convergência de Malha (GCI) o qual analisa o quão longe os resultados estão da solução assintótica para a malha utilizada. Após a análise da qualidade de malha, realizam-se simulações com a turbina em rotação as quais fazem uso da malha contendo uma região móvel possibilitando a imposição de uma velocidade angular ao rotor. O coeficiente de torque é obtido nas simulações e a partir dele calcula-se o coeficiente de potência. Além da análise do desempenho do rotor realiza-se uma análise qualitativa das características do escoamento sobre a turbina. A turbina Savonius helicoidal apresenta um valor de coeficiente de potência de 0,175 para a razão de velocidade de ponta de 0,58 considerando correção do efeito de bloqueio. Os resultados obtidos apresentam boa concordância com os resultados publicados por outros autores. / This dissertation presents the numerical simulation of the turbulent flow around of a small sized vertical axis wind turbine, consisting in a helical Savonius type with a 180° degree of blade twist. In order to evaluate the used methodology the obtained results are compared with the state of the art numerical and experimental data. It will be also presented the comparison between the torque coefficient of the conventional Savonius turbine and the helical Savonius turbine. The numerical simulations are based on the Finite Volume Method (FVM), using the commercial code Fluent/ANSYS version 13.0, which solves the continuity and Navier-Stokes through the Reynolds time-averaged methodology, including the turbulence model. The simulations are developed using different computational meshes for transient and three-dimensional studies with the stationary turbine. The evaluating the quality of the mesh is performed by of Grid Convergence Index (GCI) method which analyzes how far the results are the asymptotic solution to the mesh used. After the evaluation of the mesh quality, it was simulated a case considering the rotor motion using the moving mesh configuration, allowing the imposition of an angular velocity to the turbine. In the post-processing stage, it is possible to obtain the torque coefficient on the rotor shaft, allowing the calculation of the power coefficient for the turbine. In addition to the performance analysis, it is also made a qualitative analysis of the flow characteristics over the turbine rotor and in both cases presenting a good correspondence with the results in the literature. The helical Savonius turbine presents a value of power coefficient of 0.175 to a tip speed ratio of 0.58 whereas blocking effect correction.

This MA thesis focuses on the aerodynamic measurement in the teaching of physics using the Leybold Didactic didactic set. The thesis consists of instructions for solving 4 basic problems using the Leybold set; every problem comprises theoretical instructions for students and an experimental verification of the problem. The thesis should contribute to wider use of experimental teaching of physics in schools; also, it is supposed to serve teachers and students as a source of interesting laboratory assignments verifying aerodynamic laws and quantities. After minor adjustments, the thesis can be used in all types of schools, from elementary physics at primary schools to advanced physics at technical universities.

Made available in DSpace on 2014-06-11T19:25:29Z (GMT). No. of bitstreams: 0 Previous issue date: 2011-07-13Bitstream added on 2014-06-13T19:32:38Z : No. of bitstreams: 1 pereira_aj_me_guara.pdf: 1147049 bytes, checksum: 5c149bbd658e37d0e33085f764c18b50 (MD5) / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES) / Uma abordagem analítica para o movimento rotacional de satélites artificiais estabilizados por rotação é apresentada, considerando os satélites em órbita elíptica e a influência conjunta do torque aerodinâmico, o torque de gradiente de gravidade, o torque magnético residual e o torque magnético devido às correntes de Foucault. Modelos matemáticos são apresentados para todos os torques e os componentes médios de cada torque são determinados para um período orbital. O torque médio já inclui os principais efeitos de cada torque sobre o movimento rotacional e são necessários nas equações do movimento. As equações do movimento são descritas em termos do módulo da velocidade angular de rotação do satélite, da declinação e da ascensão reta do eixo de rotação do satélite. Uma solução analítica para as equações do movimento rotacional é determinada, considerando os valores do torques externos médios em um período orbital, sendo válida para um período orbital. Por esta solução observa-se que o torque gradiente de gravidade e torque magnético devido às correntes de Foucault afetam o módulo da velocidade angular de rotação, contribuindo também para as variações temporais da ascensão reta e declinação do eixo de rotação, associadas com a precessão e deriva do eixo de rotação do satélite. O torque magnético residual e o torque aerodinâmico afetam apenas a ascensão reta e declinação do eixo de rotação, pois seu componente no eixo z são nulo. Aplicações são realizadas para os Satélites de Coleta de Dados Brasileiros SCD1 e SCD2, através de uma primeira abordagem com atualização diária dos dados de atitude e órbita e uma segunda abordagem sem a atualização diária destes dados. Os resultados mostram uma boa concordância entre os resultados obtidos pela teoria e os dados fornecidos pelo Centro de Controle de... / An analytical approach for the rotational motion of artificial satellites stabilized by rotation is presented, considering the satellites in elliptical orbit and the influence of the aerodynamic torque, gravity gradient torque, residual magnetic torque and magnetic torque due to the Foucault currents. Mathematical models for all the torques are shown and average components of each torque are determined for an orbital period. These components are needed in the equations of rotational motion. The average torque already included the main effects of each torque upon the rotational motion. The equations of rotational motion are described in terms of the satellite’s spin velocity, the declination and right ascension of the spin axis of the satellite. An analytical solution for the equations of the rotational motion is determined, considering mean values in an orbital period for the external torques. This solution is valid for an orbital period. Through this solution, it is noticed that the gravity gradient torque and the magnetic torques affects the spin velocity and the spin axis. The temporal variations of right ascension and declination of the spin axis causes the precession and drift of the spin. The residual magnetic torque and the aerodynamic torque, doesn´t affect the spin velocity because its component at z-axis is null. Applications are made for the Brazilian Data Collection Satellites SCD1 and SCD2, through a first approach with daily updates of the attitude and orbit data, and a second approach without the daily update of these data. The results show a good agreement between the results obtained by theory and data supplied by the Satellite Control Center of INPE in the first approach during 10 days. For the approach without updates, the results prove to be suitable only for 3 days of simulation. To validate the analytical solution, the pointing error (deviation from the rotational... (Complete abstract click electronic access below)

O presente trabalho tem como objetivo realizar um estudo comparativo entre os três métodos para obtenção das características aerodinâmicas de tabuleiros de pontes: analítico, experimental e numérico. O tema é motivado pelo crescimento das necessidades de conhecimento científico e tecnológico na área de desempenho aerodinâmico de seções típicas de pontes nas etapas mais iniciais de projeto. A precisão de uma ferramenta de previsão certamente acelera a convergência ao modelo final; porém, qualquer metodologia numérica deve ser extensivamente testada antes de ser utilizada nos escritórios de cálculo. Inicialmente mostra-se a lógica da análise de instabilidades provocadas pelo vento, resume-se a modelagem de tabuleiros de pontes para ensaios em túnel de vento e descreve-se o método numérico implementado no programa comercial de análise de pontes RM. Comparam-se dados disponíveis de testes de modelos reduzidos no túnel de vento com as estimativas de aproximação do Método da Vorticidade em Partículas (MVP). Confrontam-se resultados para casos clássicos, um estudo paramétrico, dados dos relatórios de três pontes Brasileiras já ensaiadas no Túnel de Vento Joaquim Blessmann do LAC – PPGEC/UFRGS: Paulicéia, Guamá e Roberto Marinho. Finalmente, considera-se o método experimental como preciso e julga-se o método numérico comparativamente, analisando a confiabilidade dos resultados e procurando definir a sua faixa de aplicabilidade. Examinando a variabilidade dos resultados, bastante baixa, definiu-se sua faixa de aplicação considerando os resultados obtidos como satisfatórios para projetos básicos e executivos de estruturas; necessitando, porém, para os casos especiais, de comprovação experimental em túnel de vento antes da sua execução. Exemplifica-se então o uso do método para alguns problemas de análises de seções. Os resultados e comparações corroboram verificações anteriores do método dos vórtices discretos para verdadeiras seções de pontes e mostram porque o seu uso vem se tornando cada vez mais aceitável. / The work has the objective to realize a comparative study between three methods to obtain bridge aerodynamic coefficients: analytic, experimental and numerical. The theme is motivated by the increasing need of knowledge about the aerodynamic behaviour of bridge decks in the early stages of the design process. The accuracy of a predictive tool will certainly accelerate the convergence to the final design. However, any numerical methodology must be extensively tested ascertain and hence validated before it becomes of current use by designers. Collaboration is made comparing wind tunnel data of reduced models and numerical estimations by a simplified approach. After a brief overview of wind loading and wind tunnel modeling, the bridge wind resistance design in the commercially available bridge design software package RM is shown. The Discrete Vortex Method and the implementation are shortly described. Initially, classical fluid problems are indicated together with the comparison of parametric cross sectional bridge shapes. After, three Brazilian large cablestayed bridge projects are presented as instance of analysis: Paulicéia, Guamá and Roberto Marinho. Bridges aerodynamic coefficients were experimentally obtained at the Boundary Layer Wind Tunnel Joaquim Blessmann at Universidade Federal do Rio Grande do Sul (UFRGS). Finally, experimental results are considered precise and those results evaluated with CFD are compared analyzing the liability and applicability. According to the results variability, quite low, we considered them appropriated for basic and final structural designs; needing, although, for special cases, of experimental probation in wind tunnel tests before the construction phase. Some CFD analysis problems of cross sections are then presented as application examples. The results and similitude corroborate earlier verifications of the method and this implementation, demonstrating why its use is becoming increasingly acceptable.

Made available in DSpace on 2014-06-11T19:27:13Z (GMT). No. of bitstreams: 0 Previous issue date: 2010-07-27Bitstream added on 2014-06-13T19:55:32Z : No. of bitstreams: 1 faria_ct_me_ilha.pdf: 2001879 bytes, checksum: 8c06397bc7d8057b53383eaa08ea1d01 (MD5) / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES) / O projeto de aeronaves convencionais, em geral, apresentam uma série de dificuldades de se realizar de maneira eficiente um amplo número de missões, uma vez que para atender esses requisitos estas aeronaves deveriam ser capazes de realizar grandes alterações em sua geometria. Surge então um novo conceito de projeto de aeronaves, as chamadas aeronaves adaptativas, as quais são capazes de alterar sua geometria, de modo a adaptar a aeronave a um dado tipo de missão. Este novo conceito se tornou ainda mais atrativo com os avanços tecnológicos promovidos pelo estudo de novos materiais, os chamados materiais inteligentes, que apresentam alta densidade de energia, vantagem que leva a uma redução de peso nos mecanismos atuados desta maneira. Este trabalho apresenta um novo modelo adaptativa, utilizando fios atuadores de ligas de memória de forma para realizar uma rotação relativa entre duas seções de um aerofólio, este mecanismo possibilitaria a variação da linha de arqueamento de uma seção aeronáutica. Neste trabalho uma modelagem matemática para se descrever o comportamento deste sistema é apresentada, bem como um modelo aerodinâmico para se verificar o comportamento do sistema em funcionamento. Um controlador do tipo nebuloso é ainda projetado para se controlar a forma do perfil, e ensaios experimentais são conduzidos para se verificar a modelagem termo-mecânica apresentada. / Conventional airplane design, in general, has a large difficulty to attend in an efficient way several mission requirements, once that to attend these requirements the airplane has to perform great shape changes in its structure. Motivated by this problem a new concept in airplane design arise, one called morphing airplanes, which are air vehicles capable of changing its shape to adapt it self to a defined mission. This new concept became even more attractive with the development of active smart material, which can be a high power density actuator, reducing the weight of such morphing mechanism. This work proposes a novel model for morphing wings, using a pair of shape memory alloy wires to create a rotation between two wing sections, this mechanism allows the airfoil to change its camber line. A mathematical model is derived to describe the thermo-mechanical structure behavior, and also an aerodynamic model is investigated. A fuzzy controller is designed to control the system shape, and some experimental tests are used to verify the thermo-mechanical modeling proposed.

Made available in DSpace on 2015-05-14T12:09:37Z (GMT). No. of bitstreams: 1 arquivototal.pdf: 7806866 bytes, checksum: e82d66eac19ff2b75d73191030617b92 (MD5) Previous issue date: 2005-01-31 / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior - CAPES / This research aimed to evaluate how four patterns of the urban use and occupation are interrelated in the wind flow comportment, relating to different settings which were considered in: the actual occupation pattern of the areas of Cabo Branco and Tambaú in Joao Pessoa, the capital city of Paraíba State, in the same area, where the three other types were suggested and carried out, the first one relating to the actual legislation considering heavy urban density and the second other two have investigated the possibility of vertical structure for such density. By applying reduced scale modeling experiments in aerodynamic tunnels and by using the erosion figure technique (of sand) (JANEIRO and SARAIVA, 1980), with the methodology developed by Silva (1999), analysis have reached the conclusion that the legal standard induced by the actual legislation may giving permission for irreversible loss in the urban improvement and environmental quality associated to buildings around the beach areas of the whole city in the near future. / O presente trabalho avalia de que forma o escoamento dos ventos se interrelaciona com os quatro padrões de ocupação do solo urbano estudados: o padrão de ocupação atual de parte dos bairros do Cabo Branco e Tambaú/João Pessoa PB, e outros três sugeridos para a mesma área. Entre os modelos expostos, um refere-se ao adensamento da área segundo a legislação vigente, e os outros dois são relativos a outras possibilidades de adensamento vertical. Os modelos em escala reduzida, foram avaliados com base em ensaios efetuados em túnel aerodinâmico, utilizando-se da técnica de figuras de erosão de areia (JANEIRO e SARAIVA, 1980), e metodologia desenvolvida por Silva (1999), concluindo-se que os padrões induzidos pela legislação vigente poderão causar danos irreversíveis à orla da cidade de João Pessoa num futuro próximo.

Orientadora: Maria Cecília F. P. S. Zanardi / Banca: Ana Paula Marins Chiaradia / Banca: Sandro da Silva Fernandes / Resumo: Uma abordagem analítica para o movimento rotacional de satélites artificiais estabilizados por rotação é apresentada, considerando os satélites em órbita elíptica e a influência conjunta do torque aerodinâmico, o torque de gradiente de gravidade, o torque magnético residual e o torque magnético devido às correntes de Foucault. Modelos matemáticos são apresentados para todos os torques e os componentes médios de cada torque são determinados para um período orbital. O torque médio já inclui os principais efeitos de cada torque sobre o movimento rotacional e são necessários nas equações do movimento. As equações do movimento são descritas em termos do módulo da velocidade angular de rotação do satélite, da declinação e da ascensão reta do eixo de rotação do satélite. Uma solução analítica para as equações do movimento rotacional é determinada, considerando os valores do torques externos médios em um período orbital, sendo válida para um período orbital. Por esta solução observa-se que o torque gradiente de gravidade e torque magnético devido às correntes de Foucault afetam o módulo da velocidade angular de rotação, contribuindo também para as variações temporais da ascensão reta e declinação do eixo de rotação, associadas com a precessão e deriva do eixo de rotação do satélite. O torque magnético residual e o torque aerodinâmico afetam apenas a ascensão reta e declinação do eixo de rotação, pois seu componente no eixo z são nulo. Aplicações são realizadas para os Satélites de Coleta de Dados Brasileiros SCD1 e SCD2, através de uma primeira abordagem com atualização diária dos dados de atitude e órbita e uma segunda abordagem sem a atualização diária destes dados. Os resultados mostram uma boa concordância entre os resultados obtidos pela teoria e os dados fornecidos pelo Centro de Controle de... (Resumo completo, clicar acesso eletrônico abaixo) / Abstract: An analytical approach for the rotational motion of artificial satellites stabilized by rotation is presented, considering the satellites in elliptical orbit and the influence of the aerodynamic torque, gravity gradient torque, residual magnetic torque and magnetic torque due to the Foucault currents. Mathematical models for all the torques are shown and average components of each torque are determined for an orbital period. These components are needed in the equations of rotational motion. The average torque already included the main effects of each torque upon the rotational motion. The equations of rotational motion are described in terms of the satellite's spin velocity, the declination and right ascension of the spin axis of the satellite. An analytical solution for the equations of the rotational motion is determined, considering mean values in an orbital period for the external torques. This solution is valid for an orbital period. Through this solution, it is noticed that the gravity gradient torque and the magnetic torques affects the spin velocity and the spin axis. The temporal variations of right ascension and declination of the spin axis causes the precession and drift of the spin. The residual magnetic torque and the aerodynamic torque, doesn't affect the spin velocity because its component at z-axis is null. Applications are made for the Brazilian Data Collection Satellites SCD1 and SCD2, through a first approach with daily updates of the attitude and orbit data, and a second approach without the daily update of these data. The results show a good agreement between the results obtained by theory and data supplied by the Satellite Control Center of INPE in the first approach during 10 days. For the approach without updates, the results prove to be suitable only for 3 days of simulation. To validate the analytical solution, the pointing error (deviation from the rotational... (Complete abstract click electronic access below) / Mestre

Esse trabalho descreve uma investigação prática e teórica de características aerodinâmicas de um modelo referente a um avião bimotor leve \"Piper PA-34 SENECA III\" construído em escala 1:6,5. Basicamente, duas configurações fazem parte da avaliação: \"asa limpa\" e Nacele \"Pusher\". O principal objetivo é o de avaliar o comportamento aerodinâmico da configuração \"Pusher\" em três diferentes posições através da obtenção de dados práticos e teóricos de distribuição de pressão estática no aerofólio e no próprio nacele na condição não motorizada. A metodologia emprega testes em túnel de vento de baixa velocidade para a aquisição dos dados experimentais através da variação do ângulo de ataque para as configurações citadas. A obtenção dos dados numéricos, como comparativos aos experimentais, é através da utilização do método dos painéis aplicado à aerodinâmica. Os resultados experimentais e teóricos mostram que a presença do nacele nas posições \"Pusher\" avaliadas gera interferência diminuindo à sustentação do aerofólio. / This work describes a practical and theoretical investigation of aerodynamic characteristics of a 1:6,5 scale model of a light twin-engined Piper Seneca III aircraft. Basically, two configurations are considered in this evaluation: clean wing and pusher nacelle. The principal objective is to evaluate the aerodynamic characteristics of the pusher configuration in three different positions, in order to obtain practical and theoretical data with reference to static pressure distribution on the surface of the aerofoil and of the nacelle in a power-off condition. The methodology employed used low speed wind tunnel test for the acquisition of experimental data for a selection of angles of attach, as cited. The generation of numerical data, to be compared the experimental equivalent, is though the use of a low order panel method. The experimental and theoretical results show that the presence of pusher nacelle in the positions mentioned generated interference, reducing the local lift of the aerofoil.