Made available in DSpace on 2014-10-09T12:47:08Z (GMT). No. of bitstreams: 0 / Made available in DSpace on 2014-10-09T14:08:47Z (GMT). No. of bitstreams: 1 07921.pdf: 513900 bytes, checksum: 78943492794157b921a0e2b609b7627b (MD5) / Dissertacao (Mestrado) / IPEN/D / Instituto de Pesquisas Energeticas e Nucleares - IPEN/CNEN-SP

Made available in DSpace on 2014-10-09T12:43:37Z (GMT). No. of bitstreams: 0 / Made available in DSpace on 2014-10-09T14:09:54Z (GMT). No. of bitstreams: 1 06647.pdf: 14390009 bytes, checksum: 45cfd01966c46f569e307306814794db (MD5) / Dissertacao (Mestrado) / IPEN/D / Instituto de Pesquisas Energeticas e Nucleares - IPEN/CNEN-SP

Made available in DSpace on 2014-10-09T12:32:36Z (GMT). No. of bitstreams: 0 / Made available in DSpace on 2014-10-09T14:10:06Z (GMT). No. of bitstreams: 1 03267.pdf: 2564353 bytes, checksum: 17a5e3fd6d69d57ed9339da8c448cbba (MD5) / Tese (Doutoramento) / IPEN/T / Instituto de Pesquisas Energeticas e Nucleares - IPEN/CNEN-SP

Submitted by Claudinei Pracidelli (cpracide@ipen.br) on 2014-11-10T10:35:23Z No. of bitstreams: 0 / Made available in DSpace on 2014-11-10T10:35:23Z (GMT). No. of bitstreams: 0 / Dissertação (Mestrado em Tecnologia Nuclear) / IPEN/D / Instituto de Pesquisas Energeticas e Nucleares - IPEN-CNEN/SP

Submitted by Claudinei Pracidelli (cpracide@ipen.br) on 2015-01-07T16:00:13Z No. of bitstreams: 0 / Made available in DSpace on 2015-01-07T16:00:14Z (GMT). No. of bitstreams: 0 / Tese (Doutorado em Tecnologia Nuclear) / IPEN/T / Instituto de Pesquisas Energeticas e Nucleares - IPEN-CNEN/SP

Submitted by Maria Eneide de Souza Araujo (mearaujo@ipen.br) on 2015-10-07T19:13:10Z No. of bitstreams: 0 / Made available in DSpace on 2015-10-07T19:13:10Z (GMT). No. of bitstreams: 0 / Dissertação (Mestrado em Tecnologia Nuclear) / IPEN/D / Instituto de Pesquisas Energeticas e Nucleares - IPEN-CNEN/SP

Esta dissertação de mestrado apresenta o desenvolvimento de um trabalho que tem como objetivos avaliar a composição de turbocompressores veiculares para microgeração de energia e desenvolver um modelo de câmara de combustão tubular para equipar microturbinas a gás derivadas de turbocompressores. No desenvolvimento do trabalho, utilizando o software Cycle-Tempo, foi feita a avaliação de possíveis configurações de microturbinas a gás derivadas de turbocompressores, no que diz respeito ao número de eixos e dispositivos de aumento de eficiência térmica (intercooler, recuperador de calor e reaquecedor). No total foram simuladas, dez diferentes configurações, sendo que as análises foram feitas diretamente nos parâmetros de eficiência térmica dos conjuntos avaliando-se a relação entre a energia aportada pelo combustível e a energia entregue num gerador elétrico hipotético. Na sequência são definidos os turbocompressores para compor uma determinada configuração de microturbina a gás e, para tanto, utilizaram-se os mapas de desempenho dos turbocompressores de um fabricante. A partir dos parâmetros de operação dos equipamentos foi desenvolvido um modelo tridimensional de câmara de combustão em software de CAD. O modelo passou por cinco etapas de simulações em Dinâmica dos Fluidos Computacional (Computational Fluid Dynamics - CFD). As primeiras três etapas serviram para desenvolver e aprimorar o modelo tridimensional de câmara de combustão e, por limitações do software, não envolveram combustão. Utilizando condições de contorno operacionais, foram avaliados: o perfil de velocidades ao longo da câmara de combustão, a perda de pressão, a intensidade da turbulência, a homogeneização entre os reagentes ar e combustível e a divisão do fluxo mássico em cada seção da câmara de combustão. A partir do modelo tridimensional foi desenvolvido um protótipo da câmara de combustão, construído a partir de tubos comerciais de PVC. O protótipo foi avaliado experimentalmente com escoamento do ar a temperatura ambiente, utilizando o acoplamento em série entre um ventilador centrífugo e um soprador. No experimento foi avaliada a divisão de fluxo mássico de ar em cada seção da câmara de combustão e a perda de pressão. As simulações CFD foram refeitas na quarta etapa, onde as condições de contorno foram os parâmetros de fluxo mássico, pressão e temperatura, obtidos experimentalmente. Com isto, pode ser feita a comparação direta entre os resultados obtidos experimentalmente e os resultados das simulações CFD. Concluindo o trabalho foi realizada a quinta etapa, onde foi inserida uma fonte de calor simulando o aporte de energia da combustão, permitindo a avaliação da temperatura na câmara de combustão. As simulações CFD indicaram resultados semelhantes ao que é previsto em bibliografia, no que diz respeito à divisão do fluxo mássico, perda de pressão e à distribuição de velocidades. Já as avaliações experimentais apresentaram incerteza de medição elevada para a divisão de fluxo mássico. Quanto à perda de pressão o método experimental mostrou-se adequado. / Submitted by Ana Guimarães Pereira (agpereir@ucs.br) on 2017-10-25T17:02:08Z No. of bitstreams: 1 Dissertacao Daniel Vieira Pinto.pdf: 7889874 bytes, checksum: a3dd417da94a3175c511cb73b3577fd2 (MD5) / Made available in DSpace on 2017-10-25T17:02:08Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Dissertacao Daniel Vieira Pinto.pdf: 7889874 bytes, checksum: a3dd417da94a3175c511cb73b3577fd2 (MD5) Previous issue date: 2017-10-25 / This master's work presents the development of a work that has the objective of evaluating the composition of vehicular turbochargers for microgeneration of energy and to develop a tubular combustion chamber model to equip gas microturbines derived from turbochargers. In the development of the work, using the software Cycle-Tempo, it is made the evaluation of possible configurations of gas micro turbines derived from turbochargers, with respect to the number of axes and devices of increasing thermal efficiency (intercoolers, heat recover e reheater). In total, ten different configurations were simulated, and the analyzes were done directly in the thermal efficiency parameters of the sets, evaluating the relation between the energy contributed by the fuel and the energy delivered in a hypothetical electric generator. Turbochargers are then defined to form a particular gas micro turbine configuration and, being used the turbocharger performance maps from a manufacturer. From the operating parameters of the equipment, a three-dimensional combustion chamber model was developed in CAD software. The model went through five stages of simulations in Computational Fluid Dynamics (CFD). The first three steps served to develop and improve the three-dimensional model of combustion chamber and, due to software limitations, did not involve combustion. Using operational contour conditions, the velocity profile along the combustion chamber, the pressure loss, the turbulence intensity, the homogenization between the air and fuel reactants and the division of the mass flow in each section of the combustion chamber were evaluated. From the three-dimensional model was developed a prototype of the combustion chamber, built from commercial PVC pipes. The prototype was evaluated experimentally with air flow at room temperature using the coupling in series between a centrifugal fan and a blower. In the experiment the air mass flow division in each section of the combustion chamber and the loss of pressure were evaluated. The CFD simulations were redone in the fourth stage, where the boundary conditions were the parameters of mass flow, pressure and temperature, obtained experimentally. Thus, a direct comparison between the results obtained experimentally and the results of CFD simulations can be made. At the end of the work the fifth step was performed, where a heat source was inserted simulating the energy input of the combustion, allowing the temperature evaluation in the combustion chamber. The CFD simulations indicated results similar to those predicted in the literature, regarding the division of mass flow, pressure loss and velocity distribution. However, the experimental evaluations presented high measurement uncertainty for the mass flow division. Regarding pressure loss, the experimental method proved to be adequate.

Resumo: Pacientes com doença pulmonar obstrutiva crônica (DPOC) apresentam risco elevado para eventos cardiovasculares. Entretanto, existem poucos estudos sobre a função do ventrículo esquerdo (VE) nesses pacientes e os resultados são controversos. Os objetivos deste estudo foram: analisar a estrutura e função do ventrículo direito (VD) e câmaras cardíacas esquerdas, por meio de Dopplerecocardiografia, em pacientes com DPOC e avaliar a associação entre as variáveis ecocardiográficas e as variáveis clínicas relevantes. Foram avaliados 45 pacientes com DPOC (idade: 65,8 ± 10,6 anos, 64% homens): 17 pacientes com DPOC leve a moderada (grau I e II) provenientes do Serviço de Pneumologia da Faculdade de Medicina de Botucatu (FMB) e 28 pacientes com DPOC muito grave (grau IV) acompanhados no Ambulatório de Oxigenoterapia da FMB. Os critérios de inclusão foram: diagnóstico de DPOC, estabilidade clínica e, para os pacientes com DPOC IV, uso de oxigênio domiciliar por período mínimo de três meses. Para o grupo controle foram selecionados 15 indivíduos saudáveis (idade: 64,3 ± 10,1, 47% homens). Os critérios de exclusão foram: imagem ecocardiográfica inadequada, hipertensão arterial sistêmica, diabetes mellitus, doença coronariana, valvopatias, arritmias, patologias respiratórias associadas ou outras patologias cardíacas. Espirometria pré e pós-broncodilatador e oximetria de pulso foram realizadas por todos os sujeitos da pesquisa e gasometria arterial somente para os pacientes com DPOC... (Resumo completo, clicar acesso eletrônico abaixo) / Abstract: Chronic obstructive pulmonary disease (COPD) is a strong risk factor for cardiovascular events. However, the status of left ventricle (LV) has been less studied and the results are controversial. The objectives were: to analyse the right ventricle (RV) and the left heart chambers structure and function in COPD patients by echocardiogram, and to analyse the association between echocardiographic variables and the relevant clinical variables. Forty-five COPD patients (age: 65,8 ± 10.6 years; 64% male) were evaluated: 17 mild to moderate COPD patients (grade I and II) and 28 very severe COPD patients (grade IV). The inclusion criteria were: COPD diagnosis, clinical stability and home oxygen therapy for at least three months (very severe COPD). The control group consisted of 15 healthy subjects (age: 64.3 ± 10.1 years; 47% male). Exclusion criteria were: poor quality echocardiographic image, history of systemic hypertension, diabetes mellitus, coronary artery disease, valvular heart disease, arrhythmias, associated lung diseases or other heart diseases. Pre and post-bronchodilator spirometry and pulse oximetry were performed in all subjects and arterial gasometry was performed in COPD patients only... (Complete abstract click electronic access below) / Orientador: Irma de Godoy / Coorientador: Katashi Okoshi / Banca: Beatriz Matsubara / Banca: Leonardo Zornoff / Banca: Maria Inês Zanetti Feltrim / Banca: Oliver Augusto do Nascimento / Doutor

Les instabilités thermo-acoustiques présentes dans les chambres de combustion sont générées par des interactions entre une flamme et l’acoustique du foyer. Ces oscillations auto-entretenues peuvent être observées dans de nombreux systèmes industriels tels que des chaudières domestiques, des fours industriels, des turbines à gaz ou des moteurs fusée. Bien que ce phénomène ait fait l’objet de nombreux travaux, il n’existe toujours pas de cadre d’étude assez général et robuste pour prédire le déclenchement de ces oscillations auto-entretenues et pour déterminer l’évolution des variables de l’écoulement à l’intérieur de la chambre de combustion. Ce travail s’appuie à la fois sur des modèles et des expériences. L’objectif est d’améliorer la description de la réponse de flammes coniques laminaires prémélangées à des perturbations de l’écoulement et les prédictions d’instabilités thermo-acoustiques dans des foyers alimentés par des flammes coniques. Dans la première partie du manuscrit, une revue des modèles décrivant la dynamique de flammes coniques est entreprise et un cadre général d’étude pour la modélisation de la Fonction de Transfert de Flamme (FTF) est présenté. Le dispositif expérimental ainsi que les diagnostics utilisés sont ensuite décrits. Ces systèmes sont utilisés pour mesurer la FTF de flammes coniques laminaires prémélangées soumises à des perturbations harmoniques de l’écoulement. Une nouvelle technique expérimentale est proposée pour contrôler les perturbations de l’écoulement à la sortie du brûleur. Elle est utilisée pour moduler l’écoulement avec un bruit blanc aléatoire et déterminer la FTF avec une résolution fréquentielle bien meilleure. Pour de faibles niveaux d’excitation, les résultats obtenus avec cette technique sont en accord avec ceux obtenus par la méthode classique utilisant des perturbations harmoniques. Les limites de cette technique sont décrites lorsque le niveau de perturbation augmente. Plusieurs expressions analytiques de la FTF de flammes coniques sont établies dans la seconde partie de cette thèse en introduisant progressivement plus de phénomènes physiques dans le modèle. Les modèles basés sur des perturbations convectées par l’écoulement sont étendus en tenant compte de la nature incompressible du champ de perturbation de vitesse. La prévision de la phase de la FTF de flamme conique est améliorée et présente un bon accord avec les mesures. Ensuite, une étude détaillée des interactions de la base de la flamme avec le bord du brûleur est conduite en tenant compte des pertes thermiques instationnaires de la flamme vers le brûleur. Ce mécanisme contrôle le mouvement de la base de la flamme et la dynamique de flamme à haute fréquence. Cette contribution à la FTF détermine le comportement haute fréquence de la FTF ainsi que l’évolution non-linéaire de la FTF lorsque le niveau de perturbation augmente. Enfin, une analyse de la dynamique des flammes coniques est entreprise pour des flammes placées dans des tubes de différents diamètres. Il est montré que les effets de confinement doivent être pris en compte lorsque les gaz brûlés ne peuvent se dilater complètement. Des différences importantes sont observées entre des FTF mesurées pour des tubes de confinement de diamètres différents. Un nouveau nombre sans dimension est établi pour prendre en compte ces effets. Ces différents modèles sont ensuite utilisés pour modéliser la réponse d’une collection de petites flammes coniques stabilisées sur une plaque perforée. Il est montré qu’une combinaison de ces modèles permet de capturer le comportement de ces flammes ainsi que l’évolution de la phase de la FTF couvrant le spectre fréquentiel pertinent pour la prédiction d’instabilités thermo-acoustiques. / Thermo-acoustic instabilities in combustion chambers are generated by the interactions between a flame and the combustor acoustics, leading to a resonant coupling. These self-sustained oscillations may be observed in many practical systems such as domestic boilers, industrial furnaces, gas turbines or rocket engines. Although this phenomenon has already been the topic of many investigations, there is yet no generalized robust framework to predict the onset of these self-sustained oscillations and to determine the evolution of the flow variables within the combustor during unstable operation. This work builds on previous models and experiments to improve the description of the response of laminar conical flames to flow perturbations and the prediction of thermoacoustic instability in burners operating with conical flames. In the first part of the manuscript, an extensive review of conical flame dynamics modeling is undertaken and a general framework for the modeling of their Flame Transfer Function (FTF) is presented. The experimental setup and the diagnostics used to characterize their response to flow disturbances are then described. They are used to measure the FTF when the flames are submitted to harmonic flow perturbations. A novel experimental technique is also proposed to control the flow perturbation level at the burner outlet. It enables to modulate the flow with random white noise perturbations and to measure the FTF with a better frequency resolution. Results with this alternative technique compare well with results from the classical method using harmonic signals for small disturbances. Limits of this technique are also highlighted when the perturbation level increases. Different analytical expressions for the FTF of conical flames are derived in the second part of the thesis by progressively introducing more physics into the models. Models based on convected flow disturbances are extended by taking into account the incompressible nature of the perturbed velocity field. It is shown that the prediction of the FTF phase lag of a conical flame is greatly improved and collapses well with measurements. Then, a thorough investigation of the flame base dynamics interacting with the anchoring device is conducted by considering unsteady heat loss from the flame to the burner. This mechanism is shown to drive the motion of the flame base and the flame dynamics at high frequencies. It is also shown that this contribution to the FTF rules the high frequency behavior of the FTF as well as the nonlinear evolution of the FTF when the perturbation level increases. Finally, an analysis is conducted on the dynamics of a single conical flame placed into cylindrical flame tubes featuring different diameters. It is shown that confinement effects need to be taken into account when the burnt gases cannot fully expand. Large differences are observed between FTF measured for different confinement tube diameters. A new dimensionless number is derived to take these effects into account and make all the FTF collapse on a single curve. These different models are then used to model the response of a collection of small conical flames stabilized on a perforated plate. It is shown that by sorting out the different contributing mechanisms to the FTF, the expressions proposed in this work may be combined to capture the main behavior and correct phase lag evolution of these flames in the frequency range of interest for thermo-acoustic instability prediction.

Esta dissertação de mestrado apresenta o desenvolvimento de um trabalho que tem como objetivos avaliar a composição de turbocompressores veiculares para microgeração de energia e desenvolver um modelo de câmara de combustão tubular para equipar microturbinas a gás derivadas de turbocompressores. No desenvolvimento do trabalho, utilizando o software Cycle-Tempo, foi feita a avaliação de possíveis configurações de microturbinas a gás derivadas de turbocompressores, no que diz respeito ao número de eixos e dispositivos de aumento de eficiência térmica (intercooler, recuperador de calor e reaquecedor). No total foram simuladas, dez diferentes configurações, sendo que as análises foram feitas diretamente nos parâmetros de eficiência térmica dos conjuntos avaliando-se a relação entre a energia aportada pelo combustível e a energia entregue num gerador elétrico hipotético. Na sequência são definidos os turbocompressores para compor uma determinada configuração de microturbina a gás e, para tanto, utilizaram-se os mapas de desempenho dos turbocompressores de um fabricante. A partir dos parâmetros de operação dos equipamentos foi desenvolvido um modelo tridimensional de câmara de combustão em software de CAD. O modelo passou por cinco etapas de simulações em Dinâmica dos Fluidos Computacional (Computational Fluid Dynamics - CFD). As primeiras três etapas serviram para desenvolver e aprimorar o modelo tridimensional de câmara de combustão e, por limitações do software, não envolveram combustão. Utilizando condições de contorno operacionais, foram avaliados: o perfil de velocidades ao longo da câmara de combustão, a perda de pressão, a intensidade da turbulência, a homogeneização entre os reagentes ar e combustível e a divisão do fluxo mássico em cada seção da câmara de combustão. A partir do modelo tridimensional foi desenvolvido um protótipo da câmara de combustão, construído a partir de tubos comerciais de PVC. O protótipo foi avaliado experimentalmente com escoamento do ar a temperatura ambiente, utilizando o acoplamento em série entre um ventilador centrífugo e um soprador. No experimento foi avaliada a divisão de fluxo mássico de ar em cada seção da câmara de combustão e a perda de pressão. As simulações CFD foram refeitas na quarta etapa, onde as condições de contorno foram os parâmetros de fluxo mássico, pressão e temperatura, obtidos experimentalmente. Com isto, pode ser feita a comparação direta entre os resultados obtidos experimentalmente e os resultados das simulações CFD. Concluindo o trabalho foi realizada a quinta etapa, onde foi inserida uma fonte de calor simulando o aporte de energia da combustão, permitindo a avaliação da temperatura na câmara de combustão. As simulações CFD indicaram resultados semelhantes ao que é previsto em bibliografia, no que diz respeito à divisão do fluxo mássico, perda de pressão e à distribuição de velocidades. Já as avaliações experimentais apresentaram incerteza de medição elevada para a divisão de fluxo mássico. Quanto à perda de pressão o método experimental mostrou-se adequado. / This master's work presents the development of a work that has the objective of evaluating the composition of vehicular turbochargers for microgeneration of energy and to develop a tubular combustion chamber model to equip gas microturbines derived from turbochargers. In the development of the work, using the software Cycle-Tempo, it is made the evaluation of possible configurations of gas micro turbines derived from turbochargers, with respect to the number of axes and devices of increasing thermal efficiency (intercoolers, heat recover e reheater). In total, ten different configurations were simulated, and the analyzes were done directly in the thermal efficiency parameters of the sets, evaluating the relation between the energy contributed by the fuel and the energy delivered in a hypothetical electric generator. Turbochargers are then defined to form a particular gas micro turbine configuration and, being used the turbocharger performance maps from a manufacturer. From the operating parameters of the equipment, a three-dimensional combustion chamber model was developed in CAD software. The model went through five stages of simulations in Computational Fluid Dynamics (CFD). The first three steps served to develop and improve the three-dimensional model of combustion chamber and, due to software limitations, did not involve combustion. Using operational contour conditions, the velocity profile along the combustion chamber, the pressure loss, the turbulence intensity, the homogenization between the air and fuel reactants and the division of the mass flow in each section of the combustion chamber were evaluated. From the three-dimensional model was developed a prototype of the combustion chamber, built from commercial PVC pipes. The prototype was evaluated experimentally with air flow at room temperature using the coupling in series between a centrifugal fan and a blower. In the experiment the air mass flow division in each section of the combustion chamber and the loss of pressure were evaluated. The CFD simulations were redone in the fourth stage, where the boundary conditions were the parameters of mass flow, pressure and temperature, obtained experimentally. Thus, a direct comparison between the results obtained experimentally and the results of CFD simulations can be made. At the end of the work the fifth step was performed, where a heat source was inserted simulating the energy input of the combustion, allowing the temperature evaluation in the combustion chamber. The CFD simulations indicated results similar to those predicted in the literature, regarding the division of mass flow, pressure loss and velocity distribution. However, the experimental evaluations presented high measurement uncertainty for the mass flow division. Regarding pressure loss, the experimental method proved to be adequate.