Orientador: Milton Mori / Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Quimica / Made available in DSpace on 2018-07-23T14:41:22Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Meier_HenryFranca_D.pdf: 8327831 bytes, checksum: 7ed2c6aacd625f5171192c69283228b1 (MD5) Previous issue date: 1998 / Resumo: Apresenta-se neste trabalho uma modelagem matemática fenomenológica baseada nos princípios de conservação da massa e da quantidade de movimento sob a ótica das médias volumétricas, e generalizada para representar o escoamento multifásico vorticial em ciclones. Discute-se as hipóteses simplificadoras necessárias para o tratamento de correlações entre propriedades flutuantes resultantes da decomposição de Reynolds, aplicada como premissa estatística para o tratamento da turbulência. O modelo geral é particularizado a partir de hipóteses adicionais, dando origem a três modelos distintos. O primeiro, dedicado à simulação do escoamento de ar isento de particulados -Modelo Euleriano Monofásico Bidimensional (EMB)-, considera que a fase sólida não exerce influência sobre a fase gasosa, e é adequado para analisar fenômenos como alta preservação de vorticidade, reversão do escoamento, zonas de recirculação, anisotropia dos tensores de Reynods e efeitos do sistema coletor de sólidos sobre o campo de escoamento do gás. O segundo, considera que as partículas podem ser caracterizadas como esféricas e com um diâmetro constante, e que o aglomerado de partículas comporta-se como um fluido invíscido sob um referencial Euleriano -Modelo Euleriano- Euleriano Bifásico Bidimensional (EEBB)-, e permite a atribuição de efeitos;da fase sólida sobre a gasosa, como a atenuação do escoamento vorticial e a conseqüente redução da queda de pressão. Isto possibilita a avaliação da queda de pressão em ciclones. E; finalmente, a terceira versão acopla o modelo EEBB com um modelo Lagrangeano -Modelo Euleriano- Euleriano-Lagrangeano Bidimensional (EELB)-, e possibilita a predição da. trajetória das partículas dependendo do seu diâmetro e de sua posição inicial na entrada do ciclone, a partir de um campo de escoamento do gás obtido sob a influência da fase particulada. Com o conhecimento das trajetórias para cada diâmetro de partícula tem-se o ferramental necessário à predição da curva de eficiência de coleta e da eficiência global do ciclone. Foi desenvolvido um programa computacional baseado na aplicação do método dos volumes finitos com acoplamento pressão-velocidade do tipo SIMPLE e malha numérica desencontrada, para a solução segregada das equações provenientes do três modelos. O programa foi inicialmente submetido a uma bateria de testes visando a obtenção de experiência numérica e para evitar a introdução de erros de programação. A partir daí, escolheu-se um conjunto de experimentos numéricos como tentativa para validar os modelos e analisar os principais fenômenos associados ao escoamento vorticial em ciclones. Os principais resultados mostram que a metodologia empregada, baseada nas técnicas da fluidodinâmica computacional, mostra-se apta aos estudos de melhoria de performance de ciclones, quantificada, principalmente, por reduzida queda de pressão e alta eficiência de coleta / Abstract: This work presents a mathematical modeling based on the principIes of mass and momentum conservation with the volumetric average point of view, and generalized to represent the multiphase flow in cyclones. It also discusses the hypotheses necessary for flutuating properties treatment, due to Reynolds decomposition applied as statistical treatment of the turbulence. The general model is particularized from additional hypotheses resulting in three different models. The first, dedicated to the gas flow in cyclones - Two-Dimensional Eulerian Model for Gas (EMB)-,the solid phase has not influence on the gas phase, and it is adapted to dealing phenomena such as high vorticity preservation, reversion of the flow, circulation zones, anisotropic behavior of the Reynolds stress and effects of dust collection system on the gas flow. The second, assumes spherical particles with an average diameter, and the agglomerate of particles behaves such as an inviscicid fluid in the Eulerian reference - Two-Dimensional and Two-phase Model for Gas-Solid Flow (EEBB) -, the model permits the attribution of solid phase effects on the gas phase, as the attenuation of the vortex flow, and the pressure drop reduction. With this model it is possible to predict the pressure drop in cyclones. And, finally, the third version couples the model EEBB with a Lagrangian model- Eulerian-Eulerian-Lagrangean Two-Dimensional Model (EELB) -, and it permits the prediction of the particle trajectories as a function of its diameter, and initial position in the entrance of the cyclone, from a field of the gas flow obtained with the EEBB model. With the knowledge of the trajectories for each particle diameter it is possible to predict the collection efficiency curve, and the global efficiency in cyclones. A computational code was developed based on the application of the finite volume method with pressure-velocity coupling like SIMPLE method and staggered grids, with a numerical procedure for the segregated solution of the algebraic equations of the three models. The program was initially submitted to a battery of tests to obtain numeric experience, and to avoid the introduction of programming mistakes. Starting from there, it was chosen the numeric experiments as attempt to validate the models and to analyze the main phenomena in the multiphase flow in cyclones. The main results show that the methodology proposed based in the computational fluid dynamics techniques, is a good tool for studies of improvement of cyclones performance, quantified mainly by reduced pressure drop and high collection efficiency / Doutorado / Desenvolvimento de Processos Químicos / Doutor em Engenharia Química

A Península Antártica (PA) é uma das regiões no planeta que apresentam as mais adversas condições do tempo devido à constante passagem de ciclones. O conhecimento das condições meteorológicas futuras é fundamental para o desenvolvimento de atividades operacionais e de pesquisa na região. Nos últimos anos a implantação e melhoramento dos modelos numéricos, que tem como foco a previsão do tempo na Antártica, têm sido alvo de diversos estudos pela comunidade acadêmica. O objetivo principal deste trabalho foi avaliar o desempenho do modelo BRAMS na simulação de parâmetros meteorológicos durante a passagem de ciclones na Península Antártica. Diversas simulações, que envolveram diferentes configurações estruturais e físicas do modelo foram realizadas para dois casos de passagem de ciclones na PA, um que ocorreu em fevereiro e outro em julho de 2009. A avaliação do desempenho do modelo BRAMS foi feita através de duas análises, uma qualitativa, analisado o comportamento de cada variável simulada pelo modelo em comparação com os dados de estações meteorológicas, e a outra uma análise de sensibilidade baseada em índices estatísticos. O desempenho do modelo BRAMS se mostrou altamente dependente das condições iniciais adotadas. A pressão ao nível médio do mar foi a variável melhor representada, mas o modelo não conseguiu prever adequadamente os aumentos de pressão que ocorrem após a passagem do ciclone pela PA, o que ficou evidente no evento de julho. Por outro lado, o BRAMS se mostrou ineficiente em representar as variações de temperatura que ocorrem durante o período de simulação, principalmente no evento de fevereiro. As temperaturas simuladas pelo BRAMS foram mais elevadas que aquelas observadas nas estações meteorológicas para os dois casos (fevereiro e julho). Além disso, o modelo não conseguiu prever as quedas abruptas de temperatura, observadas durante o avanço do ciclone no mês de julho, devido em grande parte à ausência de gelo marinho nas regiões onde, de fato, as observações mostravam que ele estava presente. O modelo BRAMS, de forma geral, não obteve bom desempenho na simulação do vento, principalmente em relação às variações de direção. O modelo capta as principais variações da componente zonal do vento no caso de verão, porém em algumas estações, quando o escoamento tornou-se meridional, o BRAMS simulou um vento de leste, demonstrando uma forte dependência das condições iniciais. Já no caso de inverno, após o ciclone cruzar a PA, os experimentos simulam um vento de oeste que não condiz com o observado nas estações meteorológicas. Já em se tratando do vento meridional notou-se que o BRAMS intensifica os fluxos de sul, principalmente após a passagem do ciclone pela PA. / The Antarctic Peninsula is one of the regions of the earth, which have the most adverse weather conditions due to the constant movement of cyclones. The knowledge of future meteorological conditions is essential for the operational activities and research developments on the region. In the last years, implantation and improvement of the numeric models, which focus is the weather forecasting on Antarctic, has been the subject of several studies of academic community. The main objective of this study is evaluating the model BRAMS performance, on the simulation of meteorological parameters in events of cyclones on Antarctic Peninsula. Several simulations with different structural and physics configurations on the model were performed in two events of cyclones on AP. One of them occurred in February e the other one in July of 2009. The evaluation of BRAMS model was performed by means of two analyses. The first analysis was qualitative, which analyzed the behavior of each variable simulated by the model in compared to weather stations data. The second analysis was related with the sensibility based on statistical indexes. The BRAMS model performance seems to be dependent on the initial conditions. The pressure at mean sea level was a well represented variable, however the model did not forecasted properly the pressure increase, which occurred after the cyclone event on the AP and it was more evident on event of July. Otherwise, the BRAMS seems to be inefficient for variations on temperatures during the simulation period, especially on February event. Temperatures simulated by BRAMS were higher than that observed on weather station for both cases (February and July). Furthermore, the model did not predicted the abrupt decrease in temperature, observed during the cyclone in July, due to the absence of ice sea in regions where, in fact, the observations showed that he was present. In general, the BRAMS model did not achieved good performance simulating winds, especially on changes of direction. The model captures the major variations of zonal wind during summer, however, in some stations, when the flow direction was changed to meridional, the BRAMS simulated an easterly wind, showing a strong dependence on initial conditions. During winter events, after the cyclone cross the AP, the experiments simulated a west wind, which is not consistent with that observed at meteorological stations. In the case of meridional wind, BRAMS intensified the south flows, especially after the cyclone on AP.

Orientadores: Milton Mori, Henry França Meier / Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Quimica / Made available in DSpace on 2018-08-02T16:32:40Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Peres_AlexandredePaula_D.pdf: 4006667 bytes, checksum: cea470fc549f4246fc4881f41e89e239 (MD5) Previous issue date: 2002 / Resumo: Este trabalho se propôs a estudar o escoamento do gás em ciclones em duas frentes: por intermédio do mapeamento do campo de velocidades em um ciclone instalado em uma planta semi-piloto de uma unidade da PETROBRAS-SIX e por meio do desenvolvimento de um modelo tluidodinâmico computacional (CFD) tridimensional, amparado pelos resultados experimentais obtidos nesse trabalho e de resultados disponíveis na literatura. Os ciclones têm sido empregados na indústria de processos como separadores de partículas desde o início do século passado, sendo que inúmeros trabalhos de investigação científica visando a obtenção de técnicas que predissessem a queda de pressão e a curva de eficiência de separação são encontrados na literatura. Contudo, somente modernas técnicas, como as da fluido dinâmica computacional (CFD), têm se mostrado capazes de predizer a contento os complexos fenômenos que ocorrem no interior ciclônico. Desta forma, utilizou-se o código de CFD comercial CFX - versões 4.3 e 4.4, da ABA Technology, o qual utiliza o método dos volumes finitos com variáveis co-localizadas resolvendo o sistema em coordenadas generalizadas para a obtenção das soluções das equações de transporte. As malhas numéricas foram construídas por intermédio da técnica dos multi-blocos, utilizando o pré processador "BUILD" presente no código. Os principais resultados mostraram que a metodologia empregada se mostrou adequada e apta a reproduzir o comportamento tluidodinâmico do escoamento do gás (monofásico) e do gás com a presença de particulados (bifásico, em uma abordagem Euleriana-Euleriana), em ciclones tanto em escala de laboratório quanto em escala industrial / Abstract: The aim of this work was to analyze the gas flow in cyclones experimentally and numerically. The experimental study was conducted in an acrylic cyclone settled in a pilot unity belonging to SIX/PETROBRAS in São Mateus do Sul, PR. Numerical solutions were obtained by the development of a 3-D computational fluid dynamics (CFD) model, sustained by the experimental resuIts obtained in this work and results from the literature. Cyclones have been used as solid particle separators in large-scale chemical processes since the beginning of the past century. Several studies of scientific investigation in order to obtain prediction techniques of pressure drop and collection efficiency are found in the literature. However, the design of new cyclones and the analysis of the actual equipment can be best achieved using computational fluid dynamics (CFD) techniques in order to obtain higher collection efficiency and a lower pressure drop. The 3-D simulations of the turbulent gas flow in the cyclone was carried out using the computational fluid-dynamics code CFX, versions 4.3 and 4.4, by AEA Technology. The numerical solutions were obtained with a finite-volume method and body fitted grid generation, using the pre-processor BUILD to generate the grids with multi-block techniques. The methodology showed great capability to represent the swirling flow in small cyclones as in industrial cyclones / Doutorado / Desenvolvimento de Processos Químicos / Doutor em Engenharia Química

Neste trabalho, o objetivo geral é investigar os processos sinóticos, dinâmicos e termodinâmicos de dois ciclones subtropicais ocorridos no Atlântico Sul. Utilizou-se um algoritmo de rastreamento de máximos de vorticidade ciclônica e o algoritmo Cyclone Phase Space (CPS), que permite classificar o ciclo de vida dos ciclones. Desenvolveu-se um processo de automatização destes algoritmos, que possibilitou a análise dos diagramas de fase de todos os ciclones ocorridos no Atlântico Subtropical durante 2008, 2009 e março de 2010. As condições sinóticas para dois eventos foram analisadas desde o período prévio à formação até o decaimento dos sistemas, e as equações do balanço de vorticidade e de calor foram utilizadas para investigar os processos dinâmicos e termodinâmicos. Embora com fraca intensidade em termos de pressão central, os ciclones tiveram impacto importante nas condições de tempo sobre suas regiões de atuação, e os ventos máximos superaram 15 m/s em 925 hPa por várias horas. Ambos os ciclones apresentaram, ao menos em algum tempo de sua fase subtropical, um pico de advecção horizontal quente em altos níveis, enquanto a advecção horizontal quente em baixos níveis apresentou fraca intensidade. Nos estágios de fase híbrida, o termo diabático foi responsável pelas tendências de aquecimento em baixos níveis. Já durante a fase de transição extratropical ocorrida em um dos ciclones, o sentido dos fluxos turbulentos em superfície se inverteu e o termo diabático passou a contribuir para tendências de resfriamento em baixos níveis. Em altos níveis, foram encontradas regiões em que altos valores positivos do termo diabático da equação da termodinâmica correspondem a regiões de intenso resíduo negativo da equação da vorticidade. Nestas regiões, os processos convectivos podem explicar os imbalanços de vorticidade. Nas demais regiões e níveis em que esta relação não ocorreu, sugere-se que a convecção influencia as variações locais de vorticidade de uma forma mais distribuída na coluna atmosférica, assim como a divergência associada aos movimentos verticais pode ocorrer de forma distribuída ao longo da troposfera. / This work aims to investigate the synoptic and dynamic processes of a sample of subtropical cyclones that occurred near the east coast of South America. A cyclonic vorticity maximum tracking algorithm and the Cyclone Phase Space (CPS) algorithm are used to track and to classify the life cycle evolution of the cyclones. By automating these algorithms, it was possible to perform the analysis of the phase diagrams of all the cyclones occurred in the Subtropical Atlantic during 2008, 2009 and March 2010. The synoptic conditions for two events were analyzed from the period prior to the genesis until the decay of the systems, and the heat and vorticity balance equations were used to investigate the thermodynamic and dynamic processes. Although with low intensity in terms of central pressure, the cyclones had a major impact on the weather conditions in their regions of occurrence, and the 925 hPa maximum sustained winds exceeded 15 m/s for several hours. Both selected cyclones, at least at a time of its subtropical phase, had a peak of warm horizontal advection at higher levels, whilst the warm horizontal advection at lower levels showed weak intensity. In the hybrid stages of both cyclones, the diabatic term was responsible for warming trends at low levels. However, during the extratropical transition in one of the cyclones, the direction of the near-surface turbulent fluxes reversed and the diabatic term began to contribute to cooling trends at low levels. In the upper troposphere, it was found that in some regions that featured large positive values of the thermodynamic equation diabatic term, there was also a significant negative residual of the vorticity equation. In these regions, the convective processes can explain the observed vorticity imbalances. For other regions and levels, at which there was no direct relationship between the residual fields, it is suggested here that convection influences the local variations of vorticity in a more distributed way in the atmospheric column, as well as the divergence associated with the vertical velocities can be more distributed throughout the troposphere, without being concentrated at only some levels.

Neste trabalho, o objetivo geral é investigar os processos sinóticos, dinâmicos e termodinâmicos de dois ciclones subtropicais ocorridos no Atlântico Sul. Utilizou-se um algoritmo de rastreamento de máximos de vorticidade ciclônica e o algoritmo Cyclone Phase Space (CPS), que permite classificar o ciclo de vida dos ciclones. Desenvolveu-se um processo de automatização destes algoritmos, que possibilitou a análise dos diagramas de fase de todos os ciclones ocorridos no Atlântico Subtropical durante 2008, 2009 e março de 2010. As condições sinóticas para dois eventos foram analisadas desde o período prévio à formação até o decaimento dos sistemas, e as equações do balanço de vorticidade e de calor foram utilizadas para investigar os processos dinâmicos e termodinâmicos. Embora com fraca intensidade em termos de pressão central, os ciclones tiveram impacto importante nas condições de tempo sobre suas regiões de atuação, e os ventos máximos superaram 15 m/s em 925 hPa por várias horas. Ambos os ciclones apresentaram, ao menos em algum tempo de sua fase subtropical, um pico de advecção horizontal quente em altos níveis, enquanto a advecção horizontal quente em baixos níveis apresentou fraca intensidade. Nos estágios de fase híbrida, o termo diabático foi responsável pelas tendências de aquecimento em baixos níveis. Já durante a fase de transição extratropical ocorrida em um dos ciclones, o sentido dos fluxos turbulentos em superfície se inverteu e o termo diabático passou a contribuir para tendências de resfriamento em baixos níveis. Em altos níveis, foram encontradas regiões em que altos valores positivos do termo diabático da equação da termodinâmica correspondem a regiões de intenso resíduo negativo da equação da vorticidade. Nestas regiões, os processos convectivos podem explicar os imbalanços de vorticidade. Nas demais regiões e níveis em que esta relação não ocorreu, sugere-se que a convecção influencia as variações locais de vorticidade de uma forma mais distribuída na coluna atmosférica, assim como a divergência associada aos movimentos verticais pode ocorrer de forma distribuída ao longo da troposfera. / This work aims to investigate the synoptic and dynamic processes of a sample of subtropical cyclones that occurred near the east coast of South America. A cyclonic vorticity maximum tracking algorithm and the Cyclone Phase Space (CPS) algorithm are used to track and to classify the life cycle evolution of the cyclones. By automating these algorithms, it was possible to perform the analysis of the phase diagrams of all the cyclones occurred in the Subtropical Atlantic during 2008, 2009 and March 2010. The synoptic conditions for two events were analyzed from the period prior to the genesis until the decay of the systems, and the heat and vorticity balance equations were used to investigate the thermodynamic and dynamic processes. Although with low intensity in terms of central pressure, the cyclones had a major impact on the weather conditions in their regions of occurrence, and the 925 hPa maximum sustained winds exceeded 15 m/s for several hours. Both selected cyclones, at least at a time of its subtropical phase, had a peak of warm horizontal advection at higher levels, whilst the warm horizontal advection at lower levels showed weak intensity. In the hybrid stages of both cyclones, the diabatic term was responsible for warming trends at low levels. However, during the extratropical transition in one of the cyclones, the direction of the near-surface turbulent fluxes reversed and the diabatic term began to contribute to cooling trends at low levels. In the upper troposphere, it was found that in some regions that featured large positive values of the thermodynamic equation diabatic term, there was also a significant negative residual of the vorticity equation. In these regions, the convective processes can explain the observed vorticity imbalances. For other regions and levels, at which there was no direct relationship between the residual fields, it is suggested here that convection influences the local variations of vorticity in a more distributed way in the atmospheric column, as well as the divergence associated with the vertical velocities can be more distributed throughout the troposphere, without being concentrated at only some levels.

Dissertação (mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro de Filosofia e Ciências Humanas, Programa de Pós-Graduação em Geografia, Florianópolis, 2011 / Made available in DSpace on 2012-10-25T23:13:22Z (GMT). No. of bitstreams: 1 294737.pdf: 6677503 bytes, checksum: cf555847b3327f696dc394f64ed35b8d (MD5) / O setor leste catarinense é caracterizado pela presença de terrenos elevados, representados por planaltos e seqüência de serras costeiras subparalelas, cuja altitude superiores a 1000m decresce em direção ao oceano. Este setor está freqüentemente submetido à atuação dos ciclones extratropicais, que geralmente ocasionam ventos fortes causando prejuízos as cidades litorâneas e proximidades. Este trabalho analisa a influência dos ciclones extratropicais nas mesorregiões Serrana e do Leste de Santa Catarina e suas relações com a Oscilação Decadal do Pacífico (ODP). Os ciclones extratropicais que atuaram nas proximidades do litoral de Santa Catarina, entre 1998 e 2008, foram levantados através de um esquema numérico identificação e rastreamento de ciclones. A influência destes sistemas no comportamento do vento e da precipitação foi avaliada através de cálculos de correlação entre a profundidade do ciclone e o vento e a precipitação observada em sete estações meteorológicas que estão distribuídas nas mesorregiões Serrana e do Leste de Santa Catarina. Os resultados mostraram estatisticamente que não há correlação da profundidade dos ciclones com a ocorrência de precipitação. Embora os ciclones influenciem a ocorrência de vento no setor leste de Santa Catarina, é necessário levar em consideração os efeitos locais em torno de cada estação meteorológica, como relevo, altitude e maritimidade. Quanto à relação da ocorrência de ciclones com a ODP verificou-se que durante a fase fria ocorreu um aumento de anomalias negativas de ciclones, e na segunda metade da fase quente um aumento de anomalias positivas. A análise de freqüência de ocorrência mostrou que a primavera e verão são as estações com um máximo de ocorrência de ciclones extratropicais, embora exerçam pouca influência durante o verão em Santa Catarina. / The East Sector of the Santa Catarina state is characterized by the presence of elevated terrain such as plateaus, and a sequence of sub-parallel coastal mountain ranges of altitudes above 1000m, which decrease towards the ocean. This sector is often under extratropical cyclones which usually bring high winds and material damage to coastal cities and their proximities. This paper analyzes the influence of extratropical cyclones in the eastern and mountain range mesoregions in the Santa Catarina state, and its relation to the Pacific Decadal Oscillation (PDO). Extratropical cyclones acting in the area of coastal Santa Catarina state between 1998 and 2008 were gathered through a numeric system of cyclone identification and tracking. The influence of such weather systems in the behaviors of wind and precipitation was evaluated through correlation calculations between cyclone depth and wind and precipitation observed in seven weather stations located throughout the mountain range and eastern mesoregions in the Santa Catarina state. Results show statistically that there is no correlation between cyclone depth and precipitation events. Although cyclones do influence wind events in the East sector of the state, local effects in the vicinity of each weather station such as terrain, altitude, and maritime climate, must also be taken into consideration. As regards to the relation between event occurrence and the DPO, it was possible to observe that during the cool phase the number of negative-cyclone anomalies increased, whereas in the second stage of the warm phase the number of positive anomalies increased. The occurrence frequency analysis has shown that the spring and summer seasons have a peak of extratropical cyclone occurrences, albeit having little influence over the state of Santa Catarina during the summer.

A partir de dados do CPTEC, utilizou-se o modelo numérico Regional Atmospheric Modeling System (RAMS) para simular as condições ambientais que originaram a formação e evolução de um ciclone no dia 11 de outubro de 2000, no município de Viamão, no estado do Rio Grande do Sul. Utilizou-se três grades aninhadas, com resolução progressivamente mais refinada e de forma simultânea. O modelo simulou com bastante precisão os campos de vento, pressão, umidade relativa e temperatura potencial. As simulações foram analisadas e comparadas à dados de superfície, imagens de satélite, cartas sinóticas e radiossondagens. A topografia e a brisa marítima exerceram forte influencia no sentido de intensificar o sistema convectivo que se formou sobre o Estado do Rio grande do Sul, bem como os altos valores de umidade relativa e o intenso cisalhamento vertical. Com estes procedimentos foi possível analisar e caracterizar o perfil atmosférico do sistema estudado e definir parâmetros meteorológicos que justificaram a formação de um tornado.

A partir de dados do CPTEC, utilizou-se o modelo numérico Regional Atmospheric Modeling System (RAMS) para simular as condições ambientais que originaram a formação e evolução de um ciclone no dia 11 de outubro de 2000, no município de Viamão, no estado do Rio Grande do Sul. Utilizou-se três grades aninhadas, com resolução progressivamente mais refinada e de forma simultânea. O modelo simulou com bastante precisão os campos de vento, pressão, umidade relativa e temperatura potencial. As simulações foram analisadas e comparadas à dados de superfície, imagens de satélite, cartas sinóticas e radiossondagens. A topografia e a brisa marítima exerceram forte influencia no sentido de intensificar o sistema convectivo que se formou sobre o Estado do Rio grande do Sul, bem como os altos valores de umidade relativa e o intenso cisalhamento vertical. Com estes procedimentos foi possível analisar e caracterizar o perfil atmosférico do sistema estudado e definir parâmetros meteorológicos que justificaram a formação de um tornado.

A partir de dados do CPTEC, utilizou-se o modelo numérico Regional Atmospheric Modeling System (RAMS) para simular as condições ambientais que originaram a formação e evolução de um ciclone no dia 11 de outubro de 2000, no município de Viamão, no estado do Rio Grande do Sul. Utilizou-se três grades aninhadas, com resolução progressivamente mais refinada e de forma simultânea. O modelo simulou com bastante precisão os campos de vento, pressão, umidade relativa e temperatura potencial. As simulações foram analisadas e comparadas à dados de superfície, imagens de satélite, cartas sinóticas e radiossondagens. A topografia e a brisa marítima exerceram forte influencia no sentido de intensificar o sistema convectivo que se formou sobre o Estado do Rio grande do Sul, bem como os altos valores de umidade relativa e o intenso cisalhamento vertical. Com estes procedimentos foi possível analisar e caracterizar o perfil atmosférico do sistema estudado e definir parâmetros meteorológicos que justificaram a formação de um tornado.

Orientadores: Milton Mori, Waldir Pedro Martignoni / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Quimica / Made available in DSpace on 2018-08-12T22:56:30Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Dias_DanieldeBrito_M.pdf: 5535932 bytes, checksum: 88e566e01cde62262c8caf66d26410e5 (MD5) Previous issue date: 2009 / Resumo: Ciclones são equipamentos amplamente utilizados em indústrias como separadores gássólido. Apesar deste equipamento possuir princípios de funcionamento simples, estudos já demonstraram que o escoamento vorticial confinado inerente aos separadores ciclônicos é, na realidade, muito complexo. O recente avanço em métodos numéricos e poder computacional tornou possível o uso de ferramentas avançadas como a fluidodinâmica computacional (CFD), técnica que propõe a solução das equações de conservação de massa, quantidade de movimento e energia através de métodos numéricos. Sua aplicação a ciclones não deixou sombra de dúvida da complexidade da fluidodinâmica envolvida, mas mesmo com dificuldades abriu caminho para muitos avanços na área. O presente estudo busca somar à vasta literatura ao discutir a variação de alguns parâmetros específicos para a simulação de ciclones. O primeiro parâmetro foi a condição de contorno de saída de sólidos. Foram estudadas algumas configurações que incluem a saída direta, com dip, leg com caixa coletora e parede. Estas variações provaram ser de enorme influência em toda a fluidodinâmica do sistema. Em seguida é feito um estudo da influência do modelo de turbulência nos campos de escoamento. São aplicados os modelos k-epsilon, RNG k-epsilon, SSG-Reynolds Stress Model (SSG-RSM) e Large Eddy Simulation (LES). Os dois primeiros se mostraram inadequados, o SSG-RSM mostrou-se adequado e o LES promissor, porém limitado pela malha esparsa utilizada. Por fim, variou-se a abordagem de modelagem da fase sólida, primeiramente utilizando um modelo Euleriano-Euleriano (E-E) que levava em consideração apenas um diâmetro para a fase sólida e depois um modelo E-E3, com três fases sólidas de diâmetros diferentes sendo simuladas simultaneamente. Através destes modelos foram obtidas curvas de eficiência de coleta fracional e global. Ambos os modelos representaram bem os dados experimentais, mas o E-E3 mostrou superioridade, principalmente no que diz respeito ao tempo total de processamento e escalabilidade da simulação. As geometrias e malhas numéricas foram construídas no pacote ICEM CFD, e os casos resolvidos utilizando o software comercial ANSYS CFX, rodando em paralelo em um cluster de alta performance. Dados experimentais da literatura foram utilizados para validação. / Abstract: Cyclones are widely used in industries as gas-solid separators. Although this equipment features simple operational principles, studies have shown that the confined vorticial flow found in cyclonic separators is, in fact, very complex. Recent advances in numerical methods and computational power have made possible the use of advanced tools such as computational fluid dynamics (CFD), a technique that proposes the solution of the equations of conservation of mass, momentum and energy through numerical methods. Applied to cyclones, CFD has left no doubt on the complexity of the fluid dynamics involved, but much progress has been done in this area. The present study seeks to add to this vast literature with the discussion of the variation of a few specific parameters to cyclone simulation. The first chosen parameter was the boundary condition for the outlet of solids. A few configurations were studied, including a direct outlet, dipleg, dust hopper and wall. These variations proved to be of enormous influence to the fluid dynamics of the system. As a second study, four turbulence models were compared: k-epsilon, RNG k-epsilon, SSG-Reynolds Stress Model (SSG-RSM) and Large Eddy Simulation (LES). The first two proved to be inadequate, SSG-RSM performed the best and LES showed promise, but it suffered the limitations of a coarse mesh. The last studied parameter was the modeling approach to the solids phase, first by utilizing an Eulerian-Eulerian (E-E) model that considered a single diameter for the solid phase and second an E-E3 model, with three solid phases of different diameters being simulated simultaneously. Through these methods the fractional and overall collection efficiency curves were obtained. Both approaches reproduced the experimental data well, but E-E3 was more accurate, also presenting a reduced overall computational time and better scalability. The geometries and numerical meshes were built using the code ICEM CFD, and the cases solved using commercial software ANSYS CFX, running in parallel mode in a high performance computing cluster. Experimental data available in the literature was used as validation. / Mestrado / Desenvolvimento de Processos Químicos / Mestre em Engenharia Química