Orientador: Leonardo Goldstein Junior / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Mecanica / Made available in DSpace on 2018-07-19T05:38:06Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Casavechia_LuizCarlos_M.pdf: 11917323 bytes, checksum: 2b59c5d634526fa3f07fc8bb2f6367f9 (MD5) Previous issue date: 1993 / Resumo: O objetivo do presente trabalho é o estudo do efeito da distribuição granulometrica das particulas solidas na fluidodinamica e transferencia de calor gás-solido no transporte pneumatico vertical ascendente ...Observação: O resumo, na íntegra, poderá ser visualizado no texto completo da tese digital / Abstract: The objective of this work was to study the effect of the particle size distribution on the fluid dynamic and fluid-to-particle heat transfer in ascendent vertical pneumatic transport...Note: The complete abstract is available with the full electronic digital thesis or dissertations / Mestrado / Termica e Fluidos / Mestre em Engenharia Mecânica

Orientador: Jose Luiz Boldrini / Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Instituto de Matematica, Estatistica e Computação Científica / Made available in DSpace on 2018-07-20T03:56:30Z (GMT). No. of bitstreams: 1 RojasMedar_MarkoAntonio_D.pdf: 2275203 bytes, checksum: 1f2ced81db39f5dc6a85b81f23f0a073 (MD5) Previous issue date: 1991 / Resumo: Não informado. / Abstract: Not informed. / Doutorado / Doutor em Matemática

Dissertação (mestrado)—Universidade de Brasília, Faculdade de Tecnologia, Departamento de Engenharia Civil e Ambiental, 2007. / Submitted by Fabrícia da Silva Costa Feitosa (fabriciascf@gmail.com) on 2009-12-24T17:37:56Z No. of bitstreams: 1 2007_SorayaMendesdeSouza.pdf: 2759625 bytes, checksum: 75f1fbac58661b97dda16513e5d59313 (MD5) / Approved for entry into archive by Joanita Pereira(joanita) on 2010-01-04T17:30:25Z (GMT) No. of bitstreams: 1 2007_SorayaMendesdeSouza.pdf: 2759625 bytes, checksum: 75f1fbac58661b97dda16513e5d59313 (MD5) / Made available in DSpace on 2010-01-04T17:30:25Z (GMT). No. of bitstreams: 1 2007_SorayaMendesdeSouza.pdf: 2759625 bytes, checksum: 75f1fbac58661b97dda16513e5d59313 (MD5) Previous issue date: 2007 / O presente trabalho pretende estudar alguns casos de problemas de acoplamento acústico- mecânico 2D através de uma formulação potencial simétrica U-φ-P0. O potencial de velocidades (φ) e a pressão estática (P0) são variáveis para o fluido, enquanto os deslocamentos (U) descrevem o comportamento do sólido. Para a solução do problema de acoplado fluido-estrutura, utiliza-se o Método de Elementos Finitos baseado numa formulação variacional. Selecionam-se alguns casos testes para simulação e os resultados numéricos obtidos com o programa acadêmico FEDYFE são comparados com aqueles resultantes do programa ANSYS e com as soluções analíticas equivalentes, com intuito de validar as implementações computacionais, fato que fornecem uma boa concordância entre as soluções analisadas. Além disso, desenvolve-se uma metodologia capaz de auxiliar a identificação os modos de vibração dos problemas acoplados fluido-estrutura. Esse procedimento se faz necessário quando a estrutura apresenta certa flexibilidade, o que proporciona o surgimento de modos dominantes da cavidade, da estrutura e mistos no modelo de difícil análise e interpretação. Aplica-se a metodologia em alguns casos, onde há um ou mais estruturas (analogia de pistões rígidos-móveis ou flexíveis) associados a cavidades acústicas de geometria regular. Nos modelos estudados, testam-se também as soluções analíticas para o sistema, que podem ser obtidas a partir da composição de freqüências e seus modos resultantes. Ainda como resultado desta dissertação, implementa-se um elemento de viga de Bernoulli no programa acadêmico FEDYFE. Escolhem-se dois modelos de acoplamento, considerando o elemento de viga, comparando-se também os resultados numéricos (ANSYS e FEDYFE) com as soluções analíticas para os casos desacoplados e acoplados. _______________________________________________________________________________ ABSTRACT / The main focus of this work is the use of a symmetrical potential formulation U-φ-P0 to solve 2D acoustic-mechanic coupling problems. The velocity potential (φ) and the static pressure (P0) are variables for the fluid, while the displacements (U) describe the behavior of the solid. The fluid-structure coupled problems have been dealt with using the finite element method based on a variational formulation. Some study cases have been object of computer simulation, and the numeric results obtained from the software FEDYFE were compared with those from the software ANSYS and with the equivalent analytic solutions. The aim was to validate the computational modelling, and the results show a high level of convergence between the different approaches. In addition, a methodology has been developed to assist identifying vibration modes in fluid-structure coupled problems. Such a procedure is needed for flexible structures, as they tend to present cavity dominant modes, structure modes and mixed modes, which are of difficult analysis and interpretation. The methodology has been applied to problems presenting one or more structures (mobile rigid or flexible piston analogy) associated to regular geometry acoustic cavities. In the studied models, it has also been tested an analytic solution for the system, which was obtained from the composition of frequencies and their resultant modes. Still, a Bernoulli beam element has been implemented in FEDYFE. Two coupling models have been chosen considering the beam element, and the numeric results (ANSYS and FEDYFE) were also compared with the analytic solutions for both the uncoupled and coupled cases.

Orientadores: Maria Regina Wolf Maciel, Antonio Andre Chivanga Barros, Henry França Meier / Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Quimica / Made available in DSpace on 2018-08-05T18:14:26Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Soares_Cintia_D.pdf: 3816439 bytes, checksum: e39afd5653e2802b28899a3c09f4753c (MD5) Previous issue date: 2005 / Resumo: Grande parte dos estudos envolvendo colunas de destilação está fundamentada por modelos macroscópicos de conservação de massa e de energia. Exemplo disto são os modelos de estágios de equilíbrio e de não-equilíbrio. Nestes, os aspectos fluidodinâmicos do escoamento são restritos e orientados à medição de parâmetros macroscópicos. Porém, graças aos avanços introduzidos pelo emprego das técnicas da fluidodinâmica computacional (CFD), a análise de processos empregando uma abordagem microscópica tornou-se mais sofisticada e precisa. Além disto, há necessidade de trabalho experimental com o propósito de validar modelos e métodos em CFD e medir outros parâmetros ao longo do equipamento. Dentro deste contexto, este trabalho visa o desenvolvimento de uma metodologia de caráter numérico e experimental que possibilite o estudo do escoamento líquido-vapor, em nível microscópico, em um prato perfurado de uma coluna de destilação. Para tanto, objetiva-se a proposição de um modelo microscópico de conservação da quantidade de movimento, em condições de escoamento turbulento, sob a influência da fase vapor, e de uma metodologia para a aquisição de dados experimentais. A metodologia numérica consistiu em iniciar com um estudo aprofundado do escoamento com superfície livre, utilizando um módulo experimental de hidráulica, seguido do estudo do escoamento monofásico na superfície de um prato perfurado. Estudos em uma coluna de bolhas permitiram a obtenção de experiência com modelos e métodos associados ao escoamento multifásico. Finalmente, foram realizados estudos sobre o escoamento líquido-vapor em pratos perfurados com a proposição de um modelo 3-D e homogêneo. Na metodologia de solução, o principal objetivo esteve relacionado às características numéricas, tais como: fatores de relaxação, esquemas de interpolação, integração temporal, acoplamento pressão-velocidade, entre outras. A metodologia experimental consistiu no projeto e construção de uma coluna de destilação para a simulação física do escoamento líquido-vapor em um estágio a frio, sendo as informações microscópicas obtidas por meio do emprego da técnica de anemometria térmica. Técnicas de visualização do escoamento foram empregadas como ferramenta de análise qualitativa na identificação de padrões de escoamento, como mecanismo de apoio à realização de medidas experimentais e, finalmente, como instrumento complementar de análise para facilitar a interpretação dos resultados. A metodologia numérica permitiu a avaliação de estratégias de solução de modelos e métodos em CFD, além do desenvolvimento de um modelo homogêneo capaz de predizer o escoamento líquidovapor, em nível microscópico, em um prato perfurado de uma coluna de destilação. A metodologia experimental permitiu a caracterização do escoamento em um tanque retangular, entretanto, a técnica de anemometria térmica apresentou limitações quando da aplicação no escoamento bifásico. Na análise dos resultados obtidos concluiu-se que há a ocorrência de diferentes padrões de escoamento no interior de uma coluna de destilação, de acordo com a vazão da fase gás e da geometria do prato, sendo o escoamento não uniforme. Além disto, há uma tendência do fluxo de líquido próximo à parede retroceder, o que resulta no fenômeno de circulação. Outra observação importante foi que a fase vapor, em contato com o líquido fluindo horizontalmente, obtém uma energia cinética na direção do fluxo de líquido / Abstract: Greater part of researches involving distillation columns is based on macroscopic models of mass and energy conservation. Examples are the equilibrium and non-equilibrium stage models. In these cases, the fluid dynamics characteristics are restricted in measuring macroscopic parameters. However, advances introduced by fluid dynamic techniques made possible a more sophisticated and accurate process analysis using a microscopic approach. Researches in this area are indispensable and more experimental studies is necessary in order to validate models and methods in CFD and measure other parameters along the equipment. Based on these statements, this work takes aim the development of a numerical and experimental methodology that enables the study of liquid-vapour flow, in a microscopic level, on a sieve plate of a distillation column. It is proposed the development, implementation and application of a microscopic model for momentum conservation subjected to turbulent flow of the vapour phase, complemented by the development of an experimental methodology for data acquisition in an apparatus in laboratory scale. The numerical methodology consisted to make a deep study of flow with free surface using a hydraulic modulus and a study of a single-phase flow on a sieve plate. Studies in a bubble column allowed building knowledge for modelling momentum transfer phenomenon in multiphase flow. Finally, studies about the liquid-vapour flow in sieve plates were carried out with development of a 3-D and homogeneous model. The main objective in the solution methodology was related to numerical characteristics, such as: relaxation factors, interpolation schemes, temporal integration and pressure-velocity coupling. The experimental methodology consisted in the design and building of a distillation column that simulates the liquid-vapour in a sieve plate. The information related to velocity profiles were obtained by means of definition and implementation of the thermal anemometry technique. During the numerical and experimental studies, flow visualization techniques have also been employed in different ways as a tool for qualitative analysis of different flow patterns, as an assistance to the experimental measures, and finally, as a complement to the analysis, supporting the interpretation of results. The numerical methodology allowed the evaluation of models and methods strategies in CFD, and the development of a homogeneous model able to predict the liquid-vapour flow in a sieve plate of a distillation column. On the other hand, the experimental methodology allowed the evaluation of flow inside a rectangular reservoir, but the thermal anemometry technique presented limitations in the multiphase flow. It was concluded that there is the occurrence of different flow patterns inside the distillation column, according to the gas flow and plate geometry, and the flow is not uniform in the plate surface. Besides, there is a tendency of the liquid flow to go back near the wall, resulting in a circulating zone. Other observation was that the vapour phase, contacting with the horizontally flowing liquid, gains a kinetic energy in the direction of liquid flow / Doutorado / Desenvolvimento de Processos Químicos / Doutor em Engenharia Química

Orientador: Carlos Roberto Minussi / Coorientador: Geraldo de Freitas Maciel / Banca: Anna Diva Plasencia Lotufo / Banca: Mara Lúcia Martins Lopes / Banca: Luis Miguel Chagas Costa Gil / Banca: Mônica Feijó Naccache / Resumo: Nesta tese propõem-se investigar os escoamentos com superfície livre de fluidos newtonianos e hiperconcentrados de reologia não-newtoniana, com aplicação no âmbito de catástrofes naturais. Esta temática apresenta duas vertentes: uma visão das ciências sociais sobre riscos e catástrofes e seus impactos de ordem econômica e social; uma segunda vertente no plano da engenharia (visão mais mecanicista) que trata do estudo dos escoamentos de fluidos lamosos em corredores de lavas torrenciais, canais e encostas íngremes, com presença de um tipo específico de instabilidade na superfície livre, as roll waves. O fenômeno roll wave é caracterizado por sua configuração periódica, com frentes de ondas que se deslocam com elevada velocidade. Assim, a capacidade destrutiva do escoamento é potencializada com a presença destas instabilidades. Nesta tese procura-se identificar as condições de geração destas ondas e suas propriedades através de modelagem matemática e numérica. Para se estabelecer um modelo matemático que represente o fenômeno em questão, parte-se das equações fundamentais de conservação da massa e quantidade de movimento (equações de Cauchy), levando-se em consideração as hipóteses de águas rasas, com introdução do modelo reológico de Herschel Bulkley na parte viscosa do tensor de tensões. A técnica de análise de estabilidade linear é usada no equacionamento em variáveis adimensionais, tendo sido estabelecido dois critérios para a geração das roll waves: o primeiro está relacionado com número de Froude > , em que é o número de Froude mínimo necessário para geração de roll waves e o segundo é determinado em função da frequência de perturbação < , onde é a frequência máxima de perturbação possível à geração destas ondas. Identificadas tais condições, um... (Resumo completo, clicar acesso eletrônico abaixo) / Abstract: This thesis follows the investigation of free surface flows of Newtonian and hyperconcentrated (non-Newtonian) fluids on natural disasters context. This research presents two approaches, being the first approach a vision of natural hazards and disasters and their social consequences; and the second, the engineering plan (mechanical point of view) which is the study of muddy fluids in corridors, steep slopes and open channels with the presence of a specific type of instability on the free surface known as the roll waves. Roll wave phenomenon is characterized by its periodic configuration with moving wavefronts at high speed. Thus, the destructive capability of flow is enhanced by the presence of roll waves. This thesis attempts to identify generation conditions for these waves and also their properties, both through mathematical and numerical modeling. In order to establish a mathematical model that represents the phenomenon, the system of equations composed by mass and momentum conservation (Cauchy's equations) is used, taking into account the assumptions of shallow water, and introducing the Herschel-Bulkley rheological model on the viscous stress tensor. The technique of linear stability analysis is used on the system on dimensionless variables. Two criteria are established for the generation of roll waves: the first is related to Froude number > , where is the minimum Froude number for the generation of roll waves; and the second is determined by the disturbance < , where is the maximum disturbance frequency possible to the generation of these waves. Identified these conditions, a mathematical model (1D) determines the main properties of roll waves, such as amplitude, length and propagation velocity. This model is established by rewriting the equations in a moving coordinate system. As this model i... (Complete abstract click electronic access below) / Doutor

A presente dissertação investiga o comportamento do escoamento em um túnel de cavitação, através de simulações fluido-dinâmicas computacionais, excluindo a bomba de circulação. Para tanto um extenso estudo buscou selecionar a abordagem numérica e configurações de simulação mais adequadas, de uma forma a reproduzir as características hidrodinâmica inerentes à operação do túnel. Portanto, as informações referentes à perda de carga, uniformidade no perfil de velocidade, tendência de cavitação, descolamento e altura da camada limite foram apreciadas. Esse estudo foi direcionado por dados provenientes de métodos empíricos da literatura, resultados experimentais do próprio túnel pesquisado e de outros túneis. Em geral, os resultados foram satisfatórios, pois a perda de carga estimada foi semelhante ao obtido experimentalmente. Além de serem identificados os trechos com efeito desfavorável na uniformidade do escoamento, foram determinadas a distribuição de pressão nas aletas e o perfil de velocidade incidente na bomba. / This study deals with a cavitation tunnel flow (except the pump region) through computational fluid dynamic simulations. Therefore, previously one made a literature survey to aid the selection of the most appropriate techniques and simulation settings to simulate the hydrodynamic characteristics of the tunnel. The pressure drop, uniformity of the velocity profile, existence of cavitation, detachment and height of the boundary layer were evaluated. This study used empirical methods and also experimental results. The results were satisfactory, as long as the estimated pressure drop was close to the one obtained experimentally. In addition, it was forecasted low flow uniformity in some parts of the tunnel, the pressure distribution on the fins and the incident velocity profile at the pump.

No presente trabalho, foi desenvolvido um modelo para o escoamento em reator de membrana do tipo contator ativo, através da abordagem de dinâmica dos fluidos computacional (CFD), utilizando o código comercial ANSYS FLUENT. O modelo incluiu todo o módulo de membrana constituído por uma membrana tubular e um casco metálico. A reação modelo estudada foi a hidrogenação parcial de 1,5-ciclooctadieno, realizada pelo bombeamento da mistura reacional, dissolvida em n-heptano, através da membrana, a partir das extremidades do tubo. Como catalisador, considerou-se a presença de nanopartículas de Pd impregnadas na membrana. O meio poroso foi aproximado por leito granular representado pela equação de Ergun, tendo como parâmetros a porosidade e o tamanho de grão da membrana de alfa-Al2O3 . O valor para o tamanho de grão foi adotado como equivalente ao diâmetro de partícula determinado com uso do código aberto de estereologia ImageJ, do instituto Nacional de Saúde dos Estados Unidos. O modelo de turbulência adotado foi o RNG k-epsilon. Um estudo de sensibilidade incluiu simulações comparando escoamento desprezando reações como escoamento reativo, variação da velocidade, alteração da saída do fluxo e ativação de modelo de turbulência no meio poroso. Foram realizadas simulações de defeitos estruturais na membrana, correspondendo a regiões de porosidade alterada, com e sem perda de sua uniformidade azimutal. Conclui-se que a presença de defeitos estruturais que afetem a uniformidade azimutal da membrana pode resultar em sensível alteração do escoamento em CMRs. / This study focused on the development of a model for the flow in a reactor membrane of the type active contactor, approached through computational fluid dynamics (CFD), using the commercial code ANSYS FLUENT. The model included the entire membrane module, consisted of a tubular membrane and a metal shell. The model reaction studied was the partial hydrogenation of 1,5-cyclooctadiene initiated by the pumping of the reaction mixture, dissolved in n-heptane, through the membrane, from the ends of the tube. As a catalyst, the study considered the presence of impregnated Pd nanoparticles in the membrane. The porous medium was approximated by a granular bed as represented by the Ergun equation, having as parameters the porosity and the grain size of the alfa-Al2O3 membrane. The value for the grain size was adopted as equivalent to particle diameter determined through the open source stereology software ImageJ, of the National Institute of Health USA. The turbulence model used was the RNG k-epsilon. A sensitivity study included simulations of flow neglecting and including reactions, speed variation, change the flow outlet and activation of turbulence model in the porous media. Simulations of structural defects in the membrane were performed, defining regions of porosity changes with and without loss of azimuthal uniformity. The conclusion was that the presence of structural defects that affect the azimuthal uniformity of the membrane can result in marked alteration of the flow regime in CMRs.

The fow around bluff bodies is an essential topic in fuid dynamics. This fow is characterized by large vortical fow regions separating from the surface of the bluff body, and they cause oscillating drag and lift forces on the structure. The fow around an infinite long cylinder is a well-known case being studied in the literature. However, a cylinder with low aspect-ratio piercing the free surface has not been studied much although such an arrangement can be found in many floating offshore structures. In this thesis the results of CFD calculations are presented for a fixed, free surface piercing cylinder with an aspect-ratio L/D equals to 2. The Reynolds number was equal to 4:3 x 104 indicating that the flow is in the sub-critical turbulent regime. An extensive methodology of verication and validation is followed to investigate the reliability of the results. To investigate the effect of the free surface on the calculated hydrodynamic loads, two approaches have been considered: a double-body symmetry condition and an interface capturing Volume-of-Fluid (VoF) method. Additionally, two turbulence models are investigated: a two-equation turbulence model; a non-linear Explicit Algebraic Reynolds Stress Model (EARSM); and the Improved Delayed Detached Eddy Simulation (IDDES) turbulence model. The results are presented in terms of integral results (drag and lift coefficients) and flow visualizations. Based on the results of the cases in which the free surface was modeled as a double body symmetry boundary condition, it is concluded that the model is not suitable for this type of flow as the model damps out the flow dynamics due to over-production of eddy-viscosity. Hence, the characteristic oscillating lift forces are not captured using this turbulence model. However, this turbulence model showed good agreements regarding the flow fields in comparison with experimental PIV measurements. Results of the case modeled with EARSM turbulence model shows better agreement with the experimental results compared with the turbulence model. In the cases where the free-surface is considered, results with the EARSM turbulence model show similar results for the drag forces whereas the lift uctuations were one order of magnitude smaller, compared with the double body case. Lastly, the results using the IDDES turbulence model and free-surface VoF modeling are shown to produce the best comparison with the experimental results, regarding both, integral values and flow field results. / O escoamento ao redor de corpos rombudos é um tópico essencial na dinâmica de fluidos. O escoamento é caracterizado por regiões com grande vorticidade que se separam do corpo e causam oscilações das forças de arrasto e sustentação sobre a estrutura. O escoamento ao redor de cilindros longos é um tema que tem sido extensivamente estudado com muitos trabalhos encontrados na literatura. Entretanto, o cilindro com baixa razão de aspecto perfurante à superfície livre é um caso pouco estudado, apesar desta estrutura ser encontrada em várias estruturas oceânicas flutuantes. Esta dissertação apresenta cálculos numéricos para o escoamento ao redor de um cilindro fixo, que trespassa a superfície livre com razão de aspecto L/D igual a 2. O problema é estudado em um regime subcrítico de turbulência, com número de Reynolds igual a 4:3 x 104. Uma vasta metodologia de verificação e validação foi seguida para avaliar a confiabilidade dos resultados obtidos numericamente. Para investigar os efeitos da superfície livre nas cargas hidrodinâmicas, duas abordagens s~ao consideradas: condição de simetria de duplo corpo e um método de captura de interface Volume of Fluid. Além disso, dois modelos de turbulência foram investigados: o modelo não linear Explicit Algebraic Reynolds Stress Model (EARSM), e o modelo de turbulência Improved Delayed Detached Eddy Simulation (IDDES). Os resultados relacionados aos coeficientes de arrasto e sustentação são apresentados a partir de análise estatística, complementados através de ilustrações que permitem visualizar os campos de escoamento e pressão. Com base nos resultados de casos em que a superfície livre é modelada com uma condição de contorno de simetria, conclui-se que o modelo de turbulência não é adequado para este tipo de escoamento, pois o modelo amortece a dinâmica do escoamento devido à superprodução de viscosidade turbulenta. Consequentemente, as oscilações na força de sustentação não são capturadas usando este modelo. Entretanto, resultados dos campos médios do escoamento mostram-se concordantes com imagens experimentais obtidas com técnicas de PIV - Particle Image Velocimetry. Resultados do caso modelado com o modelo de turbulência EARSM mostram melhores concordâncias na comparação dos parâmetros estatísticos com experimentos do que o modelado com o modelo EARSM. Nos casos em que a superfície livre é modelada com o método VoF, o modelo de turbulência EARSM mostra resultados semelhantes para o arrasto, enquanto as flutuações da sustentação apresentam-se uma ordem de grandeza menores, quando comparadas ao caso de duplo corpo. Resultados usando o modelo de turbulência IDDES e VoF apresentam melhores comparações aos resultados experimentais, tanto para os parâmetros estatísticos quando para as visualizações do escoamento.

A simulação numérica de escoamentos reativos, como a combustão, tem um caráter altamente não-linear devido a presença de diversas reações químicas que acontecem entre as espécies que descrevem o processo de oxidação do combustível. Além disso, tais processos ocorrem a nível molecular, tornando o sistema de equações governantes rígido, o que implica na necessidade de esquemas numéricos de alta ordem bem como malhas finas e passo de tempo pequeno, aumentando consideravelmente o custo computacional. Neste sentido, o uso de mecanismos de oxidação detalhados na simulação numérica é proibitivo, e técnicas de redução química são necessárias de modo a desenvolver modelos reduzidos com menos variáveis e rigidez moderado, mantendo a precisão e abrangência do modelo detalhado. O objetivo do presente trabalho é obter uma comparação dos resultados obtidos para duas técnicas de redução química diferentes, Directed Relation Graph - DRG, baseada no desenvolvimento de mecanismos esqueletos, e a Reaction Diffusion Manifolds - REDIM, baseada na separação das escalas de tempo. Como validação dos modelos propostos, simulações numéricas 1D de chamas pré-misturadas e não pré-misturadas, bem como de reatores homogêneos, são desenvolvidas. Além disso, uma estratégia que une as duas técnicas de redução é apresentada, com o objetivo de ser aplicada em mecanismos cinéticos grandes. / Numerical simulation of reactive flows, such as combustion, has a highly non-linear character due to the presence of several chemical reactions that occur among the chemical species that describe the process of fuel’s oxidation. Besides, such processes occur at a molecular level, making the system of governing equations stiff, which implies in the need of high order numerical schemes as well as fine meshes and small time step, enhancing considerably the computational cost. In this sense, the use of detailed oxidation mechanisms in the numerical simulation is prohibitive, and chemical reduction techniques are needed in order to develop reduced models with less variables and moderate stiffness, while maintaining the accuracy and comprehensiveness of the detailed model. The objective of the present works if to obtain a comparison between two chemical reduction techniques, the Directed Relation Graph - DRG, based on the skeletal mechanisms generation, and the Reaction Diffusion Manifolds - REDIM, based on the separation of time scales. As validation of the proposed models, one-dimensional numerical simulations of premixed and non-premixed flames, as well as homogeneous reactors, are carry out. Besides, a coupled methodology between DRG and REDIM is presented, that will provide a useful tool for simulation of fuels with very large detailed kinetic mechanisms.

Na matriz elétrica brasileira, as termelétricas vêm sendo utilizadas como fontes de energia complementar. Para minimizar os impactos ambientais na geração de energia a partir do carvão mineral, diversos estudos apontam para o uso da tecnologia de leito fluidizado como uma alternativa flexível, eficiente e limpa. Neste tipo de reator a fluidodinâmica determina a distribuição das partículas e do gás, o que influencia na mistura entre as fases, e consequentemente, na eficiência do processo, porém, não é totalmente compreendida. Baseando-se nisto, esta tese tem como objetivo caracterizar a fluidodinâmica do leito fluidizado borbulhante, a partir de modelos matemáticos e análise experimental. Busca-se desenvolver uma maior compreensão da influência fluidodinâmica no desempenho da planta em processos de combustão do carvão mineral brasileiro, o qual possui alto teor de cinzas. Para isso, os modelos matemáticos foram validados na planta de bancada a temperatura ambiente, e posteriormente, aplicados para a planta piloto a 850 °C. O desempenho de cada operação foi avaliado a partir do rendimento de conversão e teor de carbono residual nas cinzas para diferentes alturas de leito e velocidade superficial do gás. Os resultados obtidos mostram que para a obtenção de um maior tempo de residência, a velocidade superficial do gás mais adequada depende da altura do leito fixo. O teor de carbono residual nas cinzas foi menor para o leito mais alto, o que é explicado pelas características do combustível utilizado e pelo ponto de alimentação do carvão. Não foi observada relação direta entre os coeficientes de troca gasosa para a transferência de massa no leito, com o teor de carbono residual nas cinzas, ou com o rendimento de conversão. Para uma análise mais completa da influência fluidodinâmica no desempenho da planta, a região de freeboard deve ser incluída na modelagem. A análise em planta de bancada a temperatura ambiente foi fundamental para compreender como ocorre a movimentação das partículas e das bolhas. As variações na altura do leito e velocidade do gás geraram diferentes variações nos coeficientes de troca gasosa para a transferência de massa, no tempo de residência e no teor de carbono nas cinzas. / In the Brazilian electric matrix, thermoelectric power plants are used as complementary energy sources. In order to minimize the environmental impacts of coal power generation, several studies point to the use of fluidized bed technology as a flexible, efficient and clean alternative. In this type of reactor, the fluid dynamics determines the distribution of particles and the gas, which influences in the mixing between the phases, and consequently, in the efficiency of the process, however, is not fully understood. Based on this information, this thesis aims to characterize the fluid dynamics of the bubbling fluidized bed, from mathematical models and experimental analysis. Aim to develop a better understanding of the fluid dynamics influence on the plant performance in the combustion processes of the Brazilian coal, which has a high ash content. For this purpose, the mathematical models were validated in the bench plant at room temperature, and later, applied to the pilot plant at 850 °C. The performance of each operation was evaluated from the combustion efficiency and residual carbon content in the ashes for different bed heights and gassurface velocity. The obtained results show that to attain a longer residence time the most suitable gas-surface velocity depends on the height of the fixed bed. The residual carbon content in the ashes was lower in the upper bed, which is explained by the characteristics of the fuel used and the point of coal feeding. Besides, was not observed a direct relation between the gas exchange coefficients for mass transfer in the bed with the residual carbon content in the ashes or with the combustion efficiency. Toward a more complete analysis of fluid dynamics influence on the plant performance, the freeboard region should be included in the modeling. The analysis in bench plant at room temperature was fundamental to understand how the movement of particles and bubbles occurs. The variations in bed height and gas velocity generated different variations in the gas exchange coefficients for mass transfer, residence time and carbon content in the ashes.