A presente dissertação trata da questão importante sobre dispersão no cálculo do coeficiente de arrasto associado a malhas computacionais em aplicações aeroespaciais. Este tema tem sido amplamente discutido na comunidade de Dinâmica dos Fluidos Computacional (CFD) na última década. Determinar com precisão o valor do coeficiente de arrasto de uma configuração sempre foi um dos maiores problemas em CFD na indústria aeroespacial. Tão importante quanto conhecer a grandeza que se deseja calcular é também conhecer quão preciso somos em determinar essa quantidade. Na indústria aeroespacial, programas computacionais baseados nas equações de Navier-Stokes com média de Reynolds (RANS) e malhas computacionais não estruturadas do tipo hexaédricas e do tipo tetraédricas com camadas de prisma para a camada limite aparecem como uma abordagem eficiente. Neste contexto, o presente trabalho conduz estudos de maneira a identificar e a entender as dispersões no cálculo do coeficiente de arrasto causadas por modificações na topologia da malha computacional, utilizando um único código de CFD. A fim de atingir tal objetivo, a asa ONERA-M6 foi escolhida como caso teste deste estudo por representar uma geometria simples e, assim, tornando mais clara a identificação do problema em questão. Com o objetivo de simplificar ainda mais o problema, as simulações não possuem arrasto induzido, que neste caso significa que o ângulo de ataque é zero para todos os casos. Dois números de Mach foram escolhidos para serem investigados neste estudo, Mach 0,3 e 0,8, por representarem regimes subsônico e transônico, respectivamente. Os estudos consideram um número de Reynolds igual a 3 milhões, que é tipicamente usado na indústria aeroespacial durante os estudos experimentais em túnel de vento. As dispersões no cálculo de arrasto encontradas neste estudo foram discutidas e investigadas com o objetivo de identificar as regiões da asa de maior contribuição da dispersão total e, também, apontar as diferenças na malha superficial e volumétrica que poderiam contribuir para tais dispersões. Baseado nos resultados obtidos neste trabalho, foi possível identificar a precisão no cálculo do coeficiente de arrasto de uma configuração simplificada, devido às modificações na topologia da malha que podem ser associadas a variações geométricas em um estudo de otimização aerodinâmica.

Este trabalho aborda a utilização de uma geometria representativa de um motor mono cilíndrico, com injeção direta de etanol hidratado e ignição assistida por centelha. A partir da utilização de um código comercial de Dinâmica dos Fluidos Computacional, a malha móvel é criada e as equações governantes são resolvidas. O escopo do trabalho inclui a caracterização do escoamento de ar durante a compressão e a formação de mistura estratificada. É analisado o efeito da geometria da câmara na formação da mesma e sua distribuição ao longo da câmara de combustão. É analisada a influência de parâmetros como: pressão do combustível injetado, início da injeção e massa de combustível injetada. O objetivo final é a obtenção da concentração de combustível ao longo do cilindro, durante o desenvolvimento do jato e o movimento do pistão, além da formação de filme nas paredes da câmara. Tais resultados são de extrema importância para a avaliação de estratégias de injeção que tornem possível a partida a frio de veículos em baixas temperaturas sem a aplicação de sistemas auxiliares. Os resultados, como já eram previstos, mostraram que a pressão e o início da injeção de combustível são parâmetros que influenciam diretamente a evaporação de combustível, assim como a quantidade de filme formado, principalmente no pistão.

ABE, V.C. Determinação de parâmetros de operação de sistema de distribuição de ar frio pelo piso em ambientes de escritórios. 2007. 132 p. Dissertação (Mestrado) - Departamento de Engenharia de Construção Civil da Escola Politécnica da Universidade de São Paulo, São Paulo, 2007. Atualmente, um dos principais requisitos para que um ambiente de escritório atenda plenamente às necessidades de uso e ocupação é a flexibilidade, mas com conforto. O sistema de distribuição de ar frio pelo piso (Underfloor Air Distribution System - UFAD) está sendo utilizado nos edifícios de escritórios para garantir a flexibilização integrada do sistema com o mobiliário. Trata-se de um sistema que fornece ar frio proveniente de um plenum, através de difusores localizados nos painéis do piso elevado. Os difusores de ar podem ser ajustados, ou reposicionados pelos próprios usuários dos ambientes, possibilitando o controle das condições térmicas no entorno próximo, de acordo com suas preferências individuais. Embora o sistema de distribuição de ar pelo piso apresente diversas vantagens com relação ao sistema de distribuição de ar convencional, ainda há falta de informações objetivas e diretrizes de projeto padronizadas, havendo a necessidade de realização de mais pesquisas na área. A introdução da Dinâmica dos Fluidos Computacional (Computational Fluid Dynamics - CFD) apresentou uma alternativa para as pesquisas experimentais relacionadas ao estudo do escoamento do ar. Assim, para o desenvolvimento do presente estudo foram utilizados recursos de dinâmica dos fluidos computacional, com o uso do código FLUENT. O objetivo do presente trabalho é apresentar uma estratégia para a determinação dos parâmetros de operação de sistemas de distribuição de ar pelo piso aplicados a ambientes de escritórios. A estratégia baseiase no estabelecimento de inter-relações entre os principais parâmetros que definem o escoamento do ar em ambientes com o sistema de distribuição de ar pelo piso: a vazão de ar insuflado, a temperatura do ar insuflado e a diferença de pressão entre o plenum pressurizado e o interior do ambiente. O emprego da estratégia possibilita que o projetista identifique as diversas combinações entre os parâmetros de operação que resultem numa mesma condição desejada, permitindo assim a escolha da opção mais satisfatória. / ABE, V.C. Determination of operation parameters of rooms with underfloor air distribution system. 2007. 132 p. Dissertation (Master Course) - Departamento de Engenharia de Construção Civil da Escola Politécnica da Universidade de São Paulo, São Paulo, 2007. Nowadays, one of the main requirements of an office room to fully attend the use and occupation needs is the flexibility, but with comfort. The underfloor air distribution system is being used in the office buildings to guarantee the integrated flexibility of the system with the furniture layout. The system supplies cooled air to the room from a pressurized plenum, passing through air diffusers located in the raised floor panels. The air diffusers can be adjusted or relocated by the room users themselves, making possible the control of the thermal conditions in their surroundings, according to their individual preferences. Though the underfloor air distribution system presents a lot of advantages with regard to conventional overhead distribution systems, there is still a lack of objective information and standardized guidelines, and the necessity of accomplishment of more researches about the subject. The introduction of Computational Fluid Dynamics presented an alternative for the experimental tests related to the study of airflow in rooms. Thus, for the development of the present study a CFD tool was used, the code FLUENT. The purpose of the present work is to develop a strategy for the determination of the operation parameters of an underfloor air distribution system applied to office rooms. The strategy is based on the establishment of interrelations between the main parameters that define the airflow in rooms with the underfloor air distribution system: the input volume flux, the input air temperature and the pressure difference between underfloor plenum and the room. The use of this strategy enables the designer to identify several combinations of the operation parameters that result in one desired condition, allowing the choice of the most satisfactory option.

Neste trabalho, pretendeu-se obter as características da movimentação do ar no início do tempo de admissão em um motor diesel, partindo de sua entrada no cabeçote, passando pelos pórticos de admissão e válvulas, até a câmara de combustão, utilizando dados reais da geometria e do processo de sobrealimentação de um motor diesel. Para tanto, utilizou-se da abordagem clássica da dinâmica dos fluidos para o desenvolvimento de um modelo matemático constituído por equacionamentos que representassem o consumo de ar, a rotacionalidade do movimento do ar nos pórticos e a movimentação de ar no cilindro, descrita por linhas de corrente obtidas a partir da aplicação da teoria de escoamento potencial plano. Os cálculos foram efetuados usando planilhas eletrônicas geradas em aplicativo Excel e, tanto a avaliação dos efeitos da geometria dos condutos quanto a determinação das linhas de corrente, foram realizadas usando o aplicativo gráfico Rhinoceros. Neste trabalho foram estudadas seis condições associadas a seis ângulos de virabrequim do início do tempo de admissão e que geraram seis conjuntos de linhas de corrente. Os resultados foram comparados com ensaios de PIV - particle image velocimetry e apresentaram semelhanças relevantes nos formatos e nos sentidos das linhas de corrente. Concluiu-se que o procedimento utilizado, por sua simplicidade de implementação, não é prático quando há a necessidade de alteração de uma das variáveis envolvidas. Porém, ao desenvolver o equacionamento para os casos apresentados, foi possível estudar o fenômeno em profundidade satisfatória, mesmo com as hipóteses simplificadoras utilizadas. / In this work, the aim was to obtain the air flow characteristics in the beginning of the intake stroke in a diesel engine, considering the inlet in head, its passiage by intake runners and valves, up to the combustion chamber, using values obtained from geometry and supercharging process observed in a specific diesel engine. It was used a classical fluid dynamics approach to develop a mathematical model which represent the air consumption, the rotation of the air at intake runners and the air flow within the cylinder, described by streamlines obtained by the use of potential flow theory. The calculation used Excel electronic spreadsheets and both the effects from geometry of intake runners evaluation and the streamlines generation were conducted in drawing software Rhinoceros. In this work six different conditions, associated at six crankshaft angles in the beginning of the intake stroke were studied, resulting in six streamlines set. The results were compared to a PIV test - particle image velocimetry - and relevant similarities was observed both in shapes and rotation sense of streamlines. The conclusion was that the methodology, considering its simplicity in implementation, it is not the most practical method when a modification in variables involved is necessary. However, this methodology was enough to study the phenomenon in satisfactory depth, even using the simplifying assumptions.

O Tanque de Provas Numérico (TPN) é um laboratório pioneiro em hidrodinâmica aplicada e fruto de uma colaboração entre a indústria brasileira de petróleo (PETROBRAS S.A.) e as principais instituições de pesquisa do país. Seu principal objetivo é atuar como parceiro da indústria offshore e de petróleo, colaborando para a obtenção da autossuficiência da produção nacional de petróleo como uma poderosa ferramenta para projeto e análise de sistemas flutuantes de produção de óleo e gás. O coração do TPN é um cluster de computadores SMP que é hoje um dos maiores agrupamentos do Brasil para fins de pesquisa. Um dos focos de atenção do TPN é a aplicação do Moving Particles Semi-implicit Method (MPS) na exploração de soluções para muitos problemas de Engenharia. Por trabalhar sem a necessidade do uso de malhas (método tradicional Euleriano), o método tem diversas aplicações na simulação de corpos flutuantes e na hidrodinâmica aplicada, sendo atualmente utilizado para realização de estudos sobre a influência do movimento de ondas em navios; simulações de fenômenos que envolvem fragmentações; superfícies livres; grandes deformações; dinâmica de fluidos em condições extremas, como é o caso em processos prospecção do petróleo onde muitas vezes é difícil e economicamente inviável fazer ensaios físicos. Devido ao grande número de partículas utilizadas na simulação de sistemas complexos pelo método MPS, é necessário aproveitar de forma eficiente os recursos computacionais disponíveis para a análise de modelos com o refinamento adequado às aplicações práticas. Com tera-FLOPS disponíveis na rede cluster do TPN para modelagem computacional, há uma grande necessidade de uma solução computacional paralela altamente escalonável que, além disto, seja fácil de manutenção e extensibilidade. Dentro desta linha de pesquisa, foi desenvolvida uma solução com essas características através do emprego de modernas técnicas de engenharia de software. / The Numerical Offshore Tank (TPN) is a pioneer laboratory in applied hydrodynamics and result of collaboration between the Brazilian oil (Petrobras SA) and the major research institutions in the country. Its main purpose is to act as a partner of industry and offshore oil, contributing to the achievement of self-sufficiency of domestic oil production as a powerful tool for design and analysis of floating production systems for oil and gas. The heart of TPN is a cluster of SMP computers that is now one of the largest groupings of Brazil for research purposes. One focus of attention of TPN is the application of Moving Particles Semi-implicit Method (MPS) in exploring solutions to many engineering problems. By working without the use of mesh (Eulerian traditional method), the method has several applications in the simulation of floating bodies and applied hydrodynamics, currently being used for studies on the influence of the movement of ships in waves; simulations of phenomena involving fragmentation; free surfaces, large deformations; fluid dynamics in extreme conditions, as is the case in processes where petroleum exploration is often difficult and uneconomical to do physical tests. Due to the high number of particles used in the simulation of complex systems by the MPS method, it is necessary to efficiently take advantage of the computational resources available for the analysis of models with the refinement suitable for practical applications. With tera-FLOPS available in the TPN network cluster for computational modeling, there is a great need for a parallel highly scalable solution which, moreover, must be easy maintenance and extensibility. Within this line of research, we developed a solution with these characteristics through the use of modern software engineering techniques.

Submitted by JOSIANE SANTOS DE OLIVEIRA (josianeso) on 2017-10-26T11:44:55Z No. of bitstreams: 1 Édson Flores_.pdf: 3781858 bytes, checksum: ecc6bea71a85c8419f9ea9400766fdf3 (MD5) / Made available in DSpace on 2017-10-26T11:44:55Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Édson Flores_.pdf: 3781858 bytes, checksum: ecc6bea71a85c8419f9ea9400766fdf3 (MD5) Previous issue date: 2017-05-12 / CNPQ – Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico / Este trabalho tem como objetivo a modelagem de diferentes dissipadores de calor com resfriamento líquido em microcanais. A proposta é a utilização de softwares de dinâmica de fluidos para analisar o desempenho térmico em diferentes geometrias construtivas de microcanais. O software utilizado para a realização das simulações CFD foi o Ansys Fluent R . O trabalho aborda as etapas prévias necessárias para simulação CFD, destacando a etapa de geração de malha para as simulações, envolvendo o estudo de convergência de malha, os critérios de aceitação da simulação e as técnicas de refino na interface líquido-sólido, procedimento necessário para modelagem correta da física de transferência de calor. Foram estudadas geometrias de microcanais de seção retangular em paralelo, microcanais de estrutura pinada e microcanais em rede de fractal do tipo H. Este trabalho também apresenta o modelamento de um estudo de caso em que os microcanais em paralelo são formados pelas paredes de material adesivo fixado em um bloco de alumínio. Os resultados obtidos servem para auxílio em uma etapa de construção de um protótipo experimental. No estudo dos microcanais de seção retangular em paralelo e de microcanais de estrutura pinada, variou-se os aspectos dimensionais buscando a melhor resposta de desempenho térmico, sendo isso expresso em termos de resistência térmica. A simulação de microcanais em rede de fractal H foram realizadas para uma comparação qualitativa referente as demais geometrias estudadas. Um problema discutido no decorrer deste trabalho foi a necessidade de mudança do modelo de viscosidade laminar para um modelo de viscosidade turbulenta, apesar das velocidades do fluido no interior dos microcanais serem baixas e expressarem um número de Reynolds baixo. As técnicas de remoção de calor em microcanais podem colaborar de forma decisiva no gerenciamento térmico de um projeto, na menor energia empregada para o resfriamento e na diminuição das dimensões de um produto final. As geometrias estudadas podem ser construídas em uma camada metálica de uma placa de circuito impresso do tipo metal core, como também estarem presentes em uma estrutura de silício de um chip. O domínio das técnicas de modelagem térmica com softwares simuladores de dinâmicas de fluidos apresentados neste trabalho podem auxiliar na busca de soluções para a remoção de calor em micro-escala, reduzir a necessidade de produção de protótipos, e por consequência, diminuir custos. / This work has the objective of modeling different heat sinks with liquid cooling in microchannels. The proposal is the use of fluid dynamics software to analyze the thermal performance in different constructional geometries of microchannels. The software used to perform the CFD simulations was Ansys Fluent R . This work addresses the previous steps required for CFD simulation, highlighting the step of mesh generation for the simulations, involving mesh convergence study, simulation acceptance criteria and refining techniques at the liquid-solid interface, a procedure necessary for Modeling of heat transfer physics. The geometries studied were of rectangular section microchannels in parallel, microchannels of pinched structure and microchannels in fractal network of type H. A case study was also modeled in this work in which parallel microchannels were formed by walls of adhesive material In an aluminum block, in which the results obtained serve to aid in a stage of construction of an experimental prototype. In the study of the microchannels of rectangular section in parallel and microchannels of pinned structure, we varied the dimensional aspects seeking the best response of thermal performance, being expressed in terms of thermal resistance. The simulation of microchannels in fractal network H was performed for a qualitative comparison referring to the other geometries studied. A problem discussed in the course of this work was the need to change the laminar viscosity model to a turbulent viscosity model despite the velocity of the fluid inside the microchannels being low and expressing a low Reynolds number. Techniques for heat removal in microchannels can contribute decisively to the thermal management of a project, the lower energy used for cooling and the reduction of the dimensions of an end product. The geometries studied can be constructed in a metal layer of a metal core type printed circuit board, as well as being present in a one-chip silicon structure. The domain of thermal modeling techniques with fluid dynamics simulators presented in this paper can help in the search for technological solutions for micro-scale heat removal, reduce the need for prototype production, and consequently reduce costs.

Submitted by William Justo Figueiro (williamjf) on 2015-07-08T23:40:19Z No. of bitstreams: 1 19b.pdf: 2923099 bytes, checksum: f04244aa991c1a65ebc9273c29c4aa38 (MD5) / Made available in DSpace on 2015-07-08T23:40:19Z (GMT). No. of bitstreams: 1 19b.pdf: 2923099 bytes, checksum: f04244aa991c1a65ebc9273c29c4aa38 (MD5) Previous issue date: 2012-11 / Nenhuma / Nas últimas décadas, a miniaturização de dispositivos de natureza eletroeletrônica em diversas áreas de aplicação, como biomédica, química e de tecnologia de computadores, tem proporcionado alta eficiência de espaço em equipamentos. Paralelamente, essa redução em espaço físico é contrabalançada pelo alto desempenho exigido com relação aos sistemas de refrigeração nestes equipamentos. Por isso, o controle térmico é uma das áreas mais críticas para o desenvolvimento da microeletrônica moderna. Diversos estudos experimentais e numéricos foram realizados por vários pesquisadores, nas últimas décadas, com vistas a investigar a hidrodinâmica e a transferência de calor em microescala. Porém, os resultados obtidos revelam divergências entre si. Em geral, estas podem ser visualizadas pela análise dos números de Poiseuille e de Nusselt, quando estes são comparados aos resultados previstos pela teoria convencional. Normalmente, as divergências relatadas com relação a medições em microescala estão associadas a fatores geométricos do microcanal, como a sua razão de aspecto, o seu diâmetro hidráulico e condições superficiais de rugosidade. Alguns desvios encontrados com relação ao fator de fricção foram atribuídos às variações da seção transversal dos microcanais. O objetivo deste trabalho foi analisar numericamente como as características hidrodinâmicas e de transferência de calor podem ser influenciadas com relação a variações na seção transversal dos microcanais. Os resultados obtidos para o escoamento laminar monofásico de água em microcanais com deformidades na seção transversal foram comparados aos obtidos para microcanais geometricamente perfeitos, por meio dos números de Poiseuille e de Nusselt local. Desvios para os números de Poiseuille e de Nusselt local, por meio de imperfeições e variações da seção transversal dos microcanais, foram verificados. Alguns desvios para o número de Poiseuille se mostraram dependentes do número de Reynolds. No entanto, alguns resultados obtidos para o número de Nusselt local mostraram que o mesmo é mais sensível à forma da seção transversal do microcanal do que o número de Poiseuille. Esses resultados foram determinados através das equações de conservação da massa, Navier-Stokes e energia, por dinâmica dos fluidos computacional (CFD). / In recent years, the reduction of electronic devices in several application fields, such as biomedicine, chemistry and computer technology has been providing high efficiency related to the space in equipment. At the same time, this reduction in physical space is counterweighted by the high performance required at the refrigeration systems in such equipment. Therefore, the thermal control is one of the most critical areas for the development of modern microelectronic devices. A lot of experimental and numerical studies have been done by several researchers, in the last decades, seeking to investigate the hydrodynamic and heat transfer in microscale. However, the results show divergences among them. In general, these related diversions can be viewed through the Poiseuille and Nusselt numbers, when compared to the predicted results through conventional theory. Usually, the reported divergences related to the measurements in microscale are associated to the microchannel geometric factors, such as channel aspect ratio, channel hydraulic diameter and surface roughness. Some deviations related to the friction factor were attributed to cross-section variations of the microchannels. The aim of this work was verify numerically how the hydrodynamic and heat transfer characteristics can be influenced by cross-section variations of the microchannels. The results obtained for the single-phase laminar flow of water in microchannels with deformities at the cross-section were compared to the perfect ones, through Poiseuille and local Nusselt numbers. Deviations at Poiseuille and local Nusselt numbers, through imperfections and variations of the cross-section of microchannels, were verified. Some deviations at Poiseuille number were dependent on Reynolds number. However, some results obtained for the local Nusselt number showed that it is more sensitive to the shape of the cross-section of the microchannel than Poiseuille number. Such results were obtained through mass conservation, Navier-Stokes and energy equations, by computational fluid dynamics (CFD).

No presente trabalho são empregadas ferramentas de fluidodinâmica computacional (CFD) como base à criação de uma rede de reatores equivalente para o estudo de um reator de leito fluidizado borbulhante em escala piloto pertencente à CIENTEC-RS, empregado para a gaseificação de carvão das minas de Candiota-RS. Inicialmente, foram conduzidas simulações fluidodinâmicas em meio reacional gasoso (utilizando metano e ar) para análise do comportamento do escoamento no gaseificador. A partir de medições do equipamento real e dados de projeto do mesmo foi implementada no software CFX 13.0 a geometria do reator e foram realizados testes de convergência de malhas computacionais, de forma a escolher a mais apropriada para a realização das simulações em CFD. A avaliação de parâmetros como perfis de velocidade e concentrações ao longo do reator serviram para a escolha das malhas para a continuidade do estudo. Diferentes variações na geometria foram propostas, de modo a simplificá-la, reduzindo o custo computacional das simulações, porém mantendo a qualidade dos resultados. Foram, ainda, avaliados os padrões de escoamento típicos do reator, operando em fase gasosa e na presença de um leito fluidizado. De posse dos padrões de escoamentos obtidos foi proposta uma rede de reatores equivalentes – ERN (equivalent reactor network) a fim de modelar o reator da CIENTEC, empregando um modelo cinético detalhado para determinação das taxas de reação na fase gasosa. Para fins de avaliação da metodologia, conduziram-se simulações envolvendo a combustão de metano, analogamente ao estudo em CFD, e envolvendo o processo de gaseificação de carvão, com as características do obtido nas minas de Candiota. O objetivo do estudo foi avaliar os pontos cruciais no desenvolvimento de um modelo ERN e prever as características dos produtos obtidos para diferentes condições operacionais. Espera-se que este modelo seja aprimorado e usado para o melhoramento e otimização do processo, com o propósito de obter um gás de potencial energético e com características adequadas à utilização como insumo para processos carboquímicos. / In this dissertation, computational fluid dynamics (CFD) simulations were applied to develop equivalent reactor networks (ERN) for the study of a bubbling fluidized bed reactor from CIENTEC-RS, used for coal gasification. Initially, the computational geometry of the gasifier was created using the software CFX 13.0, based on field measurements and design data. Mesh convergence tests were carried out in order to choose the most appropriate for obtaining accurate solutions, using gas-phase reactions. Different variations in geometry were proposed in order to reduce the computational cost of the simulations, while maintaining the quality of the results. The simulations also evaluated the typical flow patterns of the reactor operating in the gaseous phase and in the presence of a fluidized bed. The flow patterns were used as a basis for proposing equivalent reactor networks for the CIENTEC reactor, using a detailed kinetic model to determine the reaction rates in the gas phase. For methodology evaluation purposes, simulations involving the combustion of methane were conducted, similar to the study in CFD, as well as the coal gasification process. The aim of the study was to evaluate the crucial points in the development of an ERN model and to predict the characteristics of the gaseous product streams obtained for different operating conditions. It is expected that this model can be used for the improvement and optimization of the gasification process, in order to obtain a gas with energetic potential and suitable for using it as a feedstock for carbochemical processes.

Micrositing é o campo do posicionamento estratégico dos aerogeradores na área do parque eólico visando a con guração mais promissora em termos econômicos ou de produção. Dado que em terrenos complexos as características do vento variam na área do parque eólico de forma não-linear, emprega-se a modelagem numérica do vento por CFD para extrapolar os dados medidos para toda a região. O presente trabalho consiste no desenvolvimento de uma metodologia de micrositing em terrenos complexos capaz de auxiliar no projeto do layout e seleção do tipo e altura de eixo do aerogerador que maximiza o fator de capacidade (FC) utilizando softwares livres de código aberto. A metodologia consiste na simulação do vento para várias direções de incidência, assimilação das medições, convers ão de velocidade em densidade de potência, ponderação por frequência de ocorrência de cada direção, sobreposição, seleção das coordenadas dos aerogeradores e cálculo do FC para diversas con gurações de tipo e altura de eixo dos aerogeradores. Veri cação, validação e seleção das constantes do modelo de turbulência é realizada anteriormente às simulações Veri cou-se que o modelo k- produziu um escoamento horizontalmente homog êneo e que o melhor desempenho na validação foi obtido com a escolha de constantes para escoamentos atmosféricos. A metodologia foi demonstrada em uma região de terreno complexo em que o FC do parque eólico proposto apresentou caráter convergente com o re no progressivo da malha, porém oscilatório em termos do número de direções simuladas. Por m, obteve-se FC brutos superiores a 40% para as cinco melhores con gurações e de aproximadamente 52% no melhor caso, indicando bom potencial eólico. A metodologia foi capaz de preencher uma lacuna na literatura cientí ca de micrositing ao possibilitar o planejamento do layout, tipo de aerogerador e altura de eixo, bem como a estimativa da produção e FC brutos da usina em terrenos complexos. Além disso, a estrutura de trabalho com o uso de recursos computacionais livres e de código aberto reforça o caráter de desenvolvimento contínuo, compartilhamento e transparência da metodologia. / Micrositing is the eld concerned with the strategic positioning of wind turbines in the wind farm area aimed at the most promissing con guration economically- or yield-wise. Given the wind characteristics vary non-linearly across the wind farm area in complex terrain, numerical wind modeling with CFD is employed to extrapolate the measured data to the whole site. The present work consists of the development of a micrositing methodology in complex terrain capable of assisting the layout project and selection of wind turbine type and hub height that maximizes the capacity factor (CF) using free and open-source software. The methodology consists of simulating the wind for a number of incoming directions, assimilation of measurements, conversion of wind speed into power density, weighing by frequency of occurrence of each direction, overlapping, selection of wind turbine coordinates and CF calculation for a number of wind turbine types and hub heights. Veri cation, validation and selection of turbulence model constants is performed previous to the simulations It was veri ed that the k- model is able to sustain horizontally-homogeneous ow and that the classic atmospheric ow constants performed best in the validation step. The methodology was demonstrated in a complex terrain region for which the proposed wind farm CF showed converging behavior with progressive mesh re nement, however oscillating with the number of wind directions simulated. Ultimately, CF greater than 40% were obtained with the ve best performing con gurations and approximately 52% in the best case scenario, suggesting good wind potential. The methodology was capable of lling a major gap in the scienti c literature of micrositing for allowing the layout planning, selection of wind turbine type and hub height, as well as gross production estimates and CF for the wind farm in complex terrain. Additionally, the free and open-source-based framework strengthens the continuous development, sharing and transparency of the methodology.

Uma das mais recentes abordagens propostas na literatura para tratar o problema do alto número de Weissenberg (We) é a Formulação Log-Conformação (FLC). Nesta formulação, a equação constitutiva viscoelástica utilizada é reescrita em termos de uma variável Ψ, que é o logaritmo do tensor conformação. Apesar do potencial de aplicação da FLC, pouca atenção tem sido dirigida para análise da acurácia da solução obtida para o campo de tensões quando se utiliza esta formulação. Assim, o objetivo do presente trabalho foi estudar a acurácia da solução obtida pela FLC na análise de escoamentos de fluidos viscoelásticos usando duas geometrias padrão de estudo: placas paralelas e cavidade quadrada com tampa móvel. Primeiramente, a FLC foi implementada no pacote de CFD OpenFOAM. Em seguida foram verificados os limites do número de Weissenberg na formulação numérica padrão (Welim,P), onde para a geometria de placas paralelas foi encontrado Welim,P = 0,3 e para a geometria da cavidade quadrada com tampa móvel foi encontrado Welim,P = 0,8. Depois o código implementado foi aplicado em ambas as geometrias, comparando-se a solução obtida pela FLC com aquela da formulação padrão na faixa de We < Welim,P. Os resultados obtidos na geometria de placas paralelas apresentaram boa concordância com a solução padrão e solução analítica. Para a geometria da cavidade quadrada com tampa móvel, que não possui solução analítica, boa concordância dos resultados também foi observada em comparação com a solução padrão. Posteriormente foram comparados os resultados obtidos pela FLC na faixa de We > Welim,P. Na geometria de placas paralelas, além da boa concordância com a solução analítica, obteve-se convergência em todos os casos estudados neste trabalho, com o maior número de Weissenberg utilizado sendo igual a 8 Os resultados da geometria da cavidade quadrada com tampa móvel também apresentaram boa concordância em comparação com dados da literatura, porém a convergência foi obtida até para We = 2. Com respeito à comparação das formulações numéricas com a solução analítica, feita apenas na geometria de placas paralelas, foi observado um erro máximo de 7,57% na solução padrão e de 12,33% na FLC. Em relação à análise da qualidade das tensões usando os resíduos da equação constitutiva viscoelástica como critério de acurácia, foi verificado nas duas geometrias que os valores de tensão obtidos usando a FLC são menos acurados que aqueles obtidos pela formulação explícita no tensor das tensões nos casos em que esta última converge. Também foi observado que a acurácia diminui com o aumento do We. Esse efeito pôde ser melhor notado na geometria de placas paralelas. Uma razão para a perda de acurácia da tensão provavelmente ocorre devido à natureza matemática da transformação algébrica inversa de Ψxx para τxx. O novo solver implementado neste trabalho apresentou convergência e soluções corretas para as duas geometrias, logo foi implementado corretamente. Ele também potencializa o solver de partida viscoelastiFluidFoam ao estender simulações para uma faixa maior do número de Weissenberg. / A recent approach proposed in the literature to deal with the High Weissenberg Number Problem is the Log-Conformation formulation (LCF). In this formulation the viscoelastic constitutive equation is rewritten in terms of the logarithm of the conformation tensor Ψ. Despite the great potential application of the LCF, little attention has been given in the literature to the accuracy of the obtained stress fields. The purpose of this work was to study the solution obtained by LCF in the analysis of viscoelastic flows using two benchmark geometries: parallel plates and lid driven cavity. Firstly, the LCF was implemented in the OpenFOAM CFD package. Then, the limits of Weissenberg number for the standard numerical formulation (Welim,P) were verified, obtaining Welim,P = 0.3 for the parallel plates and Welim,P = 0.8 for the lid driven cavity. When comparing the solution obtained by the LCF with that of the standard formulation in a range of We < Welim,P, the results obtained for the parallel plates geometry showed good agreement with the standard solution and the analytical solution. For the lid driven cavity geometry, for which there is not analytical solution, good agreement with the standard solution was also observed. For We > Welim,P in the parallel plates geometry, in addition to the good agreement with the analytical solution, it was possible to obtain convergence in all the cases studied in this work, with the largest number of Weissenberg used being equal to 8 The results of the lid driven cavity geometry also presented good agreement in comparison with literature data, but convergence was obtained up to We = 2. With respect to the comparison of the numerical formulations with the analytical solution for the parallel plates geometry, a maximum error of 7.57% was observed in the standard solution and of 12.33% in the LCF. When using the residues of the viscoelastic constitutive equation as a criterion of accuracy, it was verified that for the two geometries the stress values obtained using the LCF were less accurate than those obtained by the explicit formulation in the stress tensor. It has also been observed that accuracy decreases with increasing of We. One reason for the loss of stress accuracy probably occurs because of the mathematical nature of the inverse algebraic transformation from Ψxx to τxx. The new solver implemented in this work presented convergence and correct solutions for the two geometries, so it was implemented correctly. It also potentiates the viscoelastiFluidFoam starting solver by extending simulations to a larger range of Weissenberg number.