No lingotamento contínuo, o fenômeno de clogging é um problema ainda a ser resolvido e pouco se sabe a respeito da fluidodinâmica em válvulas do tipo tampão. Este trabalho pretende contribuir para uma melhor compreensão do mecanismo de deposição de inclusões de alumina, empregando um modelo fluidodinâmico computacional para caracterizar o escoamento do aço na região da válvula tampão. Para o cálculo, foi modelada uma geometria tridimensional da região próxima à válvula. A solução do escoamento foi realizada usando as equações de Navier-Stokes com médias de Reynolds (RANS). A deposição de inclusões foi implementada com dois modelos distintos: Lagrangeano e o ASM (Algebraic Slip Model). Foram avaliadas diferentes aberturas do tampão para visualizar o comportamento do aço na região da válvula e relacioná-lo à taxa de deposição de inclusões. Observou-se que, para ambos os modelos, quanto mais elevada estiver a válvula tampão, menor a taxa de deposição de inclusões. Numa segunda etapa, foi simulada a injeção de gás através do colo da válvula por meio de 16 injetores com o objetivo de ver a influência desta nas regiões de mais provável deposição. Observou-se que a injeção de gás contribuiu para a redução da taxa de deposição na região da válvula. / The clogging phenomenon is a yet to be solved problem and there is little knowledge about the fluid-dynamic relation to inclusions deposition. The purpose of this study is to help to understand the inclusions deposition mechanism, employing a CFD model to describe the steel flow in a stopper rod. A 3D geometry of the nozzle region was built and the results were obtained using Reynolds Average Navier-Stokes (RANS). The study of the deposition of inclusions was implemented with two different models: Lagrangian and ASM (Algebraic Slip Model). Different stopper rod openings were evaluated in order to visualize the steel flow through the nozzle and compare the alumina deposition rate. It was observed that larger stopper rod openings lower the inclusions deposition rate. In the second part of this study, the gas is injected through 16 points located at the nozzle to evaluate its influence on the aluminum deposition rate. The comparison between numerical results showed that the gas injection has reduced the deposition rate on the stopper rod region.

Nesse trabalho estudamos as integrais de parte finita de Hadamard e aplicações envolvendo discos submersos em escoamentos potenciais. Estas aplicações são formuladas através de equações integrais. São estudados casos em que um disco é liso, na presença de uma superfície livre, e casos em que o disco é rugoso em um fluido ilimitado. A combinação destes dois casos é considerada e tratada por um método de perturbação, que resulta em uma sequência de equações integrais simplificadas. Um método numérico é proposto para a solução destas equações. / In this work we study Hadamard's finite part integraIs and applications involving submerged discs in a potential flow. These applications are formulated using integral equations. We study cases in which the disc is flat, in the presence of a free surface, and in which the disc is wrinkled in an unbounded fluido The combination of these two cases is considered and treated using a perturbation method, resulting in a sequence of simplified integral equations. A numerical method is proposed for the solution of these equations.

O objetivo deste trabalho é a simulação numérica de escoamentos incompressíveis bidimensionais em dutos com expansão brusca, considerando o raio de expansão de 3 : 1. As equações governantes implementadas são as de Navier, que junto com relações constitutivas para a tensão visam representar comportamentos não newtonianos. A integração temporal é feita usando o esquema explícito de Runge-Kutta com três estágios e de segunda ordem; as derivadas espaciais são aproximadas pelo método de diferenças finitas centrais. Escoamentos em expansões bruscas para fluidos newtonianos apresentam um número de Reynolds crítico, dependente do raio de expansão, na qual três soluções passam a ser encontradas: uma solução sim étrica instável e duas soluções assimétricas rebatidas estáveis. Aumentando o número de Reynolds, a solução passa a ser tridimensional e dependente do tempo. Dessa forma, o objetivo é encontrar as diferenças que ocorrem no comportamento do fluxo quando o fluido utilizado possui características não newtonianas. As relações constitutivas empregadas pertencem à classe de fluidos newtonianos generalizados: power-law, Bingham e Herschel-Bulkley. Esses modelos prevêem comportamentos pseudoplásticos e dilatantes, plásticos e viscoplásticos, respectivamente. Os resultados numéricos mostram diferenças entre as soluções newtonianas e não newtonianas para Reynolds variando de 30 a 300. Os valores de Reynolds críticos para o modelo power-law não apresentaram grandes diferenças em comparação com os da solução newtoniana. Algumas variações foram percebidas nos perfis de velocidade. Entretanto, os resultados obtidos com os modelos de Bingham e Herschel-Bulkley apresentaram diferenças significativas quando comparados com os newtonianos com o aumento do parâmetro adimensional Bingham; à medida que Bingham é aumentado, o tamanho dos vórtices diminui. Além disso, os perfis de velocidade apresentam diferenças relevantes, uma vez que o fluxo possui regiões onde o fluido se comporta como sólido.

CARNEIRO, F. O. M. Levantamento de curvas de eficiência de aerogeradores de 3m de diâmetro utilizando modelos de turbulência RANS de uma e duas equações com comparação experimental. 2011. 82 f. Dissertação (Mestrado em Engenharia Mecânica) – Centro de Tecnologia, Universidade Federal do Ceará, Fortaleza, 2011. / Submitted by Marlene Sousa (mmarlene@ufc.br) on 2016-03-21T15:37:45Z No. of bitstreams: 1 2011_dis_fomcarneiro.pdf: 1235728 bytes, checksum: eef97963b333c0ef898e74014d10e7f6 (MD5) / Approved for entry into archive by Marlene Sousa(mmarlene@ufc.br) on 2016-03-31T15:55:08Z (GMT) No. of bitstreams: 1 2011_dis_fomcarneiro.pdf: 1235728 bytes, checksum: eef97963b333c0ef898e74014d10e7f6 (MD5) / Made available in DSpace on 2016-03-31T15:55:08Z (GMT). No. of bitstreams: 1 2011_dis_fomcarneiro.pdf: 1235728 bytes, checksum: eef97963b333c0ef898e74014d10e7f6 (MD5) Previous issue date: 2011-02-28 / A survey was conducted, consisting of efficiency curves applying RANS turbulence numerical models of one and two equations for a wind turbine with a diameter of 3m, using blades designed to operate under different λ with NACA 0012, 4412 and 6412 profiles. The parameterization of the mesh geometry to the size of the rotor, together with the parameterization of the refinement level compared to the ability of RANS models reached independence from the grid to the solution. Later, a numerical analysis was performed to compare the best result – a blade designed to operate under λ = 6 with the NACA 6412 profile - against experimental data. The experimental apparatus was able to collect data rotation and torque of the rotor simultaneously with the measurement of wind velocity, which obtained a maximum efficiency of approximately 25% and an operating range limited to λ = 6. It can be concluded that the models provide good accuracy in predicting the operating range of λ, however the values of Cp were underestimated. The k-ω SST model showed the best results among all. / Realizou-se o levantamento de curvas de eficiência utilizando odelos numéricos RANS de uma e duas equações para um erogerador com 3m de diâmetro, utilizando pás projetadas para operar em diferentes condições de λ com perfis NACA 0012, 4412 e 6412. A parametrização da geometria da malha para a dimensão do rotor, juntamente com a parametrização do refinamento frente à capacidade dos modelos RANS obteve a independência da malha à solução. Posteriormente a análise numérica realizou a comparação do melhor resultado – pá projetada λ=6 com o perfil NACA 6412 – com dados experimentais. O aparato experimental foi capaz de coletar dados de rotação e torque do rotor simultaneamente com a medição da velocidade do vento, no qual foi obtido um valor máximo de eficiência de aproximadamente 25% e uma faixa de operação limitada a λ=6. Conclui-se que os modelos fornecem boa precisão em predizer a faixa operacional de λ, no entanto os valores de Cp foram subestimados. O modelo k-ω SST apresentou o melhor resultados dentre todos.

Made available in DSpace on 2016-08-29T15:39:06Z (GMT). No. of bitstreams: 1 tese_9534_Dissertação Kamilla Malverdi versão inicial.pdf: 2544191 bytes, checksum: 5bb75b3cbf05bc7d22f2c680d43a413c (MD5) Previous issue date: 2016-01-25 / O aumento significativo no consumo e industrialização de água de coco verde no Brasil tem gerado grande quantidade de resíduos, os quais ampliam os problemas ambientais quando dispostos de maneira inadequada. No contexto atual de crescentes preocupações com questões energéticas, o potencial dessa biomassa como fonte renovável de energia é destacado. Dentre as tecnologias de conversão termoquímica de materiais lignocelulósicos, a técnica de pirólise vem recebendo atenção especial e o leito de jorro tem sido investigado como um reator promissor para esse processo, devido ao bom contato gás-sólido que proporciona. Entretanto, a complexidade fluidodinâmica nesse equipamento permanece sendo o principal obstáculo para sua utilização. Assim, com o intuito de contribuir para a aplicação do leito de jorro como reator de pirólise, este trabalho tem como objetivo investigar o comportamento fluidodinâmico das misturas de casca de coco e areia por meio de estudos experimentais e simulação via CFD. A análise dos dados de queda de pressão no leito permitiu identificar regimes de jorro estáveis para misturas com até 40% em massa de casca de coco. Para avaliar o efeito da fração mássica da casca de coco (10, 25 e 40 %) e altura de leito estático (6, 8, 10 cm) sobre a condição de jorro mínimo, foi realizada uma análise estatística por meio de um planejamento fatorial 32 com dois pontos centrais. Foi verificada a influência da massa total das partículas no leito e porosidade da mistura sobre a condição de mínimo jorro. A segregação ocorreu de forma sutil para todas as condições experimentais e o índice de mistura se desviou mais do ideal na base do equipamento, com predominância de areia, partícula mais densa, nessa região. O modelo Euleriano Granular Multifásico foi utilizado para descrever o escoamento de ar-sólido no leito de jorro e mostrou-se adequado para representar qualitativamente esse fenômeno. Entretanto, ao se analisar os valores de queda de pressão de mínimo jorro, nota-se que os resultados simulados subestimam os experimentais, com um erro relativo máximo de -34,26%. Diante da análise da estabilidade do leito, segregação e a fração de volume de cada fase na mistura, é recomendada a utilização de misturas com fração mássica de casca de coco de 25% em testes de pirólise.

Dissertação (mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnologico / Made available in DSpace on 2016-01-08T16:48:45Z (GMT). No. of bitstreams: 1 81185.pdf: 2346116 bytes, checksum: 5a03735b7707061d9b0c603e7a13bb1a (MD5) Previous issue date: 1990 / O presente trabalho apresenta uma metodologia para a solução de escoamentos bi-dimensionais sobre corpos de geometrias arbitrárias, em coordenadas generalizadas usando variáveis co-localizadas. O uso de variáveis co-localizadas não tem recebido a adequada atenção dos analistas numéricos que usam volumes finitos devido as dificuldades inerentes ao acoplamento pressão-velocidades presente nas equações de Navier-Stokes. Se por um lado o uso de variáveis desencontradas introduz o adequado acoplamento entre a pressão e a velocidade para escoamentos incompressíveis, introduz também a necessidade de diferentes volumes de controle para as variáveis dependentes. Para situações tridimensionais, empregando-se coordenadas generalizadas, isto acarreta o armazenamento de um grande número de informações geometricas para cada volume de controle, o que torna inviável o uso de variáveis desencontradas. Associada ao maior armazenamento está a necessidade de um número maior de operações algébricas, como por exemplo, no cálculo dos fluxos mássicos nas interfaces do volume de controle, ocasionando um maior tempo de computação. Neste trabalho é desenvolvido um modelo numérico empregando variáveis co-localizadas que apresenta excelente desempenho quando comparado com o modelo que emprega variáveis desencontradas. O modelo emprega uma linearização do tipo Newton-Raphson para o fluxo de massa, o que permite resolver problemas para escoamentos de alta e baixa velocidades. Para a validação do modelo são analisados problemas bi-dimensionais em coordenadas cartesianas e generalizadas. Em coordenadas cartesianas são analisados os problemas do escoamento a baixa velocidade na região de entrada de um duto constituído de placas paralelas e o problema do escoamento supersônico sobre um anteparo plano, enquanto que em coordenadas generalizadas são analisados os problemas de escoamento sobre o perfil NACA 0012, sobre a parte frontal do VLS, sobre um cone, sobre uma cunha e sobre a região do VLS onde se encontram os boosters, admitindo uma situação bi-dimensional.

Dissertação (mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnologico / Made available in DSpace on 2016-01-08T17:19:42Z (GMT). No. of bitstreams: 1 83626.pdf: 2127045 bytes, checksum: e43247dd93d1d62b5c6efdc0696deabf (MD5) Previous issue date: 1991 / O presente trabalho foi realizado para simular escoamentos cujos efeitos de turbulência e de dissipação viscosa são muito atuantes, particularmente nos escoamentos supersônicos sobre superfícies tais como as das aeronaves. Nos escoamentos supersônicos, a simulação numérica usando as equações de Euler tem obtido bons resultados quanto ao coeficiente de pressão, mas, essas soluções não fornecem os coeficientes de atrito sobre as superfícies nem os efeitos da dissipação viscosa, os quais são importantes para a engenharia. Por exemplo, conhecendo os coeficientes de pressão e de atrito, podemos obter as tensões atuantes nas superfícies consideradas, os quais podem ser utilizados para cálculos estruturais em veículos, previsão de suporte em tubulaçoes, cálculo de arrasto em veículos, determinação de energias perdidas, etc. E conhecendo os efeitos da dissipação viscosa, podemos obter a distribuição da temperatura superficial, com isso, estimar a isolação necessária para proteger as partes internas a superfície sensíveis ao calor e escolher o material à confecção da superfície. Portanto, com o objetivo principal de obter essas duas variáveis, coeficiente de atrito e efeito da dissipação viscosa, para os escoamentos exteriores a superfícies, foi proposto o presente trabalho, no qual foram utilizadas as equações de Navier-Stokes.

O objetivo deste trabalho é a simulação numérica de escoamentos incompressíveis bidimensionais em dutos com expansão brusca, considerando o raio de expansão de 3 : 1. As equações governantes implementadas são as de Navier, que junto com relações constitutivas para a tensão visam representar comportamentos não newtonianos. A integração temporal é feita usando o esquema explícito de Runge-Kutta com três estágios e de segunda ordem; as derivadas espaciais são aproximadas pelo método de diferenças finitas centrais. Escoamentos em expansões bruscas para fluidos newtonianos apresentam um número de Reynolds crítico, dependente do raio de expansão, na qual três soluções passam a ser encontradas: uma solução sim étrica instável e duas soluções assimétricas rebatidas estáveis. Aumentando o número de Reynolds, a solução passa a ser tridimensional e dependente do tempo. Dessa forma, o objetivo é encontrar as diferenças que ocorrem no comportamento do fluxo quando o fluido utilizado possui características não newtonianas. As relações constitutivas empregadas pertencem à classe de fluidos newtonianos generalizados: power-law, Bingham e Herschel-Bulkley. Esses modelos prevêem comportamentos pseudoplásticos e dilatantes, plásticos e viscoplásticos, respectivamente. Os resultados numéricos mostram diferenças entre as soluções newtonianas e não newtonianas para Reynolds variando de 30 a 300. Os valores de Reynolds críticos para o modelo power-law não apresentaram grandes diferenças em comparação com os da solução newtoniana. Algumas variações foram percebidas nos perfis de velocidade. Entretanto, os resultados obtidos com os modelos de Bingham e Herschel-Bulkley apresentaram diferenças significativas quando comparados com os newtonianos com o aumento do parâmetro adimensional Bingham; à medida que Bingham é aumentado, o tamanho dos vórtices diminui. Além disso, os perfis de velocidade apresentam diferenças relevantes, uma vez que o fluxo possui regiões onde o fluido se comporta como sólido.

Nesse trabalho estudamos as integrais de parte finita de Hadamard e aplicações envolvendo discos submersos em escoamentos potenciais. Estas aplicações são formuladas através de equações integrais. São estudados casos em que um disco é liso, na presença de uma superfície livre, e casos em que o disco é rugoso em um fluido ilimitado. A combinação destes dois casos é considerada e tratada por um método de perturbação, que resulta em uma sequência de equações integrais simplificadas. Um método numérico é proposto para a solução destas equações. / In this work we study Hadamard's finite part integraIs and applications involving submerged discs in a potential flow. These applications are formulated using integral equations. We study cases in which the disc is flat, in the presence of a free surface, and in which the disc is wrinkled in an unbounded fluido The combination of these two cases is considered and treated using a perturbation method, resulting in a sequence of simplified integral equations. A numerical method is proposed for the solution of these equations.

Neste trabalho investiga-se a interação fluido-estrutura de um cabo submerso em um fluido. Esta investigação será feita através do acoplamento entre a modelagem da dinâmica do cabo com o movimento do fluido. Para a dinâmica do cabo propõe-se uma formulação inédita, que consiste em supor que a flexibilidade contínua é representada por uma aproximação discreta, constituída de elos rígidos conectados por articulações elásticas, permitindo movimentos no espaço tridimensional. Para o movimento do fluido propõe-se o escoamento sobre um cilindro circular, onde as soluções analíticas das equações de Navier-Stokes serão resolvidas através do Método da Decomposição de Adomian. Através deste método, são determinadas as funções que aproximam as componentes da velocidade e a partir destas determina-se uma expressão para a pressão que o fluido exerce sobre o cilindro. O acoplamento será feito determinando a força resultante que o fluido exerce sobre o cabo, através da integração analítica da diferença de pressão em cada elemento de área do cabo. Através da expressão da força resultante, são determinadas as forças atuantes sobre cada elo do cabo e a partir destas forças são calculados os torques em elevação e azimute em cada articulação fictícia. Estes torques são considerados na modelagem dinâmica do cabo como uma perturbação externa nos movimentos do mesmo, e então são realizadas várias simulações com o cabo submerso na água. / In this work I investigate the fluid-structure interaction problem of a submerse cable into a fluid. This investigation will be made through the coupling between the modeling of the dynamics of the cable with the movement of the fluid. To the dynamic cable, it is proposed a new formulation, which consists in presuming that the continuous flexibility is represented by the discret approach, that consists of rigid links connected by elastic joints, allowing movements on the threedimensional space. For the fluid movement it is proposed the flow around a circular cylinder, where the analytical solutions of the Navier-Stokes equations will be solved by the Adomian Method of Decomposition. By this method are determined the functions that approach the speed components and from this determined an expression for the pressure that the fluid exerts on the cylinder. The coupling will be determined as a result of the strength that the fluid exerts on the cable, by the analytical integration of the pressure difference in every element of the cable area. By the expression of the resultant strength, we determine the strengths on every link of the cable and from these strengths are calculated the torques of elevation and azimuth in every link considered on the dynamic model of the cable as an external force on the movements of the same; then are realized a lot of simulations with the submerse cable on the water.