Dissertação (mestrado)—Universidade de Brasília, Faculdade de Tecnologia, Departamento de Engenharia Mecânica, 2014. / Submitted by Larissa Stefane Vieira Rodrigues (larissarodrigues@bce.unb.br) on 2014-12-02T15:46:41Z No. of bitstreams: 1 2014_PauloAugustoStrobelFreitasESilva.pdf: 47422419 bytes, checksum: baf3ac8548161d08659a4c3bbceaafef (MD5) / Approved for entry into archive by Raquel Viana(raquelviana@bce.unb.br) on 2014-12-03T11:50:00Z (GMT) No. of bitstreams: 1 2014_PauloAugustoStrobelFreitasESilva.pdf: 47422419 bytes, checksum: baf3ac8548161d08659a4c3bbceaafef (MD5) / Made available in DSpace on 2014-12-03T11:50:00Z (GMT). No. of bitstreams: 1 2014_PauloAugustoStrobelFreitasESilva.pdf: 47422419 bytes, checksum: baf3ac8548161d08659a4c3bbceaafef (MD5) / Em turbinas de eixo horizontal, o estudo do escoamento é de grande importância, pois está diretamente relacionado a eficiência e ao projeto do rotor. Esse trabalho tem como objetivo geral a modelagem e simulação numérica do escoamento ao redor de turbinas hidrocinética por meio da dinâmica dos fluidos computacional (CFD). Como objetivo específico, pretendese realizar um estudo de convergência de malha, modelo de esteira de vórtice de Rankine, esteira aerodinâmica, cavitação e validação com referência experimental. Para atingir esses objetivos, adotou-se o modelo de turbulência SST e configurações de malhas que permitissem proximidade com dados experimentais. Após essa etapa da validação, faz-se a simulação da turbina hidrocinética. Os resultados numéricos obtidos mostram a eficácia da prevenção de cavitação do algoritmo baseado no modelo BEM e relação entre o modelo de vórtice de Rankine e o colapso da camada limite. Além de apresentar a caracterização da curva de coeficiente potência, estrutura de vórtice e recuperação de velocidade na esteira. ______________________________________________________________________________ ABSTRACT / In turbines of horizontal axis, the study of the flow has great importance, because is directly linked with efficiency an the design of rotor. This workhas as general objective the modelling and numeric simulation of the flow around of turbines using Computational Fluid Dynamics (CFD). As specific goal, intends to perform a mesh indenpendence study, Rankine vortex wake model, near and far wake, cavitation and validation with experimental reference. To reach these obejectives, was adopted Shear Stress Transport (SST) turbulence model and configuration of mesh that allow accuracy wiht experimental data. After this step of validation, it is made the simulation of hydrokinetic turbine. The numeric results obtained shows the effectiveness of algoritm (based in BEM) to avoid cavitation and the relationship between Rankine vortex wake model and collapse of boundary layer. In addition to presenting the caracterization of power coefficient curve, structure of vortex and recovery of velocity in the wake.

Dissertação (mestrado)—Universidade de Brasília, Faculdade de Tecnologia, Departamento de Engenharia Civil e Ambiental, 2006. / Submitted by Raquel Viana (tempestade_b@hotmail.com) on 2009-11-17T16:33:30Z No. of bitstreams: 1 2006_LuisCarlosdeSousaJunior.pdf: 3624386 bytes, checksum: a1e8907927211b9a18f2419896109738 (MD5) / Approved for entry into archive by Carolina Campos(carolinacamposmaia@gmail.com) on 2009-11-25T19:35:43Z (GMT) No. of bitstreams: 1 2006_LuisCarlosdeSousaJunior.pdf: 3624386 bytes, checksum: a1e8907927211b9a18f2419896109738 (MD5) / Made available in DSpace on 2009-11-25T19:35:43Z (GMT). No. of bitstreams: 1 2006_LuisCarlosdeSousaJunior.pdf: 3624386 bytes, checksum: a1e8907927211b9a18f2419896109738 (MD5) Previous issue date: 2006-08 / Em muitos casos práticos de Engenharia, uma estrutura pode ter seu comportamento dinâmico alterado em função da presença de um fluido denso, e nesses casos, deve-se investir em uma abordagem Fluido-Estrutura. Quando houver um regime de pequenos deslocamentos, tanto para a estrutura como para o fluido, este se torna um problema Acústico-Mecânico. Este trabalho apresenta alguns resultados numéricos baseados na formulação em Elementos Finitos (EF) “U-p” (deslocamento-pressão) (Zienkiewicz e Newton 1969). Essa formulação foi adotada devido a sua ampla utilização, ter mostrado bons resultados em mais de três décadas e pelo fato de ser a base de códigos computacionais comerciais. É também apresentara uma proposta de formulação numérica equivalente a anterior, porém em Diferenças Finitas (DF). Esse modelo em DF considera estruturas laminares do tipo viga. Em ambas as formulações (EF e DF), o fluido é modelado por meio da equação da onda e condições de contorno diversas: interação fluido-estrutura, parede rígida, ondas de gravidade de pequenas amplitudes e radiação. São apresentados resultados de casos sintéticos, no qual foi possível explorar as potencialidades das formulações numéricas (acoplamento, condições de contorno). Estes problemas são analisados para o caso de vibrações livres e forçadas. Para a integração no tempo, foi utilizado o Método de Newmark, que se mostrou eficaz mesmo com as matrizes acopladas (fluido+estrutura). Parâmetros governantes fluido-estrutura são incorporados nas analises. São também apresentados modelos simplificados baseados no conceito de massa adicional. Os modos naturais de perfil típico de uma barragem gravidade de concreto foram calculados. Simulações transientes foram feitas para entender a resposta dessa estrutura típica sob condições acopladas e desacopladas com o reservatório, quando sujeita a um movimento harmônico do solo. ____________________________________________________________________________________ ABSTRACT / In many Engineering practical cases, the structural dynamic behavior can be strongly changed by the presence of a dense fluid, and in these cases, some effort on a fluidstructure analysis must be done. Particularly when there are small displacements for fluid and structure this becomes an acoustic-mechanic problem. This work present some numerical results based on a finite element (FE) formulation “Up” (displacement – pressure) (Zienkiewicz and Newton 1969). This formulation was adopted because of its well established used, its good results in more than three decades and base for commercial programs. Also, an equivalent numerical formulation is presented, but it’s based in finite differences method (FD). These FD model consider laminated structures like beams. In both formulations (FE and FD), the fluid is modeled by wave equation and various boundary conditions: fluid-structure interaction, rigid wall, small amplitude gravity waves and radiation. Results from synthetic cases are presented and possibilities explored of the numerical formulations (coupling, boundary conditions). These problems are analyzed in cases of free and forced vibration. For time integration, the Newmark Method was used, and it was efficient for coupled matrices (fluid + structure). Fluid-structure governing parameters are incorporated on analysis. Results from simplified models based on added mass concept are also showed. Natural modes of a typical concrete gravity dam were calculated. Transient simulations were done to understand structural response when coupled and uncoupled with reservoir when submitted to a harmonic ground motion.

Dissertação (mestrado)—Universidade de Brasília, Faculdade de Tecnologia, Departamento de Engenharia Mecânica, 2009. / Submitted by Allan Wanick Motta (allan_wanick@hotmail.com) on 2010-04-08T14:05:14Z No. of bitstreams: 1 2009_RegisSilvestredaCAtaides.pdf: 9470781 bytes, checksum: 17ea858ef7e4c07a26599c6153344080 (MD5) / Approved for entry into archive by Lucila Saraiva(lucilasaraiva1@gmail.com) on 2010-04-26T21:50:10Z (GMT) No. of bitstreams: 1 2009_RegisSilvestredaCAtaides.pdf: 9470781 bytes, checksum: 17ea858ef7e4c07a26599c6153344080 (MD5) / Made available in DSpace on 2010-04-26T21:50:10Z (GMT). No. of bitstreams: 1 2009_RegisSilvestredaCAtaides.pdf: 9470781 bytes, checksum: 17ea858ef7e4c07a26599c6153344080 (MD5) Previous issue date: 2009 / Este trabalho tem como objetivo a implementação e avaliação do aperfeiçoamento proposto por Spalart (2000) para modelos de turbulência baseados na hipótese de Boussinesq. É sabido que esta hipótese modela o tensor de Reynolds de forma análoga à representação de Navier para o tensor das tensões viscosas, presumindo a existência de uma viscosidade dinâmica turbulenta hipotética, T. Em seu trabalho, Spalart (2000) propõe um aperfeiçoamento, destinado a permitir um comportamento não linear ao tensor de Reynolds a partir de correlações entre os gradientes de velocidade média nas três direções. A implementação do aperfeiçoamento de Spalart (2000) foi feita no pacote comercial Fluent, de propriedade da empresa ANSYS Inc., através de uma rotina em linguagem "C". Esta rotina é executada juntamente com o programa principal, através de uma função definida pelo o usuário. A modificação foi testada em três modelos de turbulência: Spalart-Allmaras, k-? e k-? SST, que tiveram seus resultados comparados com dados experimentais e com o modelo RSM, acrônimo baseado no título inglês Reynolds Stress Model, que é um modelo de turbulência que não faz uso da hipótese de Boussinesq e baseia-se na equação evolutiva do tensor de Reynolds. Três casos testes foram selecionados de maneira a explorar os resultados experimentais e compará- los com os obtidos nos modelos de turbulência nas suas formas original e modificada pelo aperfeiçoamento de Spalart (2000). O primeiro caso teste, proposto por Melling (1976), é constituído por um escoamento no interior de um duto de seção quadrada e tem como principais características o desenvolvimento de camada limite e a presença de escoamentos secundários nos cantos do duto. O segundo caso teste é o escoamento no interior de um duto curvo de seção retangular, proposto por Kim e Patel (1993). Este caso, além de apresentar o escoamento secundário nos cantos, possui características específicas de produção e dissipação de energia cinética turbulenta, geradas pela curvatura das linhas de corrente, nas paredes interna (convexa) e externa (côncava) da curva. O terceiro caso é o escoamento ao redor do corpo de Ahmed (1984), realizado por Becker et al (2000) e que se caracteriza pela presença do descolamento da camada limite e a consequente formação da esteira à jusante do corpo. Para o primeiro caso teste, foram obtidos os resultados de perfis de velocidade média longitudinal, perfis de energia cinética turbulenta, além da representação do escoamento secundários através dos vetores de velocidade na direção transversal. Estes resultados apresentaram boa correlação com os dados experimentais, sendo os modelos de turbulência com o aperfeiçoamento proposto por Spalart (2000) capazes de representar o escoamento secundário. Para o segundo caso teste, constituído pelo escoamento no interior do duto curvo de seção retangular, foram obtidos os resultados para os coeficientes de pressão nas paredes do duto, além dos perfis transversais de velocidade média e energia cinética turbulenta. A presença do escoamento secundário, descrito por Kim e Patel (1993), também foi capturado pelos modelos de turbulência testados. Para o terceiro caso teste, foram obtidos: o coeficiente de pressão ao redor do corpo de Ahmed, os perfis transversais de velocidade média e energia cinética turbulenta, com boa correlação dos resultados experimentais em relação aos obtidos experimentalmente. Além disso, foi feita a caracterização do escoamento secundário através das componentes de velocidade na direção transversal e o coeficiente de arrasto para o corpo rombudo, com diferenças percentuais variando entre 2,1% e 8,1% para os modelos de turbulência simulados, quando comparados com os resultados experimentais. Finalmente, para todos os casos teste, foram apresentados os respectivos desempenhos computacionais, comparando-se os tempos de processamento dos modelos de turbulência na sua forma padrão e com a implementação feita neste trabalho. _______________________________________________________________________________ ABSTRACT / The main goal of this work is to implement and evaluate the correction proposed by Spalart [53] on turbulence models based on Boussinesq approximation. The objective of this correction is to capture non linear effects of Reynolds tensor, which are not correctly predicted and modeled by Boussinesq approximation. In his work, Spalart [53] proposed the correction by introducing a non linear to Reynolds tensor obtained through the velocity gradients correlation. The implementation has been done in commercial package Fluent, from ANSYS Inc., through a User-Defined Function (UDF), which is executed with the main program. The modification has been tested for three turbulence models: Spalart-Allmaras, k−" and k − ! SST, which had their results compared to experimental data and Reynolds Stress Model (RSM) results. This last model does not use Boussinesq approximation and has turbulent tensor components modeled by an evolutive equation. Three test cases have been selected in order to explore experimental results and compare them to those obtained with turbulence models in default and modified formulations, proposed by Spalart [53]. The first test case, proposed by Melling [41], represented by the flow inside a square duct, has the development of boundary layer and secondary flows at duct corner as main characteristics. At the second test case, the flow inside a rectangular curved duct, proposed by Kim and Patel [29], has been simulated. At this case, the secondary flow is also presented and, moreover, specific characteristics of turbulence kinetic energy production and dissipation at inner (convex) and outer (concave) wall have been evaluated. At the third test case, the flow around Ahmed body [1] has been simulated and the results obtained by Becker et at [17] have been used. On this case, the boundary layer detachment and the wake behind the body are the characteristics evaluated. For the first test case, longitudinal velocity component profiles have been obtained, besides transversal turbulent kinetic energy and the secondary flow represented by transversal velocity vector components. These results presented good correlation between numerical and experimental data. The modified turbulence models based on Spalart [53] modification have been able to represent the secondary flow, which has not been possible with turbulence models in their default formulation. For the second test case, pressure coefficient, transversal velocity and turbulent kinetic energy results have been obtained. As described by Kim and Patel [29], the secondary flow inside the bend has been captured by all of turbulence models evaluated on this work. For the third test case, the results of pressure coefficient, transversal velocity and turbulent kinetic energy have been obtained and presented good agreement with experimental data. Moreover, the secondary flow has been represented by transversal component of velocity vectors. Drag coefficient has also been evaluated and presented differences of 2.1% and 8.1% varying between turbulence models simulated. Finally, for all test cases, the computational time has been evaluated, comparing turbulence models in their default formulation with the implementation done on this work.

Dissertação (mestrado)—Universidade de Brasília, Faculdade de Tecnologia, Departamento de Engenharia Mecânica, 2006. / Submitted by Thaíza da Silva Santos (thaiza28@hotmail.com) on 2011-02-12T16:29:32Z No. of bitstreams: 1 2006_RafaelGarciaLeal.pdf: 6615078 bytes, checksum: 2cd0474c0c32ba37d473ead5e78327cf (MD5) / Approved for entry into archive by Daniel Ribeiro(daniel@bce.unb.br) on 2011-02-15T23:55:25Z (GMT) No. of bitstreams: 1 2006_RafaelGarciaLeal.pdf: 6615078 bytes, checksum: 2cd0474c0c32ba37d473ead5e78327cf (MD5) / Made available in DSpace on 2011-02-15T23:55:25Z (GMT). No. of bitstreams: 1 2006_RafaelGarciaLeal.pdf: 6615078 bytes, checksum: 2cd0474c0c32ba37d473ead5e78327cf (MD5) / O presente trabalho tem como objetivo a simulação numérica das interações entre as ondas de choque e as regiões viscosas presentes nos escoamentos transversais transônicos turbulentos, subcríticos e supercríticos, ao redor de um cilindro bidimensional. Para tanto, resolvem-se numericamente as equações de Navier-Stokes, em sua forma compressível, utilizando-se uma discretização em volumes finitos. Para o cálculo dos fluxos utiliza-se a forma anti-simétrica do método de Ducros, com quarta ordem de precisão no espaço, e para o avanço temporal utiliza-se o método de Runge-Kutta, modificado por Shu, com terceira ordem de precisão no tempo. Para o caso subcrítico (escoamento onde a camada limite é laminar até o ponto de descolamento) não se utilizam modelos de turbulência, uma vez que tais modelos assumem uma camada limite turbulenta, mais energética, que conduziria a um atraso forçado fisicamente inconsistente do descolamento. Para o caso supercrítico (escoamento onde a camada limite é turbulenta antes do descolamento), utiliza-se o modelo de turbulência SST-DES, proposto por Strelets, uma vez que tal modelo permite aliar-se a excelente capacidade do modelo RANS Menter-SST de capturar bem o ponto de descolamento, sem a utilização de malhas extremamente refinadas na região da camada-limite, com a característica de um modelo LES de não sobre-amortecer ou sobre-dissipar as estruturas que surgem na esteira turbulenta. Assim, primeiramente, a fim de validar-se a simulação de escoamentos subcríticos sem a utilização de modelos de turbulência, ataca-se o problema do escoamento subsônico subcrítico ao redor de um cilindro com número de Reynolds igual a 90.000 e número de Mach igual 0,2, uma vez que para tal condição de escoamentos existe uma quantidade considerável de resultados experimentais para comparação Ataca-se, então, o problema do escoamento transônico subcrítico ao redor de um cilindro com número de Mach igual a 0,8 e número de Reynolds igual a 166.000, sem uso de modelos de turbulência, e o problema do escoamento transônico supercrítico com número de Mach igual a 0,8 e número de Reynolds igual a 500.000, utilizando-se o modelo de turbulência SST-DES de Strelets. Comparam-se, então, os resultados obtidos numericamente com os resultados experimentais disponíveis na literatura. Por fim, analisa-se a complexa topologia do escoamento através de visualizações do campo de gradiente de temperatura, que permitem observar os vórtices e as ondas de choque que se formam. _________________________________________________________________________________ ABSTRACT / The main objective of the present work is to numerically simulate the shock-vortex interactions that arise in the transonic turbulent cross flow, subcritical and supercritical, around a circular cylinder. For doing so, the compressible Navier-Stokes equations are solved by means of a finite-volume discretization. For the flux calculation the skewsymmetric Ducros’ method with 4th order of accuracy is used. For the marching process the 3rd order Runge-Kutta method, with modifications as proposed by Shu, is used, giving the methodology 3rd order of accuracy in time. For the subcritical case (subcritical stands for a type of flow where the boundary layer is laminar up to the separation point) no closure models are used. This was so because the turbulence models assume a fully turbulent, more energetic, boundary layer that would lead to a physically inconsistent delay in the detachment. For the supercritical case (supercritical stands for a type of flow where the boundary layer is turbulent before the separation point) the SST-DES model, as proposed by Strelets, is applied. Such model was chosen because it allies the capability of Menter- SST model to capture with accuracy the separation point without the need of an extremely large resolution in the boundary layer region with the LES capability of a very large range of scales in the wake region without over-damping or over-dissipating them. So, firstly, the subsonic subcritical flow around the cylinder, with M=0.2 and Re=90000, is simulated without closure models. This simulation is aimed at validating the no turbulence models approach because such a case has a considerably large amount of experimental results for comparison. Then, the transonic subcritical flow around the cylinder, with M=0.8 and Re=166000, is simulated using no closure models and the transonic supercritical flow around the cylinder, with M=0.8 and Re=500000, is simulated using the SST-DES model proposed by Strelets. The calculated results are then compared with those experimental available in the literature. Then the complex topology present in such a type of flow is analyzed by means of the flow field visualizations that permit seeing the vortices and shock waves that arise.

A indústria automotiva vem dando muita atenção à área de dinâmica dos fluidos computacional, pois simular os efeitos do escoamento em geometrias automobilísticas ou através de peças componentes do motor vem a auxiliar na concepção dos projetos. Com o estudo da dinâmica dos fluidos, criar protótipos e realizar testes experimentais exaustivamente já não é necessário, o que implica em diminuir os custos de projeto. O presente trabalho consiste em modelar o escoamento através de um coletor semelhante ao presente num motor. O modelo é composto pelas equações de conservação da massa e de Navier-Stokes, sujeitas a condições iniciais e de contorno apropriadas. Elas são transformadas para o sistema de coordenadas generalizadas, discretizadas em diferenças finitas e, iterativamente, obtém-se as componentes do vetor velocidade satisfazendo a pressão em todo o domínio. Os resultados obtidos comparam adequadamente com dados experimentais e analíticos encontrados na literatura. / The automotive industry is paying more attention at computational fluid dynamics nowadays, because to simulate the flow over automobile geometries or engine components helps the design of such components. With the fluid dynamics analysis many experimental tests are not more necessary, reducing design costs. The aim of the present work is to model the flow through an intake system similar to the one found in an engine. The model is based on the mass conservation and N-Stokes equations, submitted to appropriate initial and boundary conditions. They are transformed into their generalized form, aproximated by finite differences and solved (iteratively) in order to obtain velocity fields satisfying pressure gradients over all domain. Obtained results showed to compare well with numerical and analytical data found in the literature.

Submitted by Isaac Francisco de Souza Dias (isaac.souzadias@ufpe.br) on 2016-01-20T17:20:51Z No. of bitstreams: 2 license_rdf: 1232 bytes, checksum: 66e71c371cc565284e70f40736c94386 (MD5) CARLOS VITOR DA SILVA SARMENTO-2015-ESTIMATIVA DE PARÂMETROS AERODINÂMICOS.pdf: 8960155 bytes, checksum: 851fb91ee392cc0fd675243f7ff16912 (MD5) / Made available in DSpace on 2016-01-20T17:20:51Z (GMT). No. of bitstreams: 2 license_rdf: 1232 bytes, checksum: 66e71c371cc565284e70f40736c94386 (MD5) CARLOS VITOR DA SILVA SARMENTO-2015-ESTIMATIVA DE PARÂMETROS AERODINÂMICOS.pdf: 8960155 bytes, checksum: 851fb91ee392cc0fd675243f7ff16912 (MD5) Previous issue date: 2015-05-22 / Estruturas estão constantemente sujeitas a ações dinâmicas do vento. O procedimento padrão de análise de esforços consiste na obtenção de parâmetros aerodinâmicos, dentre eles o coeficiente de arrasto (CA) e de força, para uma posterior aplicação de forças estáticas equivalentes aos nós ou superfície de influência do modelo numérico. De maneira geral o CA é obtido através de ábacos e tabelas disponíveis na literatura e normas vigentes. No Brasil a norma que fornece esses coeficientes é a NBR-6123/1988. Um problema surge em construções especiais, obras de arte e edificações não contempladas por aspectos normativos, e desta forma exigem uma análise especial. Uma alternativa surge com o emprego de ensaios em túnel de vento para estimativa do coefi-ciente de arrasto (CA). Entretanto, dificuldades adicionais podem surgir, como erros de escalas, ins-trumentação e incertezas do processo. Uma alternativa que já é bastante utilizada nas industrias ae-roespacial e automobilística e vem ganhando espaço na construção civil é a Dinâmica dos Fluidos Computacional (“Computational Fluid Dynamics-C.F.D.”). Através de simulações numéricas por meio de um solver para equações completas de Navier-Stokes é possível avaliar o CA para diversas formas geométricas e também para diferentes parâmetros de entrada. Na literatura é comum encon-trar a denominação: "Túnel de Vento Numérico", para esse tipo de abordagem. Neste trabalho foram analisados casos práticos. Simulações numéricas com o auxílio do software Ansys® CFX foram con-duzidas e os resultados foram posteriormente confrontados com as prescrições da NBR-6123/1988. Desta forma o CFD se mostrou bastante promissor em termos de custo computacional, estimativa do CA e versatilidade na mudança de parâmetros do problema. / Structures are constantly subjected to dynamic wind action. The Standard analysis procedure is to obtain aerodynamic parameters, including the drag and force coefficients, for a subsequent ap-plication of static equivalent forces on the numerical model. Generally, the drag coefficient is obtained by abacuses and tables available in the literature and design codes. In Brazil, the code that provides these coefficients is the NBR-6123/1988. However, a problem arises in special buildings and structures not covered by code provisions, demanding spe-cial analyses for a safe design. An alternative arises with the use of wind tunnel tests for estimation of the aerodynamic pa-rameters. On the other hand, additional difficulties may arise, such as: scales errors, instrumentation and uncertainties in the process. An other alternative that is already widely used in the aerospace and automotive industries and that is becoming more popular in civil engineering is the Computational Fluid Dynamics (CFD). Through numerical simulations using a solver for Navier-Stokes equations it is possible to evaluate the aerodynamic parameters for various geometric shapes and for different input data. In literature, this type of analysis is commonly referred as Numerical Wind Tunnel. Practical simulations using Ansys CFX software were conducted and the results were later confronted with the requirements of NBR-6123/1988 as well as wind tunnel tests. The CFD models proved quite promising in terms of accuracy, computational cost and versatility to structural engineer-ing analysis.

Made available in DSpace on 2014-06-12T17:35:07Z (GMT). No. of bitstreams: 2 arquivo2200_1.pdf: 3483266 bytes, checksum: 0d472243920d1475cdaf087ecf5baea4 (MD5) license.txt: 1748 bytes, checksum: 8a4605be74aa9ea9d79846c1fba20a33 (MD5) Previous issue date: 2008 / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / Este trabalho tem como objetivo o desenvolvimento de uma ferramenta computacional para simulação numérica de problemas de escoamentos fluidos compressíveis para três dimensões, utilizando como ponto de partida a ferramenta computacional desenvolvida por LYRA (1994) que, no caso, tratava problemas de escoamentos fluidos em domínios bidimensionais. Para o desenvolvimento desta ferramenta foi adotada uma discretização espacial utilizando o método dos elementos finitos com estrutura de dados baseada nas arestas dos elementos, e com o domínio sendo discretizado por uma malha de tetraedros. As equações de Euler são as equações que regem os fenômenos estudados neste trabalho. Para o desenvolvimento desta ferramenta foi utilizado o método de elementos finitos do tipo Galerkin, e este leva a soluções oscilatórias e instáveis em problemas hiperbólicos, por tratar-se de uma aproximação centrada do termo convectivo. Assim, herdando as técnicas de discretização tipo Upwind originadas do método das diferenças finitas e amplamente utilizadas no método dos volumes finitos, utilizou-se para estabilização a discretização tipo Upwind de primeira ordem de Roe, e posteriormente de MUSCL/LED (Monotonic Upstream-centered Schemes for Conservations Laws Local Extremum Diminishing) com funções limitadoras para estabilização de ordem superior e captura de choques sem oscilações e de forma acurada. É importante frisar que para a geração das malhas tetraédricas adotadas nas simulações utilizou-se o programa Gmsh. A estrutura de dados baseada em arestas demanda o cálculo de alguns coeficientes, que não são fornecidos por geradores de malhas convencionais. Assim, foi necessário desenvolver um pré-processador utilizando a linguagem C++, baseado no pacote de gerenciamento de malhas FMDB (Flexible Distributed Mesh Database) e programas em Matlab ou Octave para finalização do cálculo destes coeficientes. Este préprocessador foi desenvolvido separadamente do programa principal pelo motivo de que os coeficientes dependem apenas da geometria da malha e sendo assim, é executado uma única vez para cada malha. A linguagem computacional utilizada para o desenvolvimento do programa principal foi FORTRAN 90, a qual possibilitou uma melhor estruturação e modularidade quando comparados com o FORTRAN 77. Para a visualização dos resultados obtidos utilizaram-se os programas VisIt e ParaView. Por fim, alguns testes numéricos foram realizados e confrontados com resultados encontrados na literatura

Orientador: Carlos Alberto Gasparetto / Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia de Alimentos / Made available in DSpace on 2018-07-21T09:20:10Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Maia_MariaCristinaAntun_D.pdf: 4117425 bytes, checksum: 8f49801b127a3a07b6e8448cdb5183a4 (MD5) Previous issue date: 1996 / Resumo: Foram resolvidas pelo método numérico de diferenças finitas, com esquema implícito, as equações da quantidade de movimento e da continuidade aplicadas à região de entrada do escoamento axial incompressível isotérmico laminar em regime permanente num anular concêntrico. A solução do caso newtoniano serviu como parâmetro de validação do método, sendo os resultados comparados àqueles da literatura. Para o caso não newtoniano foi adotado comportamento tipo lei da potência, pseudoplástico. Neste caso as equações de quantidade de movimento e continuidade foram transformadas de modo a obter um caso pseudonewtoniano, o que facilitou a solução, possibilitando a mesma técnica de solução do caso newtoniano. Os resultados de comprimento de entrada e de queda de pressão foram comparados àqueles disponíveis na literatura apesar destes se referirem a condições diferentes na geometria de entrada e na definição assintótica do comprimento de entrada; qualitativamente os resultados são similares para o campo de velocidades e queda de pressão, porém, quantitativamente há diferenças acentuadas / Abstract: The equations of momentum and continuity applied to the entry region of an axial, incompressible, isothermal, laminar and steady flow in a concentric annulus, were solved through a finite difference implicit method. The solution for the newtonian case was used for validation of the method, as this was compared to reported results. For the non newtonian case a pseudoplastic power-Iaw model was assumed. In this case the equations were transformed in order to obtain a pseudo newtonian system which enhanced its solution through the same technique as used for the newtonian case. Comparison of the results for entry length and pressure drop with those available in the literature showed qualitative similarity but quantitatively differences are significative. This is attributed to the entry geometries and the defmition of assimptotic entry length that are both different from this work, in the only case found in the literature / Doutorado / Doutor em Engenharia de Alimentos

Orientadores: Sandra Cristina dos S. Rocha, G. S. Vijaya Raghavan / Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Quimica / Made available in DSpace on 2018-07-21T09:14:54Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Taranto_OsvaldirPereira_D.pdf: 4431529 bytes, checksum: 0f8039e2821aa056e6d9a69d0f04c7bd (MD5) Previous issue date: 1996 / Resumo: Este trabalho apresenta-se em duas partes que tratam do estudo da dinâmica e do recobrimento de partículas em leito de jorro bidimensional. A parte experimental desse trabalho foi realizada no laboratório de secagem (Drying Lab) da Faculty of Agricultural and Biosystems Engineering da McGill University, Montreal Canadá. A primeira parte do trabalho se ateve ao estudo dos regimes de operação em leitos de jorro. Nessa etapa foi desenvolvido um método de identificação e monitoramento de processos em leitos de jorro, a partir de somente uma das variáveis de estado, no caso a queda de pressão devida ao leito de partículas. As flutuações da queda de pressão do leito foram medidas a uma taxa de 100 medições por segundo, e a partir desses dados, uma rotina de transformada de Fourier produziu espectros que permitem a identificação e monitoramento de possíveis regimes em leitos dejorro: jorro estável, leito fixo e regime de slugging. Os experimentos foram realizados com milho e soja em dois tamanhos de leitos de jorro bidimensionais. A segunda etapa foi centrada sobre o recobrimento de partículas em leito de jorro bidimensional. Esse estudo cobriu as duas áreas de maior interesse no que se refere ao processo de recobrimento de partículas: a área farmacêutíca, com o recobrimento de comprimidos e a área agrícola, com o recobrimento de sementes. A pesquisa envolveu o estudo da transferência de calor gás-partículas, para o processo de recobrimento, e o estudo da cinética de crescimento de partículas e eficiência do processo em leitos de jorro bidimensionais, utilizando-se placas internas (draft plates). Placebo e soja foram utilizados como partículas nos experimentos realizados em dois leitos de 50 e 90 cm de largura, respectivamente. A partir dos dados experimentais obtidos, foram ajustadas correlações para a estimativa dos valores dos coeficientes de transferência de calor, para as regiões de jorro e anular, separadamente, e também para a eficiência do processo / Abstract: This work is presented in two parts that focus on the study of the dynamics of coating of particles in two-dimensional spouted bed. The experimental part was carried out at the Faculty of Agricultural and Biosystems Engineering of McGill University, Montreal, Canada. The first part of the work attained to the study of operation regimes in spouted beds. It was developed a method for identification and monitoring for process in spouted beds, utilizing only one of the state variables, the bed pressure drop. The experiments were carried out with two diferent-size two-dimensional spouted beds and with com and soybeans as particles. The fluctuations of pressure drop were measured and treated with a Fast Fourier Transform (FFT) routine that produced power spectra that allow the identification and monitoring of possible regimes in spouted beds: packed beds, steady spout and slugging beds. The second part was focused on the coating of particles in two-dimensional spouted beds. The experiments utilized also two different sizes of spouted beds and placebos and soybeans as particles, covering the two most important areas of research, concerning coating of particles, the pharmaceutical and agricultural. The work included the study of gas-particle heat transfer, the kinetics of particle growing and efficiency of the coating process for two-dimensional spouted beds, utilizing draft plates. The experimental data were fit to produce correlations to estimate the heat transfer coeficient, for both regions of the spouted bed, separately, and also for the process efficiency / Doutorado / Engenharia de Processos / Doutor em Engenharia Química

Orientador: Jose Ricardo Figueiredo / Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Mecanica / Made available in DSpace on 2018-07-22T00:21:27Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Oliveira_PauloCesar_D.pdf: 9460432 bytes, checksum: a4ee019f17e7647f5848af8566b1ec0b (MD5) Previous issue date: 1997 / Resumo: Neste trabalho, um novo procedimento de solução para as equações de escoamento discretizadas pelo esquema FLUX-SPLlNE é proposto seguindo a ótica do algoritmo SIMPLER. Demonstra-se através de problemas teste, que tal procedimento produz resultados mais acurados que os fornecidos pelo procedimento original idealizado pelo autor do esquema FLUX-SPLlNE. Tais modificações são usadas então para a simulação de escoamentos em cavidades abertas acionados por convecção natural, onde se faz a comparação dos resultados aos da literatura que usa o tradicional esquema POWER-LAW / Abstract: In this work, a new solution procedure to fluid flow discretized equations by FLUX-SPLlNE scheme is proposed following the point of view of the SIMPLER algorithm. By using test problems it is shown that this procedure yields results wich are superior to those obtained using the original solution proceduFeidealized by the author of the FLUX-SPLlNE scheme. Such modifications are used to simulate fluid flow in open cavities driven by natural convection. The numerical results are compared with reference solutions available in the literature that use the traditional POWER-LAW scheme / Doutorado / Termica e Fluidos / Doutor em Engenharia Mecânica