Dissertação (mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico. Programa de Pós-Graduação em Engenharia Química / Made available in DSpace on 2012-10-22T22:44:50Z (GMT). No. of bitstreams: 1 226538.pdf: 1517251 bytes, checksum: 3cbebb810702436a685349e26f736910 (MD5) / Ciclones são equipamentos que empregam uma resultante entre as forças de arraste, força peso, centrífuga e inércia para separar partículas. Por possuir simples desenho e baixo custo de manutenção, eles são ideais para serem usados como pré-limpadores de efluentes com material particulado em suspensão. A técnica de CFD (Computational Fluid Dynamics) aparece como uma importante ferramenta para a pesquisa e desenvolvimento de processos de engenharia. Neste trabalho foi desenvolvido um estudo de modelagem tridimensional de ciclones do tipo Lapple a partir dos modernos recursos de CFD. O trabalho foi dividido em três partes: análise do escoamento e avaliação do desempenho de um ciclone de diâmetro similar aos utilizados em plantas de FCC (fluid catalytic cracking); estudo de refino da malha numérica visando diminuir os efeitos de difusão numérica de forma a obter resultados mais acurados; e, finalmente, a validação do modelo proposto através de uma curva empírica de eficiência de coleta e também de critérios numéricos. Todas as simulações foram realizadas considerando o escoamento bifásico, com o modelo de turbulência RSM (Reynolds stress model), e esquema de interpolação upwind de segunda ordem para as variáveis descritivas. Na primeira parte do estudo, os testes foram feitos com um ciclone de diâmetro igual a 0,254m, sendo as demais medidas de acordo com as relações propostas por Lapple (1951). Os resultados preliminares obtidos para os campos de pressão, velocidade e concentração de partículas se mostraram qualitativamente coerentes com os da literatura, entretanto, a malha numérica utilizada necessitou de um refinamento a fim de melhorar os resultados de simulação, visto que as eficiências obtidas apresentaram desvios em relação àquelas indicadas por Lapple (1951). Foram colocadas camadas de prismas junto às paredes do ciclone e do finder. Os resultados obtidos com a malha refinada passaram a prever corretamente o desempenho de coleta, como também descreveram adequadamente o comportamento do escoamento no ciclone. Para a validação do modelo, as simulações foram feitas com um ciclone de diâmetro de 0,127m. As eficiências de coleta para diferentes diâmetros de partículas coincidiram aproximadamente com as de Lapple (1951). Desta forma, pode-se afirmar que o modelo tridimensional proposto é válido para simular o escoamento gás-sólido em ciclones, assim como prever adequadamente a eficiência de separação.

Tese (doutorado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico. Programa de Pós-Graduação em Engenharia Mecânica. / Made available in DSpace on 2012-10-19T05:09:57Z (GMT). No. of bitstreams: 1 187560.pdf: 6976659 bytes, checksum: ba9d941f92ff4580c71d4fbd93b09e03 (MD5) / O objetivo principal deste trabalho é calcular a incerteza (U) de soluções numéricas, onde a incerteza é definida como uma estimativa do erro (E) de discretização. Para uma variável de interesse qualquer, este erro é a diferença entre a solução analítica exata e a solução numérica. O erro de discretização é causado apenas por erros de truncamento, portanto, não são considerados os erros de arredondamento, de iteração e de programação. As soluções numéricas são obtidas com o método de diferenças finitas sobre malhas unidimensionais uniformes e não-uniforrnes, empregando-se diversos tipos de aproximações numéricas. São resolvidos problemas básicos de transferência de calor e de mecânica dos fluidos. O cálculo da incerteza é feito com úês tipos de estimadores de erro disponíveis na literatura e outros quatro introduzidos neste úabalho. Estes estimadores são avaliados quanto à confiabilidade (UIE > I) e quanto à acurácia (UIE @ I). São obtidas as condições suficientes para os estimadores serem confiáveis quando os tamanhos dos elementos da malha tendem a zero. Verificou-se que nenhum dos estimadores analisados garante incerteza confiável em malhas grossas. Para sanar esta dificuldade, foi proposto um procedimento que funcionou em todos os testes efetuados.

Neste trabalho à realizado um estudo, atravÃs de simulaÃÃes numÃricas, de reservatÃrios de Ãleo e gÃs submetidos à tÃcnica de combustÃo in situ, seca e molhada. Essas variaÃÃes sÃo estudadas nas configuraÃÃes de poÃos verticais e THAI. Para esse estudo, à utilizado um simulador numÃrico de processos tÃrmicos, o STARS (Steam, Thermal, and Advanced Process Reservoir Simulation) do grupo CMG (Computer Modelling Group). Na configuraÃÃo de poÃos verticais à utilizado um arranjo do tipo 1/4 de five-spot, que consiste de dois poÃos verticais localizados em cantos diagonalmente opostos na horizontal de um paralelepÃpedo. Nessa, hà um processo inicial, chamado de prÃ-aquecimento, em que se faz a injeÃÃo cÃclica de vapor. Posteriormente, à feito a injeÃÃo de ar para gerar a combustÃo. Jà na configuraÃÃo THAI, hà um poÃo vertical, responsÃvel pela injeÃÃo de ar para gerar a combustÃo, e um poÃo horizontal, responsÃvel pela produÃÃo. Nas duas configuraÃÃes de poÃos, sÃo verificadas as produÃÃes e as taxas de Ãleo, de Ãgua e de gÃs e as razÃes Ãgua-Ãleo e gÃs-Ãleo. O intuito à analisar o desempenho dessas configuraÃÃes. Os resultados mostram que a combustÃo molhada à mais eficaz que a combustÃo seca em ambas as configuraÃÃes de poÃos. Embora o processo de combustÃo molhada tenha produzido bem mais Ãgua que o processo de combustÃo seca, um fator negativo, seu desempenho relativo ao fator de recuperaÃÃo de Ãleo foi superior.

Dissertação (mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico, Programa de Pós-Graduação em Engenharia Química, Florianópolis, 2009 / Made available in DSpace on 2012-10-24T21:17:10Z (GMT). No. of bitstreams: 1 269302.pdf: 7568708 bytes, checksum: 5cb88cac4ce2c685e3c05e515e00af6e (MD5) / O processo de destilação é amplamente utilizado em refinarias de petróleo porém, a maioria dos estudos que envolvem colunas de destilação estão fundamentados por modelos macroscópicos de conservação de massa e de energia, como por exemplo, os modelos de estágios de equilíbrio e não equilíbrio, nos quais os aspectos fluidodinâmicos do escoamento são restritos e orientados a medição de parâmetros macroscópicos. Neste trabalho é estudada a habilidade da fluidodinâmica computacional em modelar a complexa hidrodinâmica de pratos perfurados em colunas de destilação, afim de analisar o processo com uma abordagem microscópica. Para tanto objetiva-se a proposição de um modelo microscópico de conservação de quantidade de movimento, em condições de escoamento turbulento sob a influência da fase vapor, para representar a fluidodinâmica do escoamento líquido-vapor em prato perfurado de uma unidade piloto de destilação, com validação através da correlação experimental de Bennett et. al., (1983), e então analisar qual a influência, que as resistências utilizadas para controle com aquecimento distribuído da unidade piloto de destilação que estão sobre as superfícies dos pratos, tem sobre a fluidodinâmica do escoamento, além de um estudo sobre os fenômenos de transferência de calor e massa para uma mistura binária de etanol e água. A metodologia numérica consistiu em iniciar com o estudo de escoamento monofásico, passado para o multifásico em um prato perfurado, utilizando-se um modelo homogêneo e tridimensional. Após a validação deste modelo a partir da correlação experimental de Bennett et. al., (1983), estudou-se a influência que as resistências tem na sua hidrodinâmica, além de estudar os fenômenos de transferência de calor e massa para a mistura binária. Na análise dos resultados obtidos concluiu-se primeiramente que o modelo homogêneo, tridimensional, multifásico apresenta uma boa concordância com a correlação experimental de Bennett et. al., (1983), além de observar-se a ocorrência de diferentes padrões de escoamento na superfície do prato no interior de uma coluna de destilação de acordo com a vazão de vapor e a presença das resistências sobre a superfície dos pratos, sendo o escoamento não uniforme. Além disto, o fluxo de líquido próximo a parede tem uma tendência de retroceder, o que resulta no fenômeno de circulação que ocorre devido ao componente radial de velocidade sofrer um maior impacto do campo de pressão em comparação ao componente axial. Os efeitos de borbulhamento provocados pela fase vapor aumentam a energia cinética turbulenta do líquido fluindo horizontalmente. Também observou-se que a presença das resistências sobre a superfície do prato influenciam nos padrões de fluxo sobre o mesmo.

Dissertação (mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina. Centro Tecnologico / Made available in DSpace on 2016-01-08T14:53:24Z (GMT). No. of bitstreams: 1 88214.pdf: 2303296 bytes, checksum: a083ba26a24a994743cca9bd76f6ea33 (MD5) Previous issue date: 1984 / O sistema analisado no presente trabalho é um longo tubo flexível e delgado, sujeito a um escoamento externo perpendicular a sua direção axial e outro interno, com extremidades suportadas por apoios elásticos. Um tubo quando submetido ao escoamento externo fica sujeito às forças de sustentação e arraste, além do efeito da massa adicional, responsável por uma parcela da força de inércia. O efeito do escoamento interno é traduzido principalmente pelos fatores pressão do fluxo, velocidade e massa do fluxo. A pressão é responsável por uma parcela do carregamento axial do tubo, a velocidade e responsável pela força de Coriolis e a massa contribui com uma parcela na força inercial. O comportamento oscilatório da estrutura é obtido supondo apenas pequenos deslocamentos laterais. São deduzidas equações gerais para previsão das oscilações do tubo, com condições de contorno quaisquer. Posteriormente, essas equações são linearizadas e analisadas na sua forma completa para o caso de articulações simples nos dois extremos. Mostra-se que quando a velocidade do fluxo interno excede a certos valores, a tubulação flamba. Uma série extensa das freqüências naturais de vibração da estrutura, que variam com a velocidade do fluxo interno, são calculadas na tentativa de determinar o comportamento dinâmico do sistema. Nota-se claramente que a força de Coriolis proveniente do fluxo interno em determinadas faixas desestabiliza o sistema e, em outra, estabiliza.

Resumo: Esta pesquisa visa apresentar os resultados de um modelo numérico e comparar com os de um modelo reduzido em escoamentos turbulentos. Foi enfocado o escoamento sobre o vertedouro da UHE São Salvador e foram comparados os resultados (pressões, velocidades, vazão e linha de água) dos modelos numérico e físico. A aplicação de modelos numéricos como uma primeira análise de arranjos de estruturas hidráulicas pode ser de grande utilidade facilitando posteriores estudos em modelos reduzidos físicos. Também pode ser uma importante ferramenta quando questões econômicas ou de cronograma não permitem a utilização de um modelo físico reduzido. Foi utilizado o software FLOW-3D® que usa o método dos volumes finitos para a solução de diversos problemas de mecânica dos fluídos tanto em regime forçado como com superfície livre. Em termos gerais, o método dos volumes finitos utiliza uma malha retangular para resolver o balanço de massa e de quantidade de movimento em um elemento (volume) através da discretização das equações de Reynolds. São apresentados os resultados das simulações numéricas utilizando diferentes discretizações de malha e as diferenças em relação ao modelo físico. Verifica-se que os resultados numéricos dependem fortemente do tamanho da malha. Também foi feita uma análise de sensibilidade dos efeitos da variação da rugosidade mostrando a necessidade de calibração do modelo numérico. Em muitos casos de aplicação de modelos numéricos não se dispõem de medidas físicas para tal calibração, sendo necessário à adoção de valores apresentados na literatura. Também pôde ser onstatada a importância das condições de contorno e da abrangência do domínio de calculo nos resultados computacionais.

Made available in DSpace on 2014-06-11T19:23:38Z (GMT). No. of bitstreams: 0 Previous issue date: 2013-03-26Bitstream added on 2014-06-13T20:11:12Z : No. of bitstreams: 1 fonseca_fb_me_ilha.pdf: 2039553 bytes, checksum: 8dbb62fc45a306734799fd5e24ea61d2 (MD5) / Este trabalho experimental realizado em um túnel hidrodinâmico vertical estudou os padrões do escoamento ao redor de cilindros elípticos com diferentes razões entre eixo. A investigação foi executada devido à importância destes escoamentos na engenharia e também devido à relativa escassez de pesquisas que aborde as características pertinentes a este trabalho. Os ensaios foram realizados com cilindros elípticos com razões de eixos de 0,33; 0,4; 0,5 e 0,67 e com um cilindro circular, para números de Reynolds variando até cerca de 2000. Os cilindros elípticos foram posicionados de forma que o maior eixo da elipse fosse paralelo à direção do escoamento. Os resultados obtidos mostram imagens dos escoamentos visualizados em torno dos cilindros para diferentes regimes de escoamento e a variação da frequência de emissão de vórtices (número de Roshko e número de Strouhal) com o número de Reynolds. Foram comparados os resultados referentes aos escoamentos em torno do cilindro circular com trabalhos precedentes e observou-se boa concordância, validando os demais resultados. A comparação entre as visualizações dos escoamentos para os diferentes cilindros elípticos revelaram que os cilindros com menores razões entre eixos (mais delgados) se aproximam mais da definição de corpos aerodinâmicos. Assim como observado nas visualizações de escoamento, os resultados obtidos com a anemometria de filme quente mostraram que, para números de Reynolds inferiores a 500, os escoamentos em torno dos cilindros ensaiados apresentaram comportamento semelhante em relação à frequência de emissão de vórtices. Quando os valores de Re ultrapassam a faixa de 500, a variação da frequência de emissão referente a cada cilindro difere entre os casos ensaiados. Os resultados referentes à variação do número adimensional... / This work is an experimental study about the flow around elliptical cylinders with different axis ratios carried out in a hydrodynamic vertical tunnel. The investigation was performed due to the relevance of these flows in an engineering view point and because the lack of research in this area. Tests were performed with elliptical cylinders with axis ratios of 0.33, 0.4, 0.5 and 0.67 and with a circular cylinder, for Reynolds numbers up to about 2,000. The elliptical cylinders were positioned transversally to the non-perturbed flow with null attack angle. Qualitative results were presented as the images of the visualized flow and quantitative results shown the vortex shedding frequency, the Roshko number and the Strouhal number in function of Reynolds number. The results for the flow around the circular cylinder were compared with previous work and showed a good agreement, validating the other results. A comparison of the flow visualizations for the different cylinders revealed that the cylinders with smaller axis ratios (thinner) are closer to the definition of aerodynamic bodies. The results obtained with hot film anemometry showed that for Reynolds numbers less than 500, the flows around the tested cylinders showed very similar behavior to the vortex shedding frequency. For Reynolds numbers more than 500, the variation of the vortex shedding frequency differs significantly in each cylinder tested. The results concerning of the Roshko number in function of Reynolds number exhibited similar behavior to those observed in the variation of frequency. As regards the variation of the Strouhal, for Reynolds numbers up to about 500, there is an irregularity in the behavior of the Strouhal number. However, for Reynolds... (Complete abstract click electronic access below)

Conselho Nacional de Desenvolvimento CientÃfico e TecnolÃgico / Neste trabalho, estudamos a formaÃÃo de padrÃes atravÃs de simulaÃÃes computacionais. Propomos um modelo que descreve o processo de erosÃo-deposiÃÃo em um sistema de monocamada. Analisamos o processo de erosÃo existente na natureza sob o ponto de vista microscÃpico, ou seja, consideramos um meio granular com partÃculas esfÃricas bem definidas. Um fluido escoa atravÃs desse sistema devido a um gradiente de pressÃo. Utilizamos o software FLUENT para determinar o perfil de velocidade e o fluxo do fluido na rede de capilares gerada entre as partÃculas e, conseqÃentemente, a permeabilidade de cada canal do sistema. Consideramos que a Ãnica forÃa que age sobre cada partÃcula se deve ao fluido e à dada pela Lei de Stokes. Ao deslocarmos todas as partÃculas do sistema, fazemos duas consideraÃÃes distintas quanto a interaÃÃo entre elas: na primeira, o atrito entre os grÃos à grande e na segunda, o atrito à nulo. Conforme o sistema evolui no tempo, os padrÃes obtidos dependem da porosidade considerada. Os padrÃes obtidos com a primeira consideraÃÃo sÃo semelhantes a alguns padrÃes jà obtidos experimentalmente, enquanto a formaÃÃo de canais observada com a segunda consideraÃÃo à consistente com o que à observado em diversos fenÃmenos naturais.

Made available in DSpace on 2014-06-11T19:23:38Z (GMT). No. of bitstreams: 0 Previous issue date: 2013-04-01Bitstream added on 2014-06-13T19:26:20Z : No. of bitstreams: 1 octaviani_cv_me_ilha.pdf: 1966568 bytes, checksum: f883f82b46613da6228b8b28a1809cfd (MD5) / A simulação computacional de escoamentos de fluidos ou dinâmica de fluidos computacional (CFD) tem se constituído cada vez mais em uma ferramenta muito útil no projeto de equipamentos nos quais este tipo de processo está presente. Diversas técnicas computacionais têm sido desenvolvidas para este fim. Entre estas técnicas, o método de elementos finitos (FEM) tem ganhado espaço na solução de problemas, principalmente em domínios complexos. O método clássico de elementos finitos também denominado de método de elementos finitos de Galerkin (GFEM) é ótimo para solução de problemas difusivos, entretanto, para o caso de problemas com convecção dominante como ocorre em muitos problemas de escoamentos de fluidos, o GFEM produz soluções oscilantes para altos números de Reynolds. Diversas técnicas têm sido associadas à discretização dos termos convectivos nas equações de Navier-Stokes para remediar a deficiência do GFEM. Uma destas técnicas é denominada na literatura de Chracteristic Based Split (CBS) e tem sido aplicada com sucesso para estabilização das soluções de problemas convectivos usando o GFEM. Neste trabalho, o GFEM associado ao esquema CBS será aplicado para simulação de casos de escoamentos bidimensionais / The computer simulation of fluid flow or computational fluid dynamics (CFD) has been constituted in an increasingly useful tool in the design of equipment where this type of process is present. Several computational techniques have been developed for this purpose. Among those techniques, the finite element method (FEM) has gained importance in solving problems, especially in complex domains. The classic method of finite elements also called Galerkin finite element method (GFEM) is optimal for solving diffusion problems, however, in case of problems with dominant convection as in many problems of fluid flow, the GFEM produces oscillating solutions for high Reynolds numbers. Several techniques have been associated with the discretization of the convective terms in the Navier-Stokes equations to remedy the deficiency of GFEM. One of those techniques is known in the literature as Chracteristic Based Split (CBS) and has been applied successfully to stabilize the GFEM when it is used to solve convective problems. In this work, the GFEM associated with CBS scheme is applied to simulation of two-dimensional flows

Orientador : Prof. Dr. Carlos Henrique Marchi / Coorientador : Prof. Dr. Márcio André Martins / Dissertação (mestrado) - Universidade Federal do Paraná, Setor de Tecnologia, Programa de Pós-Graduação em Métodos Numéricos em Engenharia. Defesa: Curitiba, 30/03/2015 / Inclui referências : f. 78-80 / Resumo: Neste trabalho emprega-se a Multiextrapolação de Richardson (MER) para reduzir o erro de discretização (Eh), na área de Dinâmica dos Fluidos Computacional (em inglês Computational Fluid Dynamics (CFD)), que consiste em uma técnica de pós processamento de dados para reduzir Eh. Para atingir este objetivo utiliza-se uma nova metodologia, proposta em 2013 para malhas uniformes, em que se aplica interpolações polinomiais. Através desta metodologia, MER teve seu desempenho melhorado: a magnitude dos erros de discretização reduziu progressivamente com o refinamento da malha, com um concomitante aumento das suas ordens de acurácia, até mesmo em variáveis de interesse cuja localização não é fixa, até então na literatura, MER era considerada de baixo desempenho neste tipo de variável. Com o intuito de estender este significativo resultado de 2013, esta metodologia foi estendida para malhas não uniformes unidimensionais. Como problema-modelo é considerado a equação de Poisson 1D, utilizando dois tipos de malha inicial, e refinamento uniforme. A discretização dessa equação foi realizada com o método de Diferenças Finitas. Nas variáveis de interesse estudadas, testou-se vários graus de interpolação e foram alcançados resultados semelhantes com os apresentados para este mesmo problema utilizando malhas uniformes, com MER, isto é, o erro de discretização teve redução significativa. Palavras-chave: Erro de discretização. Multiextrapolação de Richardson (MER). Interpolação polinomial. Dinâmica dos fluidos computacional (CFD). Equação de Poisson 1D. Método de Diferenças Finitas. / Abstract: This work applies the Repeated Richardson Extrapolation (RRE) to reduce the discretization error (Eh) in Computational Fluid Dynamics (CFD), consisting of a post-data processing technique to reduce Eh. Therefore, to use RRE, we use a new methodology, created in 2013 for uniform grids, which works with the use of polynomial interpolation. Using this methodology, RRE had its performance improved: the magnitude of the discretization errors was reduced progressively with mesh refinement, with a concomitant increase in its accuracy orders, even variables of interest whose location is not fixed, so far in the literature, RRE was considered underperforming in this type of variable. We adapted this methodology to non-uniform one-dimensional meshes, with intent of extending this significant recent result for non-uniform grids. As problem-model we consider the Poisson equation 1D using two types of initial mesh with uniform refinement. The discretization of equation is performed using the Finite Difference Method. In the interest variables studied in this work, it was tested various degrees of interpolation and obtained similar results to those presented to the same problem for uniform meshes with RRE, in the other words, the Eh had a significant reduction. Keywords: Discretization error, Repeated Richardson Extrapolation (RRE), Polynomial Interpolation, Computational Fluid Dynamics (CFD), 1D Poisson Equation, Finite Difference Method.