Dissertação (mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico, Programa de Pós-graduação em Engenharia Mecânica, Florianópolis, 2010 / Made available in DSpace on 2012-10-25T03:59:30Z (GMT). No. of bitstreams: 1 292184.pdf: 8254936 bytes, checksum: acd9bf3e8c6ec41c0e29b20934d35867 (MD5) / O presente trabalho visa o estudo e validação de modelos numéricos que permitam avaliar o escoamento no interior de distribuidores de lingotamento contínuo dado um conjunto de configurações de modificadores de fluxo - inibidores, diques, barreiras e injeção de gás. O objetivo é desenvolver através da simulação numérica, novas metodologias que auxiliem ao projeto e à predição do desempenho dos produtos refratários desenvolvidos na empresa Magnesita. Para o estudo numérico foi empregado o pacote comercial ANSYS CFX®. O CFX é um código de Dinâmica dos Fluidos Computacional, desenvolvido pela empresa ANSYS, Inc., baseado na técnica dos volumes finitos baseados em elementos, que utiliza um solver acoplado. Para a modelagem do escoamento no interior do distribuidor, iniciaram-se as atividades realizando validações entre o modelo numérico desenvolvido e modelos físicos para configurações com barreiras e inibidores de turbulência. Dessa forma, nessa primeira etapa foi considerado um escoamento monofásico de água, tridimensional, permanente e turbulento. A validação é realizada comparando as curvas de Distribuição de Tempos de Residência, calculadas através da injeção e monitoramento da concentração de um traçador no interior do distribuidor, e de volumes e tempos característicos. Na sequência, avaliou-se o escoamento multifásico, considerando assim a injeção de gás no interior do distribuidor. Nessa etapa foram considerados não somente as curvas características, mas também uma validação em relação à remoção de inclusões no distribuidor através da formulação Lagrangeana. O trabalho transfere, em termos de metodologia numérica, importante tecnologia para as indústrias que fabricam distribuidores empregados em lingotamento contínuo. / This work presents a study and numerical models validation that permits evaluate the flow inside a tundish configuration implemented by flow modifiers. The goal is to use the computational simulation to develop new approaches that help to design and increase the performance of the refractory products developed in the company Magnesita. The numerical models have been performed with the help of the commercial CFD code ANSYS CFX®, which employs the Element Based Finite Volume Method to solve the conservation equations in the proper domain. At the first step, it was performed the validation among numerical and experimental results for a tundish composed with dams and turbulence inhibitors, considering a single-phase flow of water, three dimensional, permanent and turbulent model. The model has been validated through a comparison of the Residence Time Distribution, the volumes and times characteristics. In a second step, a multiphase flow computational model of gas injection inside a tundish has been developed and validated with experimental data. The model has been validated through a comparison of Residence Time Distribution and inclusion removal analysis through the Lagrangian formulation with experimental measurements. The work provides an important technology in terms of numerical methodology in the tundish projects.

Dissertação (mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico. Programa de Pós-Graduação em Engenharia Mecânica. / Made available in DSpace on 2012-10-23T20:57:33Z (GMT). No. of bitstreams: 1 249169.pdf: 2873151 bytes, checksum: 549a4b296a97a127c88daa16977b3f71 (MD5) / De acordo com o relatório publicado pelo Intergovernmental Panel on Climate Change em 2007, a atividade industrial é a principal responsável pelo aquecimento do planeta Terra. Nas últimas décadas, a indústria de refrigeração e ar condicionado tem sido pressionada quanto ao uso de fluidos refrigerantes sintéticos através dos protocolos de Montreal e de Kyoto. Soluções de longo prazo têm sido avaliadas, o que inclui o uso de refrigerantes naturais. Neste contexto, o dióxido de carbono (CO2, R-744) ressurgiu como um candidato em potencial, já que é uma substância natural, estável, atóxica, não inflamável, e com potencial de aquecimento global relativamente baixo. Embora existam vários exemplos de sistemas comerciais de refrigeração a base de CO2 que empregam tubos capilares como dispositivo de expansão, pouco tem sido estudado a esse respeito. Para preencher essa lacuna, o presente trabalho se propõe a caracterizar o escoamento transcrítico de R-744 através de tubos capilares adiabáticos. Para tanto, uma bancada experimental foi especialmente projetada e construída. Os ensaios experimentais foram planejados estatisticamente com o objetivo de extrair o máximo de informações de um número mínimo de experimentos. Dois modelos, um diferencial e outro algébrico, foram também desenvolvidos para simular o escoamento de CO2 em tubos capilares adiabáticos. No primeiro, as equações da conservação da massa, da energia e da quantidade de movimento foram resolvidas numericamente ao longo do escoamento empregando-se um procedimento iterativo de cálculo para estimar a vazão mássica de refrigerante. No segundo, a equação do movimento foi integrada analiticamente ao longo de uma linha isentálpica, dando origem a uma equação algébrica para computar a vazão mássica de CO2. Os dois modelos foram validados contra dados experimentais, mostrando-se capazes de prever mais de 90% dos pontos experimentais com erros na faixa de ±10%. Uma análise de sensibilidade explorando os efeitos das condições geométricas e de operação sobre a vazão mássica de CO2 foi também realizada.

Neste trabalho desenvolve-se um estudo numérico do fluxo de ar em torno da geometria de um pára-quedas tradicional simplificado, para alguns valores de Reynolds. O método baseia-se na solução das equações incompressíveis de Navier- Stokes discretizadas pelo método de diferenças finitas e integradas pelo método de Runge-Kutta. Utiliza-se o método dos contornos virtuais para representar a geometria numa malha cartesiana e o método de otimização não-linear dos poliedros flexíveis para otimização do coeficiente de arraste calculado através do código de dinâmica de fluidos computacional; esteé um método de busca multivariável, onde o pior vértice de um poliedro com n + 1 vérticesé substituído por um novo.

Tese (doutorado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico. Programa de Pós-Graduação em Engenharia Mecânica. / Made available in DSpace on 2012-10-22T09:30:29Z (GMT). No. of bitstreams: 0 / Neste trabalho o fenômeno da obstrução de tubos capilares em sistemas de refrigeração de pequena e média capacidade e que empregam HFC134a como refrigerante e óleo éster como lubrificante foi estudado. Para tanto, construiu-se uma bancada experimental com capacidade de controlar e medir todas as variáveis envolvidas no processo. Um projeto fatorial de experimentos foi executado avaliando o efeito das seguintes variáveis e nas seguintes faixas, sobre a redução do fluxo de massa: pressão (11bar e 14bar), grau de subresfriamento (7,5ºC e 12,5ºC), diâmetro (0,57mm e 0,79mm) e comprimento do tubo capilar (3m e 4m), concentração de óleo (0,5% e 1,0%) e tipo de ácido presente na composição química dos óleos ésteres (foram utilizados os óleos RL7H e 8E, respectivamente com ácido linear e ramificado). Os testes foram realizados ao longo de um período fixo de dosagem de óleo de 10dias. Os experimentos mostraram que o tipo de ácido é a variável com maior efeito sobre a obstrução, em particular, que o óleo formado com ácido linear obstrui mais do que aquele formado com ácido ramificado. Em média, a redução percentual do fluxo de massa foi de 27% nos testes com óleo RL7H contra 15% naqueles com óleo 8E. Medições da vazão de nitrogênio através dos tubos capilares foram também realizadas antes e após os experimentos. Os resultados indicaram que essa técnica fornece vazões sempre inferiores às observadas com HFC134a. Desenvolveu-se também um modelo matemático para simular o escoamento de HFC134a puro e de misturas HFC134a/óleo éster, com e sem efeitos de adsorção de óleo. Uma analogia com a deposição de partículas em superfícies sólidas foi utilizada para simular a adsorção do óleo éster, o que permitiu concluir que o fenômeno é governado principalmente pela difusão molecular do óleo em refrigerante e pelo arraste na parede do tubo capilar. As previsões do modelo para o escoamento de HFC134a puro reproduziram de forma razoável os resultados experimentais para o fluxo de massa, dentro de uma banda de erro de ±10%. Desprezando-se aspectos de adsorção concluiu-se que o efeito do óleo sobre o escoamento é desprezível, provocando alterações no fluxo de massa de ±0,2%. O modelo completo foi comparado com resultados experimentais, quando verificou-se que dos 16 pontos experimentais analisados, 10 (62%) se encontraram dentro de uma banda de erro de ±20%, plenamente aceitável para o fenômeno físico em questão.

Dissertação (mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnologico / Made available in DSpace on 2016-01-08T16:02:41Z (GMT). No. of bitstreams: 1 82012.pdf: 1578964 bytes, checksum: 8a0d18231fd287df45d792c7aaabda6b (MD5) Previous issue date: 1988 / Neste trabalho é resolvido numericamente o modelo elíptico do problema da convecção natural em canais abertos, usando o método dos volumes finitos em coordenadas coincidentes com a fronteira. Para o tratamento das condições de contorno na entrada do canal, uma importante questão numérica quando o problema é formulado elipticamente, e proposta uma metodologia de cálculo, onde tanto a pressão como a velocidade são corrigidas durante o processo evolutivo de cálculo. Para a validação da metodologia de aplicação das condições de contorno mencionadas acima, são usados os diversos resultados experimentais e numéricos existentes na literatura para os canais formados por duas placas planas verticais. Finalmente, o problema de convecção natural em canais em forma de "L" é resolvido variando-se o número de Rayleigh e as dimensões geométricas.

Dissertação (mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnologico / Made available in DSpace on 2016-01-08T18:49:38Z (GMT). No. of bitstreams: 1 100947.pdf: 2918463 bytes, checksum: ca26b6007069bccecd4f40d1f56a3c30 (MD5) Previous issue date: 1994 / Este trabalho consistiu na análise experimental do escoamento de fluídos refrigerantes em tubos capilares. Sua motivação deve-se-à contínua necessidade de racionalização do consumo de energia em sistemas que usam tubos capilar e fluídos refrigerantes alternativos, como o R134a e o R600a. Uma bancada experimental foi desenvolvida a fim de se obter um banco de dados que possibilite o desenvolvimento e/ou a validação de modelos e/ou correlações para os fenômenos envolvidos no escoamento. São descritas as calibrações dos sistemas de medição da bancada, assim como os processos de medição empregados na avaliação das características geométricas dos tubos capilares. Testes foram realizados com três fluídos refrigerantes (R12, R134a e R600a). As incertezas de medição de todas as grandezas envolvidas são também apresentadas. Foram realizados mais de 700 testes medindo-se, além do fluxo de massa, as condições na entrada e na saída, e 189 testes medindo-se pressões e temperaturas em vários pontos ao longo do tubo capilar. O escoamento se comportou da maneira clássica e foi identificada a presença de uma região de metaestabilidade.

Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas. Instituto de Matemática, Estatística e Ciência da Computação / Made available in DSpace on 2013-12-05T19:09:40Z (GMT). No. of bitstreams: 0 Previous issue date: 1979Bitstream added on 2016-01-08T13:35:59Z : No. of bitstreams: 1 264872.pdf: 490239 bytes, checksum: 532d958a9e3341d4c3d33eefd7ec4741 (MD5)

Dissertação (mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico. Programa de Pós-Graduação em Engenharia Química / Made available in DSpace on 2012-10-22T06:08:21Z (GMT). No. of bitstreams: 0 / Diversas operações e procedimentos na indústria do petróleo estão relacionados ao deslocamento imiscível de um fluido por outro, podendo-se citar: a elevação natural e artificial do óleo a partir dos poços, o bombeamento através de dutos de óleos de viscosidade elevada mediante a injeção conjunta de água e a recuperação secundária de petróleo. A eficiência deste último tipo de processo é uma conseqüência direta dos fenômenos interfaciais característicos de sistemas água-óleo. Também o fenômeno de inversão de fases, como acontece no caso de vazamento de óleo a partir de dutos submersos, pode ser considerado dentro desta temática. Neste contexto, é importante uma análise experimental de estabilidade da interface água-óleo bem como dos fatores que levam ao aparecimento do fenômeno de digitação, representado pelo escoamento viscoso de uma das fases que avança para o interior da outra na forma de um ou mais fingers. O modelo matemático utilizado para descrever o deslocamento imiscível de um fluido por outro é desenvolvido inicialmente para células de Hele-Shaw. Observações experimentais com uma célula de Hele-Shaw possibilitam avaliar o modelo proposto e sua aptidão para descrever adequadamente o fenômeno da digitação viscosa devidamente relacionado às propriedades físicas (densidade, viscosidade e tensão interfacial) e geométricas do sistema.

Resumo

Resumo: O conceito de velocidade terminal é largamente utilizado na modelagem, projeto e otimização de diversos processos industriais, e o estudo do tema é motivado devido à possibilidade de aplicações em diversos sistemas, como no craqueamento catalítico por leito fluidizado e tratamento de água. A literatura traz muitos estudos sobre velocidade terminal de uma única partícula em um meio contínuo, mas poucos em sistemas trifásicos, e nem todos descrevem certos detalhes como regime de bolhas e trajetória real da partícula em queda. Aparentemente os resultados apresentados em outros estudos são conflitantes em relação ao aumento ou a diminuição da velocidade terminal, comparando a ausência e presença de gás disperso em um meio líquido contínuo. Devido à quantidade limitada de modelos que levem em conta ambas as fases fluidas e outras características do sistema fora de parâmetros empíricos e fatores de segurança, bem como os aparentes conflitos entre os resultados reportados em literatura, neste trabalho utilizou-se uma coluna de bolhas com diâmetro fixo e esferas de plástico de diversos diâmetros e densidades, para verificar como a velocidade terminal é influenciada pela presença de bolhas, bem como pela trajetória que a partícula percorre em sua queda pela coluna. As esferas apresentam trajetórias distintas da retilínea (como oblíqua e helicoidal). Esta alteração na trajetória retilínea influencia na velocidade terminal da partícula. Quando há um fluxo ascendente de líquido, o perfil de velocidade promove uma influência pouco significativa. A presença de bolhas provoca a diminuição da velocidade terminal da maior parte das esferas analisadas, chegando a uma diminuição de até 51%, exceto para as de maior diâmetro, devido à colisão das esferas com as bolhas, e uma estabilização das oscilações sofridas pelas esferas de maior diâmetro, provocando um aumento da velocidade terminal de até 19%. A influência do fluxo de bolhas também está ligada à proximidade com a parede da coluna, pois a concentração de bolhas é maior na parte central da coluna. Os modelos apresentados em literatura para estimativa da velocidade terminal em meio trifásico não apresentam resultados satisfatórios se comparados aos dados experimentais, tendendo a superestimar a velocidade terminal da partícula, possivelmente devido à ausência de parâmetros que considerem os efeitos da trajetória e/ou da presença das bolhas. Os resultados obtidos e a quantificação dos efeitos da trajetória, do perfil de velocidades da fase líquida e da presença de bolhas sobre a velocidade terminal da partícula fornecem informações importantes que podem permitir a melhoria e desenvolvimento de novos modelos onde haja a necessidade de utilizar a velocidade terminal de partículas na presença de mais de uma fase fluida, como a decantação e fluidização.