É analisado um critério de dimensionamento de máquinas de fluxo axiais subsônicas, baseado no coeficiente de pressão mínimo referente ao lado de sucção do perfil junto ao cubo do rotor, cpsmin, onde se faz sentir a influência dos diversos parâmentros geométricos envolvidos, como tipo de perfil, ângulo de montagem e solidez, nas características aerodinâmicas pretendidas. Utiliza-se um modelo potencial, formulado pelo método das singularidades, com ajustes posteriores através de dados experimentais existentes na literatura. São encontrados bons resultados de distribuição de pressão e coeficiente de sustentação para perfis NACA série 65 arranjados em grade. Para verificação da aplicabilidade do critério em estudo são construidos e ensaiados cinco ventiladores axiais, com diferentes valores dos parâmetros geométricos. Conclui-se pela validade do critério, como indicador da geometria adequada para o dimensionamento de máquinas de fluxo axiais subsônicas.

Estimativas de desempenho de compressores axiais através de métodos numéricos, entre eles o Método da Curvatura das Linhas de Corrente, são ferramentas utilizadas para reduzir o custo e o tempo de desenvolvimento de compressores axiais. A qualidade dos resultados está intimamente ligada às correlações que relacionam o escoamento à máquina, isto ée, correlações de incidência de mínima perda, de perda de pressão total e de desvio. O presente trabalho estuda as diferenças dos resultados obtidos com diferentes correlações de modo a definir a validade destas nos casos estudados e apontar as possibilidades de desenvolvimento do programa disponível no ITA. Pretende-se, desta forma, que as limitações do método, devido as simplificações necessárias, sejam totalmente exploradas. Foram simulados dois compressores: um estágio de "fan" de razão de pressão 1,35 (estágio NASA 53) e um estágio de compressor de alto desempenho construído com perfil MCA (estágio NASA 37).

[pt] Os elementos combustíveis de reatores nuclear são geralmente constituídos por feixes de barras contendo as pastilhas de combustível montadas em arranjos de geometria triangular ou quadrada, através dos quais o fluido refrigerante escoa axialmente. O projeto térmico desses elementos só pode ser efetuado se informações sobre o processo de retirada de calor pelo fluido refrigerante são disponíveis, o que exige uma descrição detalhada do campo de velocidades do escoamento. No presente trabalho são utilizados um modelo de turbulência de zero equações e uma lei da parede para transferência de energia na obtenção dos campos de velocidades e temperaturas do escoamento, e também das distribuições angulares da tensão cisalhante e do Número de Nusselt na parede de um subcanal típico de elemntos combustíveis nucleares, para escoamentos turbulentos, em regime permanente, totalmente desenvolvidos, de fluidos, incompressíveis e assumindo propriedades independentes da temperatura com escoamentos axiais através de arranjos triangulares de barras com diferentes razoes de aspectos (P/D) e diferentes Números e Reynolds (Re). Os resultados são comparados com resultados experimentais de outros autores, obtidos da literatura, e apresentam boa concordância. / [en] Nuclear fuel elements generally consists of cladding rods containing the fuel pellets, with the coolant flowing axially through them. The thermal design of such elements only can be carried out if information about the heat transfer process to the coolant be avaiable, wich demmands a detailed description of the velocity field of flow. In the present work a zero equation model of turbulence and a wall law to energy transfer are applied to compute the velocity and temperature fields, and also the angular distribution of local wall sheat stress and nusselt number in the wall of a typical subchannel of nuclear fuel elements, for turbulents and fully developed flows,steady state, with incompressible, temperature independent fluids, flowing axially through triangular arrays of rods in differents aspect rations (P/D) and Reynods number (Re). The results are compared with experimental data of others authors, obtained from literature and show agreement.

No presente trabalho, sao discutidos certos aspectos doescoamento em maquinas de fluxo axiais, com enfase no problema dedimensionamento. Na primeira parte, e feita uma analise simplificadados parametros otimos de funcionamento de um estagio rotor-estator. Introduz-se os conceitos de "potenciais de perdas" hidraulicas e pordifusao, cuja minimizacao indica tendencias de se obter faixasperdas hidraulicas e de pressao, respectivamente. Verifica-se que aminimizacao do potencial de perdas hidraulicas nem sempre conduz aestagios efetivos na producao de pressao estatica, o que nao ocorrecom a minimizacao do potencial de perdas por difusao. Essa ultima,alem disso, possibilita uma reproducao analítica dos Diagramas deCordier em boa concordancia com dados nominais de bombas eventiladores bem projetados. Na segunda parte, apresenta-se umametodologia para analise do escoamento em grades lineares de perfisaerodinamicos. Com base no metodo dos paineis, desenvolve-se umatecnica numerica efetiva para analise do escoamento potencial. A tecnica e aferida para se obter bons resultados com numeromoderado de paineis. Em seguida, ela e aplicada sistematicamente nocaso de grades de perfis da serie NACA 65, para as quais estaodisponiveis dados experimentais confiaveis. Em funcao disso, ehproposta uma correlacao empirica, permitindo definir um ajuste nadistribuicao de pressoes (conforme Gostelow) e no angulo de deflexaodo escoamento, com resultados mais realistas que os potenciais(segundo a condicao de Kutta). Finalmente, a metodologia e aplicada em casos de projeto de rotores de maquinas de fluxo axiais, visandoatender ao criterio de coeficiente de pressao minimo prescrito sobreas pas.

Este trabalho apresenta resultados numéricos para o escoamento incompressível axial laminar em feixes de barras. Para discretização das equações de transporte é empregado o método de volume-de-controle aplicado a um sistema de coordenadas generalizadas. Os resultados reproduzem primeiramente o escoamento em dutos de várias formas através do mapeamento do campo físico (X,Y) no domínio computacional (n). Soluções numéricas e analíticas são comparadas com a finalidade de se qualificar o programa computacional desenvolvido. Em seguida, são mostradas soluções para o escoamento em feixes de barras dispostos em arranjos triangular e quadrado. Também nestes casos os resultados apresentam concordância satisfatória com soluções analíticas existentes.

O objetivo deste trabalho foi utilizar injetores do tipo axial e "swirl" para avaliar os efeitos da injeção de oxigênio gasoso (GOX) sobre o empuxo e a pressão na câmara de combustão de um motor foguete híbrido experimental com grão combustível de polietileno e o pioneiro grão combustível de parafina esférica estruturada em poliuretano. Para tal, foram usinados injetores em aço inoxidável e construído um motor foguete híbrido experimental e sua bancada de ensaios, provida de dispositivos que permitiram registrar dados de empuxo, variação da massa de combustível e de oxidante e de pressão na câmara de combustão do motor foguete híbrido. Os ensaios foram realizados com pressões de injeção de GOX de 46, 52 e 58 Bar e com injetores do tipo axial, "screw", "swril" pequeno e "swirl" grande. O "swirl" grande proporcionou condições ideais para difusão do oxidante no meio reacional e o grão de parafina estruturada no poliuretano favoreceu a gaseificação deste combustível e ambos apresentaram os melhores resultados dos parâmetros balísticos.

This work deals with the numerical simulation of axial flow compressors, from design to performance prediction. The stage performance prediction uses the meanline flow properties. Stage-stacking is used to analyse a multi-stage compressor. A computer program, written in FORTRAN, was developed and is able to design an axial flow compressor given air mass flow, total pressure ratio, overall efficiency and design speed. All geometrical data relevant to the compressor performance prediction is calculated after it has been bladed. From the geometrical data and for given compressor speed, the performance is calculated: pressure ratio and efficiency are determined from stall to choke. A complete compressor performance map can be produced. Validation was carried out with data obtained from the literature. Good agreement has been achieved.

O presente trabalho desenvolve uma metodologia numérica de análise do escoamento em grades lineares de perfis aerodinâmicos com aplicação direcionada ao dimensionamento de máquinas de fluxo axiais. O método consiste na realização de uma interação entre dois modelos computacionais: o potencial (ausência de efeitos viscosos) e o de camada limite, obtendo-se resultados muito próximos dos experimentais e com baixo custo computacional. O código potencial, baseado no método dos painéis, utiliza a formulação de Hess & Smith [1

Este trabalho analisa o projeto de uma turbina axial, de vários estágios, de geometria variável. Apresenta uma metodologia para projeto e estimativa de desempenho no ponto de projeto, utilizando o modelo de perdas desenvolvido por Kacker e Okapuu. É apresentada uma metodologia para o estudo do desempenho dessa turbina quando são variados os ângulos de montagem dos estatores. Foram desenvolvidos dois programas de computador para a realização dos cálculos, validados com dados de literatura. Os resultados obtidos através dos programas de computador são quantitativamente coerentes com os dados de literatura e, no caso de geometria variável, estão qualitativamente corretos.

[pt] O escoamento entre cilindros concêntricos com rotação do cilindro interno com a imposiçãao de um gradiente axial de pressão foi estudado experimentalmente. A razão de raios era (n)= 0, 64 e razão de aspecto era (r) = 265. O fator de atrito e campos de velocidade foram estudados para quatro rotações diferentes do cilindro interno e para os três regimes de escoamento, laminar, transição laminar- turbulento, e turbulento. Os Campos de velocidades foram obtidos através da técnica de Velocimetria por Imagem de Partículas (PIV). Os resultados para os fatores de atrito revelaram que a influência da rotação é mais pronunciada para regimes laminares e de transição. Para estes dois regimes o aumento observado foi de 100% de f/f0. Para o regime de escoamento turbulento, o aumento foi decrescendo gradativamente até o valor de 10% de f/f0 para Reaxial = 8458. Os campos de velocidade instantâneos relevaram padrões complexos do escoamento. Os perfis de velocidade axial médios tomavam uma forma achatada com o aumento da rotação do cilindro interno e do número de Reynolds axial. Para o regime de escoamento turbulento a influência da rotação do cilindro nos perfis de velocidade era pequena. / [en] The flow between concentric cylinders with an inner rotating cylinder with an imposed pressure-driven axial flow was studied experimentally. The radius ratio was (n) = 0, 64 and the aspect ration was (r) = 265. Friction factor and velocity fields were studied for four rotations of the inner cylinder and for laminar, transitional, and turbulent flow. Velocity fields were measure by Particle Image Velocimetry (PIV). The results for friction factor showed that the influence of the rotation is more apparent for laminar and transitional flow, increasing with the rotation of the inner cylinder. For these two flows, the increasing was 100% of f/f0. For turbulent flow, the increasing was gradualy decreasing to 10% of f/f0 for Reaxial = 8458. Instantaneous velocity fields showed complex flow patterns. The time average axial velocity profiles showed a top hat like form with the increasing of inner cylinder rotation and axial Reynolds numbers. For turbulent flow, the influence of rotation in the velocity profiles was small.