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Modelagem de escoamento de fluidos supercríticos em dutos longos

Reis, Rubem da Cunha January 2000 (has links)
Devido à necessidade de vencer grandes distâncias no transporte de fluidos entre unidades de produção e consumo, muitas vezes tem-se escoamento supercrítico, isto é, em condições de pressão muito elevadas, acima da pressão crítica do fluido. Muitos acidentes e incidentes na indústria de processos químicos têm ocorrido em função da falha de acessórios de linha e/ou falhas mecânicas da própria tubulação devido a esta condição de pressão bastante severa. Em caso de vazamento com alta pressão, no interior do sistema, haverá a formação de escoamento crítico. Neste trabalho visa-se determinar, espacial e temporalmente, ao longo da tubulação, as variações de vazão, pressão, temperatura e estado do fluido durante a sua fuga para a atmosfera, decorrente da perda de contenção. A motivação maior para o estudo advém do interesse em avaliação de conseqüências em análise de riscos industriais uma vez que a mesma depende da caracterização da descarga, para a atmosfera, que ocorre, em caso de acidente, com liberação acidental de material perigoso. Discute-se também a utilização da equação de estado termodinâmica para o levantamento de propriedades e sua influência no cálculo do escoamento crítico. Resultados são apresentados para os casos estacionário e transiente, sendo que neste último, para solução, utilizou-se o esquema numérico de Godunov. Com relação aos resultados, tem-se que, em regime estacionário, o fluxo de massa crítico de eteno a 10 MPa, em uma ruptura total de um duto de 0,05 m de diâmetro, os resultados obtidos foram os seguintes: para uma distância de 5000 m, a vazão por unidade de área obtida foi de 1501 kg.m-2.s-1 ; para um vazamento na distância de 10000 m, foi de 1061 kg.m-2.s-1 e para a distância de 15000 m, foi de 866 kg.m-2.s-1. Variou-se, ainda, a pressão inicial para vários diâmetros de duto e comprimentos de distância entre o ponto de ruptura e a alimentação de material. Verificou-se, também, a influência da fixação ou não de um valor para o fator de atrito, a influência do caminho termodinâmico, avaliando-se a hipótese isoentrópica contra a isoentálpica e também a influência da presença de isolamento térmico na tubulação ou não. Para simulações realizadas envolvendo inventários de hidrocarbonetos leves em dutos curtos (da ordem de 1000 m), o modelo não apresentou a mesma capacidade de reprodução da realidade física, embora seja possível resolver o sistema de equações que descreve a perda de contenção. Resultados típicos de tempo de duração para atingir-se o regime estacionário em uma tubulação de 0,1 m com escoamento de eteno que inicialmente se encontrava a 10,1 MPa foi de 7,5 segundos para uma distância entre o de reservatório e o local da ruptura de 1000 m. Para uma distância maior, 5000 m, o tempo de estabilização chegou a quase 34 s. Para a validação do modelo utilizou-se dados de inventário de um acidente (Piper Alpha) com gás natural. Foram utilizados testes de base estatística tanto para comparar os resultados obtidos com o presente modelo como de outros encontrados na literatura, com os dados empíricos. Os resultados da aplicação dos testes estatísticos utilizados foram muito semelhantes aos obtidos para outros modelos, mas com uma considerável vantagem para o modelo aqui apresentado por sua redução bastante significativa de consumo de tempo computacional usado na obtenção da solução. / The need to transport fluids over great distances between producing and consuming units imposes the use of flow under supercritical conditions, that is, very high pressures, above the criticai pressure ofthe fluid. Many accidents and incidents have happened, in the chemical process industries, as a result of failures in components or of the pipeline itself due to these rather severe working pressure levels. In case of accident under very high pressure inside of the system, critical or choked flow will develop. In this work, it is sought the determination, in time and space, of the behavior of mass flow, pressure, temperature and physical state of the fluid, following a full bore pipeline rupture. The main reason for the study is the need to estimate consequences of accidents for risk analysis purposes that depend on the characterization of the fluid discharge to the atmosphere, immediately after the rupture with release of dangerous materiais. It is also discussed the use of a thermodynamical equation of state for material properties estimation and its influence on the evaluation of criticai flow. Results are presented for steady state and transient cases, where in the latter, the Godunov numerical scheme was used to generate the solution. With respect to results, one has, for the steady state formed as a result of a full bore rupture of an ethylene pipeline with 0.05 m of diameter initially under 10 MPa of pressure, the following: for a rupture occurring at a distance of 5,000 m of the supply unit, the critical mass flow per unit area was 1,501 kg.m-2.s-1 , for the distance of 10,000 m it was 1061 kg.m-2.s-1 and for the distance of 15,000 m it was 866 kg.m-2.s-1. Results were also generated for several values of initial pressure, pipeline diameter as well distances to the point of rupture. lt was also studied the effect of fixing or not a value for the friction factor, the influence of the thermodynamical path used for the transition between states of the fluid with a comparison of the results obtained with both isoentropic and isoenthalpic hypotheses, and finally it was analyzed the variation in the results with and without pipe thermal insulation. For simulations involving light hydrocarbons in short pipelines (of the order of 1,000 m), the similarity with the fisical reality was not satisfactory, even though it was possible to solve the system of equations that describe the behavior of the material escaping as a result ofthe rupture. So, a typical result for the length oftime required for establishment of the steady state for a 0.1 m diameter pipeline containing ethylene initially under 10.1 MPa of pressure, was 7.5 s when the rupture occurred at a distance of 1,000. For a larger distance, 5,000 m, the time to stabilize was close to 34 s. For the val idation of the model, it was used a set of data from an accident (Piper Alpha) involving natural gas. Statistics based tests were used to compare the results ofthe present modelas well as results available from othermodels in the literature, with the empirical data. The results obtained with the use of statistical tests for the present model were similar to the ones obtained for the other models, but with a significant reduction in the time consumed to achieve the numerical solution.
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Modelagem de escoamento de fluidos supercríticos em dutos longos

Reis, Rubem da Cunha January 2000 (has links)
Devido à necessidade de vencer grandes distâncias no transporte de fluidos entre unidades de produção e consumo, muitas vezes tem-se escoamento supercrítico, isto é, em condições de pressão muito elevadas, acima da pressão crítica do fluido. Muitos acidentes e incidentes na indústria de processos químicos têm ocorrido em função da falha de acessórios de linha e/ou falhas mecânicas da própria tubulação devido a esta condição de pressão bastante severa. Em caso de vazamento com alta pressão, no interior do sistema, haverá a formação de escoamento crítico. Neste trabalho visa-se determinar, espacial e temporalmente, ao longo da tubulação, as variações de vazão, pressão, temperatura e estado do fluido durante a sua fuga para a atmosfera, decorrente da perda de contenção. A motivação maior para o estudo advém do interesse em avaliação de conseqüências em análise de riscos industriais uma vez que a mesma depende da caracterização da descarga, para a atmosfera, que ocorre, em caso de acidente, com liberação acidental de material perigoso. Discute-se também a utilização da equação de estado termodinâmica para o levantamento de propriedades e sua influência no cálculo do escoamento crítico. Resultados são apresentados para os casos estacionário e transiente, sendo que neste último, para solução, utilizou-se o esquema numérico de Godunov. Com relação aos resultados, tem-se que, em regime estacionário, o fluxo de massa crítico de eteno a 10 MPa, em uma ruptura total de um duto de 0,05 m de diâmetro, os resultados obtidos foram os seguintes: para uma distância de 5000 m, a vazão por unidade de área obtida foi de 1501 kg.m-2.s-1 ; para um vazamento na distância de 10000 m, foi de 1061 kg.m-2.s-1 e para a distância de 15000 m, foi de 866 kg.m-2.s-1. Variou-se, ainda, a pressão inicial para vários diâmetros de duto e comprimentos de distância entre o ponto de ruptura e a alimentação de material. Verificou-se, também, a influência da fixação ou não de um valor para o fator de atrito, a influência do caminho termodinâmico, avaliando-se a hipótese isoentrópica contra a isoentálpica e também a influência da presença de isolamento térmico na tubulação ou não. Para simulações realizadas envolvendo inventários de hidrocarbonetos leves em dutos curtos (da ordem de 1000 m), o modelo não apresentou a mesma capacidade de reprodução da realidade física, embora seja possível resolver o sistema de equações que descreve a perda de contenção. Resultados típicos de tempo de duração para atingir-se o regime estacionário em uma tubulação de 0,1 m com escoamento de eteno que inicialmente se encontrava a 10,1 MPa foi de 7,5 segundos para uma distância entre o de reservatório e o local da ruptura de 1000 m. Para uma distância maior, 5000 m, o tempo de estabilização chegou a quase 34 s. Para a validação do modelo utilizou-se dados de inventário de um acidente (Piper Alpha) com gás natural. Foram utilizados testes de base estatística tanto para comparar os resultados obtidos com o presente modelo como de outros encontrados na literatura, com os dados empíricos. Os resultados da aplicação dos testes estatísticos utilizados foram muito semelhantes aos obtidos para outros modelos, mas com uma considerável vantagem para o modelo aqui apresentado por sua redução bastante significativa de consumo de tempo computacional usado na obtenção da solução. / The need to transport fluids over great distances between producing and consuming units imposes the use of flow under supercritical conditions, that is, very high pressures, above the criticai pressure ofthe fluid. Many accidents and incidents have happened, in the chemical process industries, as a result of failures in components or of the pipeline itself due to these rather severe working pressure levels. In case of accident under very high pressure inside of the system, critical or choked flow will develop. In this work, it is sought the determination, in time and space, of the behavior of mass flow, pressure, temperature and physical state of the fluid, following a full bore pipeline rupture. The main reason for the study is the need to estimate consequences of accidents for risk analysis purposes that depend on the characterization of the fluid discharge to the atmosphere, immediately after the rupture with release of dangerous materiais. It is also discussed the use of a thermodynamical equation of state for material properties estimation and its influence on the evaluation of criticai flow. Results are presented for steady state and transient cases, where in the latter, the Godunov numerical scheme was used to generate the solution. With respect to results, one has, for the steady state formed as a result of a full bore rupture of an ethylene pipeline with 0.05 m of diameter initially under 10 MPa of pressure, the following: for a rupture occurring at a distance of 5,000 m of the supply unit, the critical mass flow per unit area was 1,501 kg.m-2.s-1 , for the distance of 10,000 m it was 1061 kg.m-2.s-1 and for the distance of 15,000 m it was 866 kg.m-2.s-1. Results were also generated for several values of initial pressure, pipeline diameter as well distances to the point of rupture. lt was also studied the effect of fixing or not a value for the friction factor, the influence of the thermodynamical path used for the transition between states of the fluid with a comparison of the results obtained with both isoentropic and isoenthalpic hypotheses, and finally it was analyzed the variation in the results with and without pipe thermal insulation. For simulations involving light hydrocarbons in short pipelines (of the order of 1,000 m), the similarity with the fisical reality was not satisfactory, even though it was possible to solve the system of equations that describe the behavior of the material escaping as a result ofthe rupture. So, a typical result for the length oftime required for establishment of the steady state for a 0.1 m diameter pipeline containing ethylene initially under 10.1 MPa of pressure, was 7.5 s when the rupture occurred at a distance of 1,000. For a larger distance, 5,000 m, the time to stabilize was close to 34 s. For the val idation of the model, it was used a set of data from an accident (Piper Alpha) involving natural gas. Statistics based tests were used to compare the results ofthe present modelas well as results available from othermodels in the literature, with the empirical data. The results obtained with the use of statistical tests for the present model were similar to the ones obtained for the other models, but with a significant reduction in the time consumed to achieve the numerical solution.
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Modelagem de escoamento de fluidos supercríticos em dutos longos

Reis, Rubem da Cunha January 2000 (has links)
Devido à necessidade de vencer grandes distâncias no transporte de fluidos entre unidades de produção e consumo, muitas vezes tem-se escoamento supercrítico, isto é, em condições de pressão muito elevadas, acima da pressão crítica do fluido. Muitos acidentes e incidentes na indústria de processos químicos têm ocorrido em função da falha de acessórios de linha e/ou falhas mecânicas da própria tubulação devido a esta condição de pressão bastante severa. Em caso de vazamento com alta pressão, no interior do sistema, haverá a formação de escoamento crítico. Neste trabalho visa-se determinar, espacial e temporalmente, ao longo da tubulação, as variações de vazão, pressão, temperatura e estado do fluido durante a sua fuga para a atmosfera, decorrente da perda de contenção. A motivação maior para o estudo advém do interesse em avaliação de conseqüências em análise de riscos industriais uma vez que a mesma depende da caracterização da descarga, para a atmosfera, que ocorre, em caso de acidente, com liberação acidental de material perigoso. Discute-se também a utilização da equação de estado termodinâmica para o levantamento de propriedades e sua influência no cálculo do escoamento crítico. Resultados são apresentados para os casos estacionário e transiente, sendo que neste último, para solução, utilizou-se o esquema numérico de Godunov. Com relação aos resultados, tem-se que, em regime estacionário, o fluxo de massa crítico de eteno a 10 MPa, em uma ruptura total de um duto de 0,05 m de diâmetro, os resultados obtidos foram os seguintes: para uma distância de 5000 m, a vazão por unidade de área obtida foi de 1501 kg.m-2.s-1 ; para um vazamento na distância de 10000 m, foi de 1061 kg.m-2.s-1 e para a distância de 15000 m, foi de 866 kg.m-2.s-1. Variou-se, ainda, a pressão inicial para vários diâmetros de duto e comprimentos de distância entre o ponto de ruptura e a alimentação de material. Verificou-se, também, a influência da fixação ou não de um valor para o fator de atrito, a influência do caminho termodinâmico, avaliando-se a hipótese isoentrópica contra a isoentálpica e também a influência da presença de isolamento térmico na tubulação ou não. Para simulações realizadas envolvendo inventários de hidrocarbonetos leves em dutos curtos (da ordem de 1000 m), o modelo não apresentou a mesma capacidade de reprodução da realidade física, embora seja possível resolver o sistema de equações que descreve a perda de contenção. Resultados típicos de tempo de duração para atingir-se o regime estacionário em uma tubulação de 0,1 m com escoamento de eteno que inicialmente se encontrava a 10,1 MPa foi de 7,5 segundos para uma distância entre o de reservatório e o local da ruptura de 1000 m. Para uma distância maior, 5000 m, o tempo de estabilização chegou a quase 34 s. Para a validação do modelo utilizou-se dados de inventário de um acidente (Piper Alpha) com gás natural. Foram utilizados testes de base estatística tanto para comparar os resultados obtidos com o presente modelo como de outros encontrados na literatura, com os dados empíricos. Os resultados da aplicação dos testes estatísticos utilizados foram muito semelhantes aos obtidos para outros modelos, mas com uma considerável vantagem para o modelo aqui apresentado por sua redução bastante significativa de consumo de tempo computacional usado na obtenção da solução. / The need to transport fluids over great distances between producing and consuming units imposes the use of flow under supercritical conditions, that is, very high pressures, above the criticai pressure ofthe fluid. Many accidents and incidents have happened, in the chemical process industries, as a result of failures in components or of the pipeline itself due to these rather severe working pressure levels. In case of accident under very high pressure inside of the system, critical or choked flow will develop. In this work, it is sought the determination, in time and space, of the behavior of mass flow, pressure, temperature and physical state of the fluid, following a full bore pipeline rupture. The main reason for the study is the need to estimate consequences of accidents for risk analysis purposes that depend on the characterization of the fluid discharge to the atmosphere, immediately after the rupture with release of dangerous materiais. It is also discussed the use of a thermodynamical equation of state for material properties estimation and its influence on the evaluation of criticai flow. Results are presented for steady state and transient cases, where in the latter, the Godunov numerical scheme was used to generate the solution. With respect to results, one has, for the steady state formed as a result of a full bore rupture of an ethylene pipeline with 0.05 m of diameter initially under 10 MPa of pressure, the following: for a rupture occurring at a distance of 5,000 m of the supply unit, the critical mass flow per unit area was 1,501 kg.m-2.s-1 , for the distance of 10,000 m it was 1061 kg.m-2.s-1 and for the distance of 15,000 m it was 866 kg.m-2.s-1. Results were also generated for several values of initial pressure, pipeline diameter as well distances to the point of rupture. lt was also studied the effect of fixing or not a value for the friction factor, the influence of the thermodynamical path used for the transition between states of the fluid with a comparison of the results obtained with both isoentropic and isoenthalpic hypotheses, and finally it was analyzed the variation in the results with and without pipe thermal insulation. For simulations involving light hydrocarbons in short pipelines (of the order of 1,000 m), the similarity with the fisical reality was not satisfactory, even though it was possible to solve the system of equations that describe the behavior of the material escaping as a result ofthe rupture. So, a typical result for the length oftime required for establishment of the steady state for a 0.1 m diameter pipeline containing ethylene initially under 10.1 MPa of pressure, was 7.5 s when the rupture occurred at a distance of 1,000. For a larger distance, 5,000 m, the time to stabilize was close to 34 s. For the val idation of the model, it was used a set of data from an accident (Piper Alpha) involving natural gas. Statistics based tests were used to compare the results ofthe present modelas well as results available from othermodels in the literature, with the empirical data. The results obtained with the use of statistical tests for the present model were similar to the ones obtained for the other models, but with a significant reduction in the time consumed to achieve the numerical solution.
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Simulação numérica das características do escoamento turbulento sobre cilindros dispostos lado a lado

Ordoñez Lopez, Jhony Jamer 07 August 2014 (has links)
Dissertação (mestrado)—Universidade de Brasília, Faculdade UnB Gama, Faculdade de Tecnologia, Programa de Pós-Graduação em Integridade de Materiais da Engenharia, 2014. / Submitted by Ana Cristina Barbosa da Silva (annabds@hotmail.com) on 2014-11-05T19:03:37Z No. of bitstreams: 1 2014_JhonyJamerOrdonezLopes.pdf: 2961399 bytes, checksum: 32605fb302a81165c428f7ed1530a144 (MD5) / Approved for entry into archive by Raquel Viana(raquelviana@bce.unb.br) on 2014-11-06T17:46:23Z (GMT) No. of bitstreams: 1 2014_JhonyJamerOrdonezLopes.pdf: 2961399 bytes, checksum: 32605fb302a81165c428f7ed1530a144 (MD5) / Made available in DSpace on 2014-11-06T17:46:23Z (GMT). No. of bitstreams: 1 2014_JhonyJamerOrdonezLopes.pdf: 2961399 bytes, checksum: 32605fb302a81165c428f7ed1530a144 (MD5) / As pesquisas acerca do escoamento sobre cilindros são amplamente estudadas tanto de forma experimental como através de simulações numéricas. A configuração lado a lado de cilindros circulares, sob escoamentos turbulentos, são geometrias importantes encontradas em muitas aplicações da engenharia. O escoamento turbulento sobre cilindros de configuração lado a lado produz importantes efeitos de interferência entre as esteiras viscosas. São influenciados, primeiramente, pelo espaçamento longitudinal e transversal entre os cilindros, bem como pelo número de Reynolds. Estes parâmetros geométricos influenciam na magnitude das forças aerodinâmicas, na mecânica de desprendimento de vórtices e nas características das flutuações de velocidade a jusante dos cilindros. Utilizando técnicas numéricas, foram simuladas as características médias e dinâmicas do escoamento turbulento em torno de dois cilindros dispostos lado-a-lado. Para tanto serão utilizados os modelos de turbulência k-ω SST e SAS-SST em regime transiente. O número Reynolds foi baseado na velocidade característica do escoamento, U∞, o diâmetro do tubo, ‘d’, e a viscosidade cinemática, . As simulações foram executadas para um número de Reynolds 20700. Neste trabalho o principal parâmetro geométrico é a relação adimensional p/d. O passo entre os tubos, p, indica a distância entre os centros dos tubos e d, o diâmetro dos mesmos. Os espaçamento avaliados neste trabalho foram p/d=1,26, p/d=1,60 e p/d=2,00. υO enfoque dos resultados no presente trabalho foi o comportamento dos campos médios de pressão, das flutuantes de pressão, os coeficientes de arrasto, os coeficientes sustentação, as flutuações de velocidade e os auto espectros de velocidade. As análises espectrais foram adimensionalizadas em forma de número de Strouhal. Os modelos k-ω SST e SAS-SST foram utilizados somente para o espaçamento p/d=1,60 para verificar que modelo comportou-se melhor. Para os espaçamentos p/d=1,26 e 2,00 foi utilizado apenas o modelo SAS-SST. Os resultados dos coeficientes de pressão calculados numericamente apresentaram resultados similares aos experimentais para ambos os modelos. Sendo o modelo SAS-SST mais próximo do resultado experimental. As flutuações de velocidade apresentaram-se coerentes com as esperadas. Verificou-se também que os resultados das características do escoamento sobre cilindros lado a lado se dá de forma diferente do observado em um cilindro isolado. As simulações feitas conseguiram mostrar o fenômeno da biestabilidade com exceção do espaçamento p/d=2,00. Os resultados dos auto espectros confirmaram os dois picos de frequência que indicam o bom comportamento das simulações feitas. ______________________________________________________________________________ ABSTRACT / Researches regarding the flow over cylinders are extensively studied experimentally and numerically. The configuration of cylinders mounted side by side under turbulent flows are important geometries found in many engineering application. The turbulent flow over cylinders on side by side configurations produces significant interference effects between the viscous Wakes. These effects are primarily determined by longitudinal and transversal spacing between the cylinders as by the Reynolds number. These geometrical parameters affect the magnitude of the aerodynamic forces, mechanical vortex shedding and characteristics of velocity fluctuations downstream of the cylinders.The mean and dynamic characteristics of turbulent flow around two cylinders placed side-by-side were simulated using numerical techniques. The turbulence models k-SST and SAS-SST will be used in transient regime. The Reynolds number was based on the free stream velocity, U∞, the tube diameter, d, and kinematics viscosity, υ . The simulations were performed for Reynolds number 20700. In this work the main geometric parameter is the dimensionless relation p/d. The pitch between the tubes, p indicates the distance d between the centers of the cylinders and d the diameter. The pitch used in this work is p/d=1,26, p/d=1,60 and p/d=2,00.The approach of the results in this work was the behavior of the mean pressure fields, the fluctuating pressure, the drag coefficients, the lift coefficients, the velocities fluctuations and velocity auto spectrum. The spectral analysis were dimensionless in the form of Strouhal number. The k-ω SST and SAS-SST models were only used for gap p/d = 1,60 to verify that the model behaved better. For p/d = 1,26 and 2,00 gaps was used only the SAS-SST model.The results of the pressure coefficients calculated numerically were similar to the experimental results, for both models. The SAS-SST model shown better results compared to the k-ω SST model. Velocity fluctuations were consistent with the expectations. It was also found that the results of the flow characteristics of side-by-side cylinders occurs differently from that seen in the isolated cylinder. The simulations were able to show the phenomenon of bistability except for the gap p/d = 2,00. The results of the auto spectral confirmed the two frequency peaks, which indicate good behavior of simulations.
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Escoamento anular de fluidos não-newtonianos utilizando modelo reologico a tres parametros

Paixão, Ana Eleonora Almeida 22 October 1990 (has links)
Orientador: Cesar Costapinto Santana / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Quimica / Made available in DSpace on 2018-07-13T22:17:30Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Paixao_AnaEleonoraAlmeida_M.pdf: 4481873 bytes, checksum: ffb15698537544fb6b0fa08f32a9d601 (MD5) Previous issue date: 1990 / Resumo: A industria química e também a área de prospeção de petróleo utilizam freqüentemente muitas suspensões sólido-líquido de comportamento reológico não-newtoniano com tensão residual, que é um valor crítico abaixo do qual o fluido escoa sem deformação. Essa característica exige o uso de modelos reológicos mais sofisticados para descrever o seu comportamento fluido-dinâmico. As circunstâncias normalmente verificadas na prática requerem que as correlações usadas para descrição do fenômeno acima citado sejam capazes de prever o comportamento do escoamento abrangendo as condições dos regimes laminar, transição e turbulento. O presente trabalho apresenta uma formulação matemática que visa obter correlações que atendam a necessidade das aplicações práticas. Para tanto, realizou-se o estudo detalhado da utilização de um modelo reológico a três parâmetros( Modelo de Robertson & Stiff) para a análise do escoamento anular em tubulações, tendo sido elaboradas novas definições de números de Reynolds e de Número de Hedstrom. Para o escoamento laminar são apresentadas correlações para o coeficiente de atrito em função do Número de Reynolds de Robertson & Stiff, contendo um parâmetro adicional que considera a influência da tensão residual. Nessas correlações tembém estão incluídos parâmetros constantes para cada geometria de escoamento. Na região de escoamento de transição, o trabalho apresenta uma formulação matemática inédita, utilizando o modelo reológico de transição ...Observação: O resumo, na íntegra, poderá ser visualizado no texto completo da tese digital / Abstract: Several solid-liquid suspensions frequently encountered in chemical industry and also in oil well drilling operations exhibit a non-Newtonian behavior with an yield stress, a critical value of stress below which they do not flow. Due to the real conditions usually verified, it is important to master calculations techniques involve the laminar also the transitional and turbulent flow regimes. This thesis consists of an unpublished work presenting an inedit mathematical formulation in order to propose correlations of practical use. The realized study of the annular flow between concentric pipes was based on Robertson and Stiff¿s rheological model, which is a three parameters equation, and on new definitions of Reynolds and Hedstrom numbers. The proposed correlations to the factor friction to Robertson and Stiffi¿s Reynolds number in laminar flow involves one additional parameter considering the yield stress effects and a second one including also he flow geometry. The transitional flow study resulted in a inedit theorical formulation usisng Robertson and rheological model that enables the transitional point or region prediction. This procedure led to a system of highly non-linear equations and its numerical model that enables the transitional point or region predction. This procedure led to a system of highly non-lnear equation and its numericar solution is presented in a table ...Note: The complete abstract is available with the full electronic digital thesis or dissertations / Mestrado / Mestre em Engenharia Química
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Simulação numérica direta de um escoamento turbulento em um canal com fundo ondulado

Buarque, Diogo Costa January 2007 (has links)
Os escoamentos sobre superfícies onduladas são importantes para muitas aplicações de engenharia e problemas ambientais. Compreender seu comportamento é necessário para conhecer como a curvatura afeta a resistência ao escoamento, os mecanismos de movimento do leito de rios e do transporte de sedimentos e os movimentos atmosféricos de grandes escalas. Este trabalho teve como objetivo principal estudar a dinâmica do escoamento turbulento em um canal com fundo ondulado, utilizando a técnica de Simulação Numérica Direta (DNS). Foi adotado um número de Reynolds igual a 7000 e uma razão de aspecto de 0,053, buscando reproduzir o campo de escoamento e identificar suas características principais, obter as principais estatísticas da turbulência e representar algumas das estruturas próximas à parede. Um método de Runge-Kutta de terceira ordem com armazenamento reduzido, e um esquema de diferenças finitas compacto de sexta ordem, foram utilizados para a discretização temporal e espacial, respectivamente, das equações da continuidade e de Navier-Stokes. Foram adotadas condições de contorno periódicas nas direções longitudinal e transversal, condição de deslizamento livre na direção vertical e condição de não deslizamento sobre as superfícies, as quais foram representados por um Método de Fronteiras Virtuais (MFV). Inicialmente foram realizadas DNS de escoamentos bidimensionais sobre superfícies onduladas para determinar os parâmetros do MFV e a melhor forma de representar o obstáculo, avaliar a influência da resolução da malha e verificar os efeitos do confinamento. Também foi analisado um escoamento turbulento em um canal de placas planas, buscando validar a metodologia empregada e gerar um campo de velocidade para iniciar a simulação do canal de fundo ondulado. A simulação do canal plano apresentou uma assimetria no escoamento, com maior intensidade da turbulência e melhor convergência estatística na parede superior, onde os resultados estatísticos concordaram bem com os dados de referência. A dinâmica do escoamento turbulento no canal de fundo ondulado foi muito bem representada, verificando-se a formação de uma camada cisalhante livre sobre a crista e uma pequena região de recirculação próxima à parede, na região do vale. Os efeitos da ondulação da parede sobre o escoamento e as demais estatísticas concordaram bem com outros trabalhos de referência. O campo de velocidade média apresentou perfis verticais com uma distribuição logarítmica padrão dos escoamentos sobre superfícies onduladas. Foram identificadas estruturas coerentes do escoamento, tais como os vórtices longitudinais e faixas de fluido com alta e baixa velocidade (streaks). / Flows over wavy surfaces are important for many engineering applications and environmental problems. Understanding its behavior is necessary to know how the curvature affects the flow resistence, the mechanisms of bed motion and of the sediment transport, and the largescale atmospheric moviments. The main objective of this work is to study the turbulent flow dynamics into a channel with a bottom wavy wall using the Direct Numerical Simulation (DNS) technic. It was used a Reynolds number of 7000 and an aspect ratio of 0.053 to reproduce the flow field and identify its main characteristics, calculate the essential turbulent statistics and represent some of the structures near the wall. A low-storage third-order Runge-Kutta Method and a sixth-order Compact Finite Differences schemes were used for the temporal and spatial discretization, respectively, of the continuity and Navier-Stokes equations. Periodic boundary conditions were adopted in streamwise and spanwise directions, free-slip condition in the vertical direction and no-slip condition at the surfaces, which were represented by the Virtual Boundary Method (VBM). Initially DNS of bidimensional flows over wavy surfaces had been carried through to determine the VBM parameters and the best form to represent the obstacle, to evaluate the influence of the mesh resolution and to verify the effect of the confinement. Also was analysed turbulent channel flow between two flat plates, aiming to validate the methodology employed and to generate a flow field to start the wavy channel flow simulation. The simulation of the flat channel presented an asymmetry in the flow field, with a larger turbulence intensity and a better convergence statistics in the top wall, where the statistical results had agreed well with the reference datas. The turbulent flow dynamic in the channel with a wavy wall was very good represented, and was verified the formation of a free shear-layer over the crist and a small recirculation region near the wall, in the vicinity of the vale. The waving wall effects on the flow and the statistics of turbulence had agreed well with others reference works. The mean velocity field presented vertical profiles with a standard logarithmic distribution of the flows over wavy surfaces. Coherent structures of the flow, such as the longitudinal vortices and the regions with high and low-speed fluid (streaks), had been identified.
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Simulação numerica de escoamento turbulento em bifurcação usando multidominios

Vasconcellos, João Flavio Vieira de January 1993 (has links)
Dissertação (mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina. Centro Tecnologico / Made available in DSpace on 2016-01-08T18:16:58Z (GMT). No. of bitstreams: 1 93388.pdf: 2329950 bytes, checksum: 2bf819aa754a9f85cb4c66bb717ea7d6 (MD5) Previous issue date: 1993 / Neste trabalho é apresentado um estudo do escoamento turbulento no interior de uma bifurcação. Dutos com bifurcações ocorrem em uma série de aplicações práticas e, neste estudo, a motivação surgiu da necessidade de se compreender o escoamento turbulento no interior de uma bifurcação encontrada em fornos de esmaltação de fios. Em função da natureza da geometria do duto bifurcado, não é possível empregar coordenadas generalizadas com o mapeamento em um bloco único. Desta forma uma metodologia usando multidomínios é desenvolvida, onde as condições de contorno são transferidas via interface. O modelo de turbulência k-e é empregado considerando os altos valores do número de Reynolds. A análise é realizada variando-se as dimensões dos dutos, ângulos da bifurcação e relações de vazões. É também analisado dutos com obstruções internas com o objetivo de criar velocidades transversais mais elevadas.
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Simulação numérica direta de um escoamento turbulento em um canal com fundo ondulado

Buarque, Diogo Costa January 2007 (has links)
Os escoamentos sobre superfícies onduladas são importantes para muitas aplicações de engenharia e problemas ambientais. Compreender seu comportamento é necessário para conhecer como a curvatura afeta a resistência ao escoamento, os mecanismos de movimento do leito de rios e do transporte de sedimentos e os movimentos atmosféricos de grandes escalas. Este trabalho teve como objetivo principal estudar a dinâmica do escoamento turbulento em um canal com fundo ondulado, utilizando a técnica de Simulação Numérica Direta (DNS). Foi adotado um número de Reynolds igual a 7000 e uma razão de aspecto de 0,053, buscando reproduzir o campo de escoamento e identificar suas características principais, obter as principais estatísticas da turbulência e representar algumas das estruturas próximas à parede. Um método de Runge-Kutta de terceira ordem com armazenamento reduzido, e um esquema de diferenças finitas compacto de sexta ordem, foram utilizados para a discretização temporal e espacial, respectivamente, das equações da continuidade e de Navier-Stokes. Foram adotadas condições de contorno periódicas nas direções longitudinal e transversal, condição de deslizamento livre na direção vertical e condição de não deslizamento sobre as superfícies, as quais foram representados por um Método de Fronteiras Virtuais (MFV). Inicialmente foram realizadas DNS de escoamentos bidimensionais sobre superfícies onduladas para determinar os parâmetros do MFV e a melhor forma de representar o obstáculo, avaliar a influência da resolução da malha e verificar os efeitos do confinamento. Também foi analisado um escoamento turbulento em um canal de placas planas, buscando validar a metodologia empregada e gerar um campo de velocidade para iniciar a simulação do canal de fundo ondulado. A simulação do canal plano apresentou uma assimetria no escoamento, com maior intensidade da turbulência e melhor convergência estatística na parede superior, onde os resultados estatísticos concordaram bem com os dados de referência. A dinâmica do escoamento turbulento no canal de fundo ondulado foi muito bem representada, verificando-se a formação de uma camada cisalhante livre sobre a crista e uma pequena região de recirculação próxima à parede, na região do vale. Os efeitos da ondulação da parede sobre o escoamento e as demais estatísticas concordaram bem com outros trabalhos de referência. O campo de velocidade média apresentou perfis verticais com uma distribuição logarítmica padrão dos escoamentos sobre superfícies onduladas. Foram identificadas estruturas coerentes do escoamento, tais como os vórtices longitudinais e faixas de fluido com alta e baixa velocidade (streaks). / Flows over wavy surfaces are important for many engineering applications and environmental problems. Understanding its behavior is necessary to know how the curvature affects the flow resistence, the mechanisms of bed motion and of the sediment transport, and the largescale atmospheric moviments. The main objective of this work is to study the turbulent flow dynamics into a channel with a bottom wavy wall using the Direct Numerical Simulation (DNS) technic. It was used a Reynolds number of 7000 and an aspect ratio of 0.053 to reproduce the flow field and identify its main characteristics, calculate the essential turbulent statistics and represent some of the structures near the wall. A low-storage third-order Runge-Kutta Method and a sixth-order Compact Finite Differences schemes were used for the temporal and spatial discretization, respectively, of the continuity and Navier-Stokes equations. Periodic boundary conditions were adopted in streamwise and spanwise directions, free-slip condition in the vertical direction and no-slip condition at the surfaces, which were represented by the Virtual Boundary Method (VBM). Initially DNS of bidimensional flows over wavy surfaces had been carried through to determine the VBM parameters and the best form to represent the obstacle, to evaluate the influence of the mesh resolution and to verify the effect of the confinement. Also was analysed turbulent channel flow between two flat plates, aiming to validate the methodology employed and to generate a flow field to start the wavy channel flow simulation. The simulation of the flat channel presented an asymmetry in the flow field, with a larger turbulence intensity and a better convergence statistics in the top wall, where the statistical results had agreed well with the reference datas. The turbulent flow dynamic in the channel with a wavy wall was very good represented, and was verified the formation of a free shear-layer over the crist and a small recirculation region near the wall, in the vicinity of the vale. The waving wall effects on the flow and the statistics of turbulence had agreed well with others reference works. The mean velocity field presented vertical profiles with a standard logarithmic distribution of the flows over wavy surfaces. Coherent structures of the flow, such as the longitudinal vortices and the regions with high and low-speed fluid (streaks), had been identified.
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Modelagem conceitual de processos hidrológicos com base em analogia com as hipóteses de Budyko / Conceptual modeling of hydrological processes based on budyko's hypothesis

Ramírez Castrillón, Leidi Cahola 10 March 2014 (has links)
Dissertação (mestrado)—Universidade de Brasília, Faculdade de Tecnologia, Departamento de Engenharia Civil e Ambiental, 2014 / Submitted by Ana Cristina Barbosa da Silva (annabds@hotmail.com) on 2014-12-02T11:44:33Z No. of bitstreams: 1 2014_LeidiCaholaRamirezCastrillon.pdf: 44701797 bytes, checksum: 91e56df6b5910d2fc02de71c34e97d81 (MD5) / Approved for entry into archive by Patrícia Nunes da Silva(patricia@bce.unb.br) on 2014-12-02T12:15:36Z (GMT) No. of bitstreams: 1 2014_LeidiCaholaRamirezCastrillon.pdf: 44701797 bytes, checksum: 91e56df6b5910d2fc02de71c34e97d81 (MD5) / Made available in DSpace on 2014-12-02T12:15:36Z (GMT). No. of bitstreams: 1 2014_LeidiCaholaRamirezCastrillon.pdf: 44701797 bytes, checksum: 91e56df6b5910d2fc02de71c34e97d81 (MD5) / A metodologia de Budyko tem sido utilizada como fundamento teórico de muitos estudos, os quais tinham como propósito entender as características climáticas da bacia e sua relação com o equilibro do balanço hídrico de longo prazo. Com o intuito de empregar esses conceitos em escalas temporais menores, Zhangt et al. (2008) desenvolveram um modelo conceitual do tipo chuva-vazão para modelar a geração de escoamento superficial e subterrâneo, assim como a recarga e evapotranspiração. Esta dissertação analisou e avaliou o desempenho do modelo baseado nas hipóteses de Budyko nas escalas mensal e diária, em duas regiões, uma no Distrito Federal e entorno, e a outra no Estado do Ceará. Para isto, foram feitas comparações com o modelo conceitual SMAP. Na escala mensal, os modelos obtiveram desempenho semelhante, com diferença média, em termos do coeficiente de Nash-Sutcliff (NS), de 0,06 (SMAP melhor) para a região do DF e entorno, e de 0,01 (Budyko melhor) para o estado do Ceará. Na escala diária, o modelo SMAP foi claramente superior. Para avaliar a estratégia de modelagem da geração do escoamento superficial baseada nas hipóteses de Budyko, criou-se um modelo híbrido, igual ao modelo SMAP, com exceção do escoamento superficial, que seguiu a estratégia do modelo de Budyko. Com base num teste formal de hipóteses, verificou-se que a utilização da modelagem de Budyko para a geração do escoamento superficial é tão ou mais eficiente do que a metodologia do Soil Conservation Center (SCS), empregada pelo modelo SMAP. _____________________________________________________________________________ ABSTRACT / Budyko developed an elegant theory, based upon mass and energy conservation principles, which is now known as Budyko's hypotehtsis or Budyko model. Such parsimonious model allows estimation of long-term mean annual flow in unguaged basins based only on precipitation and potential évapotranspiration. Unfortunately, the model does not represent nature very well in smaller temporal scales. Zhangt et al. (200S) have recently developed a model that employs Budyko’s hypothesis to modeling runoff generation, évapotranspiration and recharge to be used in monthly and daily time scales. The present study aims at evaluating the performance of such a model in two different regions of Brazil, the biome cerrado. located in Distrito Federal, and in the semiarid region of the state of Ceara. The performance of the model was compared with that obtained by the SMAP model, very well known and largely used in Brazil. Moreover, the SMAP code was changed so that the runoff generation processes, based on Budyko's Hypothesis, could have been evaluated explicitly. Monthly results showed that modelos models has simialr performance in both regions, although SMAP have had better performance metrics in most of streamgauges. Nevertheless, from the practical point of view, the model based on Budyko's hypothesis performed satisfactorily. On daily time scale, the 5 (five)-parameter hydrologie model was outperformed by the 6 (six)-parameter SMAP model, indicating that the model needs some changes in order have reasonable performance. Finally, results for the state of Ceara showed that the runoff generation modeling, based on Budyko's hypothesis, performed equally well or even better than the wordly known and largely used method of the Soil Conservation Service.
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Simulação numérica direta de um escoamento turbulento em um canal com fundo ondulado

Buarque, Diogo Costa January 2007 (has links)
Os escoamentos sobre superfícies onduladas são importantes para muitas aplicações de engenharia e problemas ambientais. Compreender seu comportamento é necessário para conhecer como a curvatura afeta a resistência ao escoamento, os mecanismos de movimento do leito de rios e do transporte de sedimentos e os movimentos atmosféricos de grandes escalas. Este trabalho teve como objetivo principal estudar a dinâmica do escoamento turbulento em um canal com fundo ondulado, utilizando a técnica de Simulação Numérica Direta (DNS). Foi adotado um número de Reynolds igual a 7000 e uma razão de aspecto de 0,053, buscando reproduzir o campo de escoamento e identificar suas características principais, obter as principais estatísticas da turbulência e representar algumas das estruturas próximas à parede. Um método de Runge-Kutta de terceira ordem com armazenamento reduzido, e um esquema de diferenças finitas compacto de sexta ordem, foram utilizados para a discretização temporal e espacial, respectivamente, das equações da continuidade e de Navier-Stokes. Foram adotadas condições de contorno periódicas nas direções longitudinal e transversal, condição de deslizamento livre na direção vertical e condição de não deslizamento sobre as superfícies, as quais foram representados por um Método de Fronteiras Virtuais (MFV). Inicialmente foram realizadas DNS de escoamentos bidimensionais sobre superfícies onduladas para determinar os parâmetros do MFV e a melhor forma de representar o obstáculo, avaliar a influência da resolução da malha e verificar os efeitos do confinamento. Também foi analisado um escoamento turbulento em um canal de placas planas, buscando validar a metodologia empregada e gerar um campo de velocidade para iniciar a simulação do canal de fundo ondulado. A simulação do canal plano apresentou uma assimetria no escoamento, com maior intensidade da turbulência e melhor convergência estatística na parede superior, onde os resultados estatísticos concordaram bem com os dados de referência. A dinâmica do escoamento turbulento no canal de fundo ondulado foi muito bem representada, verificando-se a formação de uma camada cisalhante livre sobre a crista e uma pequena região de recirculação próxima à parede, na região do vale. Os efeitos da ondulação da parede sobre o escoamento e as demais estatísticas concordaram bem com outros trabalhos de referência. O campo de velocidade média apresentou perfis verticais com uma distribuição logarítmica padrão dos escoamentos sobre superfícies onduladas. Foram identificadas estruturas coerentes do escoamento, tais como os vórtices longitudinais e faixas de fluido com alta e baixa velocidade (streaks). / Flows over wavy surfaces are important for many engineering applications and environmental problems. Understanding its behavior is necessary to know how the curvature affects the flow resistence, the mechanisms of bed motion and of the sediment transport, and the largescale atmospheric moviments. The main objective of this work is to study the turbulent flow dynamics into a channel with a bottom wavy wall using the Direct Numerical Simulation (DNS) technic. It was used a Reynolds number of 7000 and an aspect ratio of 0.053 to reproduce the flow field and identify its main characteristics, calculate the essential turbulent statistics and represent some of the structures near the wall. A low-storage third-order Runge-Kutta Method and a sixth-order Compact Finite Differences schemes were used for the temporal and spatial discretization, respectively, of the continuity and Navier-Stokes equations. Periodic boundary conditions were adopted in streamwise and spanwise directions, free-slip condition in the vertical direction and no-slip condition at the surfaces, which were represented by the Virtual Boundary Method (VBM). Initially DNS of bidimensional flows over wavy surfaces had been carried through to determine the VBM parameters and the best form to represent the obstacle, to evaluate the influence of the mesh resolution and to verify the effect of the confinement. Also was analysed turbulent channel flow between two flat plates, aiming to validate the methodology employed and to generate a flow field to start the wavy channel flow simulation. The simulation of the flat channel presented an asymmetry in the flow field, with a larger turbulence intensity and a better convergence statistics in the top wall, where the statistical results had agreed well with the reference datas. The turbulent flow dynamic in the channel with a wavy wall was very good represented, and was verified the formation of a free shear-layer over the crist and a small recirculation region near the wall, in the vicinity of the vale. The waving wall effects on the flow and the statistics of turbulence had agreed well with others reference works. The mean velocity field presented vertical profiles with a standard logarithmic distribution of the flows over wavy surfaces. Coherent structures of the flow, such as the longitudinal vortices and the regions with high and low-speed fluid (streaks), had been identified.

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