Tese (doutorado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico, Programa de Pós-Graduação em Engenharia Mecânica, 2016. / Made available in DSpace on 2017-08-15T04:03:46Z (GMT). No. of bitstreams: 1 347277.pdf: 6828390 bytes, checksum: 6e35e82004f8a603b11a341364049ef2 (MD5) Previous issue date: 2016 / A simulação numérica de escoamento bifásicos intermitentes ainda é um tema desafiador para a engenharia. A modelagem destes problemas requer o conhecimento de múltiplas áreas da mecânica dos fluidos computacional, tais como, esquemas e métodos numéricos para captura e transporte da interface líquido-gás, modelagem da turbulência e de fenômenos interfaciais. Neste estudo, foi proposta uma nova abordagem que leva em consideração os gradientes de velocidade e frações volumétricas das fases para descrever as forças presentes em escoamentos bifásicos onde as fases se encontram separadas por uma interface de grande escala. Nas simulações numéricas foi utilizada uma formulação híbrida, que combina o Modelo de Dois Fluidos e o método do Volume de Fluido para solucionar os campos de velocidade e determinar a posição da interface. Foram simuladas situações em que os regimes intermitentes de golfadas e pistonado são gerados a partir de um regime estratificado na entrada de um tubo circular horizontal. Para avaliar o comportamento dos modelos numéricos propostos, foram realizados experimentos em um circuito de escoamento bifásico ar-água dotado de uma seção de teste construída especialmente para permitir a visualização da região da entrada. Duas técnicas experimentais foram desenvolvidas e aplicadas para a medição de parâmetros dos escoamentos bifásicos. A primeira consiste na obtenção de sequências de imagens com a posição da interface utilizando uma câmera de alta velocidade e fontes de LED. O processamento digital das imagens em software dedicado possibilitou quantificar a evolução temporal e espacial da interface (determinando assim as frações volumétricas locais e instantâneas), bem como medir parâmetros associados às golfadas e pistões (velocidade de deslocamento e frequências dominantes). Os resultados experimentais foram comparados ao modelo numérico e a outras técnicas não intrusivas de medição de fração de vazio. A fim de comparar os campos de velocidade para a água no padrão estratificado, uma técnica alternativa de Velocimetria por Imagem de Partículas foi desenvolvida em que feixe pulsado de laser foi substituído por um feixe produzido por uma fonte de LED através do uso de uma caixa colimadora de luz. Resultados experimentais obtidos com esta técnica apresentaram boa concordância com modelos numéricos para escoamentos turbulentos e laminares no padrão estratificado.<br> / Abstract : The numerical simulation of intermittent two-phase flows is achallenging subject in engineering. The modeling of such problemsrequires knowledge of multiple areas of computational fluid mechanics,such as numerical schemes and methods to capture and transport thegas-liquid interface, in addition to turbulence modeling and interfacialphenomena. In this study, a new approach is proposed, which takes intoaccount the phase velocity and volumetric fraction gradients to describethe interfacial forces in two-phase flows separated by a large-scaleinterface. The solution of the velocity, pressure and volumetric fractionfields uses a hybrid formulation, which combines the Two-Fluid Modeland the Fluid Volume method to track the phase interface. Cases weresimulated in which slug and plug flow regimes were generated from astratified regime at the entrance of a horizontal circular tube. Toevaluate the behavior of the proposed numerical models, experimentswere carried out in a two-phase flow loop equipped with a transparenttest section specially constructed to allow visual assessment of the flowdevelopment. Two experimental techniques were developed andimplemented to measure the two-phase flow parameters. The firstconsists of obtaining sequences of images of the interface position usinga high-speed camera and LED sources to illuminate the flow. Processingthe images in a dedicated software package allowed the quantification ofthe spatial and temporal evolution of the interface, as well as otherintermittent flow parameters, such as frequency and characteristicvelocities (time delay). The experimental results were compared withother non-intrusive void fraction measurement techniques (capacitancesensors) and were used to validate the numerical model. As far as thestratified flow pattern is concerned, liquid phase longitudinal velocityprofiles have been measured via particle image velocimetry using aLED source and a collimator box to illuminate the seeding particlesdispersed in the flow. The experimental results obtained with thistechnique showed good agreement with numerical models for turbulentand laminar stratified flows.

Submitted by LIVIA FREITAS (livia.freitas@ufba.br) on 2016-04-15T19:04:47Z No. of bitstreams: 1 Dissertação - Luciana Matos Pimentel - Versão Digital.pdf: 1983784 bytes, checksum: e042fe9aa782c4666bc7d2840d680701 (MD5) / Approved for entry into archive by LIVIA FREITAS (livia.freitas@ufba.br) on 2016-04-15T19:04:55Z (GMT) No. of bitstreams: 1 Dissertação - Luciana Matos Pimentel - Versão Digital.pdf: 1983784 bytes, checksum: e042fe9aa782c4666bc7d2840d680701 (MD5) / Made available in DSpace on 2016-04-15T19:04:55Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Dissertação - Luciana Matos Pimentel - Versão Digital.pdf: 1983784 bytes, checksum: e042fe9aa782c4666bc7d2840d680701 (MD5) / O escoamento multifásico está presente em diversos processos industriais, tais como exploração e produção de petróleo, geração de energia nuclear, fabricação de produtos químicos, dentre outros. Para o desenvolvimento de projetos e otimização dos processos existentes nestas áreas, é de extrema importância o conhecimento da mecânica que rege estes escoamentos. Neste trabalho foi realizado um estudo do escoamento na linha e coluna de produção do poço 1-FMO-01-BA, pertencente ao Projeto Campo Escola da UFBA. Para tal, foi utilizado a correlação empírica de Beggs e Brill (1973) e o modelo de mistura drift-flux, para determinação do gradiente de pressão tanto na linha quanto na coluna de produção, utilizando como ferramenta um simulador desenvolvido em VBA, sendo realizada uma análise comparativa dos resultados gerados por cada modelo. O simulador DPDL foi utilizado com o intuito de validar o programa desenvolvido em VBA. Os resultados obtidos a partir do programa em VBA frente ao simulador DPDL apresentaram diferenças desprezíveis. O gradiente de pressão encontrado para a coluna de produção utilizando a correlação de Beggs e Brill (1973) apresentou um valor maior que o encontrado para o modelo drift-flux. Esta diferença ocorre principalmente devido as considerações adotadas para cada modelo, na determinação do holdup. Para a linha de produção o valor obtido para o gradiente de pressão foi insignificante e igual para ambos os modelos, devido ao pequeno comprimento da linha de produção para o poço estudado. A influência dos parâmetros de RGO, °API e diâmetro da tubulação, no comportamento da pressão ao longo da linha e coluna de produção também foram avaliados neste trabalho. O resultado obtido permitiu verificar a influência destes parâmetros no gradiente de pressão, evidenciando as suas importâncias no desenvolvimento de projetos e em processos de otimização da produção de um determinado sistema.

Made available in DSpace on 2016-08-29T15:09:52Z (GMT). No. of bitstreams: 1 tese_7925_Piccoli_2014_TeseDoutorado_ppgea.pdf: 5611548 bytes, checksum: 7d5d9c71acf03a7c8f6afb146cd12dce (MD5) Previous issue date: 2014-04-29 / Modelos de escoamento multifásico são amplamente usados em diversas áreas de pesquisa ambiental, como leitos fluidizados, dispersão de gás em líquidos e vários outros processos que englobam mais de uma propriedade físico-química do meio. Dessa forma, um modelo multifásico foi desenvolvido e adaptado para o estudo do transporte de sedimentos de fundo devido à ação de ondas de gravidade. Neste trabalho, foi elaborado o acoplamento multifásico de um modelo euleriano não-linear de ondas do tipo Boussinesq, baseado na formulação numérica encontrada em Wei et al. (1995), com um modelo lagrangiano de partículas, fundamentado pelo princípio Newtoniano do movimento com o esquema de colisões do tipo esferas rígidas. O modelo de ondas foi testado quanto à sua fonte geradora, representada por uma função gaussiana, pá-pistão e pá-batedor, e quanto à sua interação com a profundidade, através da não-linearidade e de propriedades dispersivas. Nos testes realizados da fonte geradora, foi observado que a fonte gaussiana, conforme Wei et al. (1999), apresentou melhor consistência e estabilidade na geração das ondas, quando comparada à teoria linear para um kh &#61501;&#61552; . A não-linearidade do modelo de ondas de 2ª ordem para a dispersão apresentou resultados satisfatórios quando confrontados com o experimento de ondas sobre um obstáculo trapezoidal, onde a deformação da onda sobre a estrutura submersa está em concordância com os dados experimentais encontrados na literatura. A partir daí, o modelo granular também foi testado em dois experimentos. O primeiro simula uma quebra de barragem em um tanque contendo água e o segundo, a quebra de barragem é simulada com um obstáculo rígido adicionado ao centro do tanque. Nesses experimentos, o algoritmo de colisão foi eficaz no tratamento da interação entre partícula-partícula e partícula-parede, permitindo a evidência de processos físicos que são complicados de serem simulados por modelos de malhas regulares. Para o acoplamento do modelo de ondas e de sedimentos, o algoritmo foi testado com base de dados da literatura quanto à morfologia do leito. Os resultados foram confrontados com dados analíticos e de modelos numéricos, e se mostraram satisfatórios com relação aos pontos de erosão, de sedimentação e na alteração da forma da barra arenosa.

Programa de Pós-Graduação em Engenharia Ambiental. Núcleo de Pesquisas e Pós-Graduação em Recursos Hídricos, Pró-Reitoria de Pesquisa e Pós Graduação, Universidade Federal de Ouro Preto. / Submitted by Oliveira Flávia (flavia@sisbin.ufop.br) on 2016-01-06T16:16:54Z No. of bitstreams: 2 license_rdf: 0 bytes, checksum: d41d8cd98f00b204e9800998ecf8427e (MD5) DISSERTAÇÃO_EstudoComportamentoPartição.pdf: 971597 bytes, checksum: 2b536073011fb01191bf64f0b5ce238f (MD5) / Approved for entry into archive by Gracilene Carvalho (gracilene@sisbin.ufop.br) on 2016-01-15T16:08:08Z (GMT) No. of bitstreams: 2 license_rdf: 0 bytes, checksum: d41d8cd98f00b204e9800998ecf8427e (MD5) DISSERTAÇÃO_EstudoComportamentoPartição.pdf: 971597 bytes, checksum: 2b536073011fb01191bf64f0b5ce238f (MD5) / Made available in DSpace on 2016-01-15T16:08:08Z (GMT). No. of bitstreams: 2 license_rdf: 0 bytes, checksum: d41d8cd98f00b204e9800998ecf8427e (MD5) DISSERTAÇÃO_EstudoComportamentoPartição.pdf: 971597 bytes, checksum: 2b536073011fb01191bf64f0b5ce238f (MD5) Previous issue date: 2015 / O comportamento de partição do corante amarelo ouro remazol RNL (AR) foi estudado em sistemas aquosos bifásicos (SABs) formados pela mistura de solução aquosa de polietilenoglicol (massa molar 1500, 4000 ou 6000 g mol-1) ou líquido iônico ([Bmin]BF4) com solução aquosa de sal (citrato de sódio, sulfato de amônio, sulfato de lítio, sulfato de magnésio, sulfato de manganês, sulfato de sódio ou tartarato de sódio). O diagrama de fases para o sistema polietilenoglicol (PEG 4000 g mol-1) e sulfato de amônio a 298 K foi obtido e utilizado nesses estudos. O coeficiente de partição do corante (KAR) foi analisado em função do comprimento da linha de amarração (CLA), natureza do eletrólito e massa molar do polímero, sendo encontrados valores de KAR maiores que 1200. Em sistemas formados por polímero, o tipo de cátion formador do sal influenciou o valor do coeficiente de partição, sendo o cátion Li + o que apresentou maiores valores. A massa molecular do polímero e a natureza do ânion não apresentaram efeito significativo sobre os valores de KAR. O comportamento de partição do AR foi discutido com base no modelo de Haynes. A análise dos parâmetros KAR e transGº indicaram que os fatores (entalpia e / ou entropia) que influenciam a transferência do corante dependem da natureza do SAB e da diferença entre as propriedades termodinâmicas intensivas das fases (CLA). O maior valor do KAR foi obtido para o sistema composto por PEG1500 + sulfato de lítio + água, sendo esse sistema aplicado na remoção do corante a partir de um efluente têxtil com uma porcentagem de recuperação de cerca de 100%. Os valores elevados KAR na presença do efluente demonstram o potencial e a robustez dos SAB para o tratamento de efluentes de indústrias têxteis. ____________________________________________________________________________________________________________ / ABSTRACT: The partitioning behavior of the remazol yellow gold RNL (YR) dye was studied in aqueous two-phase systems (ATPS) formed by aqueous mixture of polyethylene glycol (molecular weight 1500, 4000 or 6000 g mol-1) or ionic liquid ([Bmin] BF4) with salt aqueous solution (sodium citrate, ammonium sulfate, lithium sulfate, magnesium sulfate, manganese sulfate, sodium sulfate or sodium tartrate). The phase diagram for the system polyethylene glycol (PEG 4000 g mol-1) and ammonium sulphate at 298.15K was obtained and used in these studies. The dye partition coefficient (KYR) was analyzed as a function of the tie line length (TLL), nature of the electrolyte and molar mass of the polymer. KYR values greater than 1200 were found. At systems composed by polymer, the type of the salt-forming cation influenced the value of KYR and the cation Li + which showed the strongest effect. The mass molecular of the polymer and the nature of the anion showed no significant effect on values of KYR. The YR partitioning behavior was discussed based on Haynes model. The analysis of KYR and trGº parameters indicated factors (enthalpy and / or entropy) that influence the transfer of the dye depends on the nature of the ATPS and the difference between intensive thermodynamic properties of the phases (TLL). The highest value for partition coefficient was obtained for the system contents PEG1500 + lithium sulfate + water, this system being applied to removal YR from a textile effluent with a recovery percentage of about 100%. The highest values for KYR in presence of the effluent demonstrate the ATPS potential and robustness for treatment of textile effluents.

Dissertação (mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico, Programa de Pós-Graduação em Engenharia Mecânica, Florianópolis, 2015 / Made available in DSpace on 2015-12-29T03:03:30Z (GMT). No. of bitstreams: 1 336508.pdf: 7700720 bytes, checksum: ca8d978347b029e8c911f7a051c5039f (MD5) Previous issue date: 2015 / Com a exploração de poços de óleo e gás em alto mar com reservatórios de alta pressão e altas temperaturas, os problemas associados com a transferência de calor tem se tornado de maior relevância. Os novos cenários de produção apresentam com frequência desafios relacionados à garantia do escoamento, perfuração, completação e recondicionamento do poço. O hidrocarboneto a altas temperaturas escoa pelo tubo de produção aquecendo toda a região adjacente. Como consequência do gradiente de temperatura radial observado, a pressão do fluido confinado nos anulares formados pela geometria do poço aumenta, levando ao cenário de falha do poço conhecido como Annular Pressure Build-up (APB). Este trabalho utiliza modelos de escoamento bifásico e transferência de calor para simular um poço de produção típico da região do pré-sal, e avaliar a transferência de calor e o aumento de pressão no anular. São utilizados modelos de escoamento de fases separadas e de padrões de escoamento para a solução do escoamento no interior do tubo de produção. As propriedades termodinâmicas e de transporte da mistura de hidrocarbonetos são calculadas utilizando o software Multiflash, em conjunto com as equações da conservação da quantidade de movimento e energia integradas através do método de Runge-Kutta de quarta ordem utilizando o software Matlab para determinar as frações de vazio pressão e temperatura locais. Um modelo de resistências térmicas é utilizado para resolver a transferência de calor na direção radial do poço, considerando as diversas camadas formadas pelo tubo de produção, revestimentos, camadas de cimento e as regiões anulares associadas. Condições de contorno são definidas com o gradiente geotérmico da formação rochosa e dados de temperatura e pressão na entrada do tubo de produção no fundo do poço. A formação rochosa adjacente ao poço é modelada de forma transiente através da simplificação da equação da difusão de forma a englobar o efeito de aquecimento do poço com o tempo de produção. Uma estimativa do aumento de pressão do anular é feita através da expansão do fluido confinado no anular, associado com um modelo estrutural de deformação das paredes do anular. Os resultados foram validados com dados experimentais de pressão e temperatura na cabeça do poço e no sensor de fundo de poço (PDG). Uma análise de possíveis causas e métodos de controle do APB foi feita.<br> / Abstract : Heat transfer issues in offshore wells have become more relevant in recent years with the exploration of high-pressure, high-temperature reservoirs. New production scenarios often present challenges related to flow assurance, well drilling, completion and workover. When the high-temperature reservoir fluid flows through the tubing string toward the wellhead, the entire borehole is heated. As a result of the radial temperature gradients, the fluid pressure in the sealed annular space between tubes increases, posing a well integrity failure scenario known as annular pressure build up (APB). This work addresses the use of two-phase flow and heat transfer models to simulate a typical pre-salt oil well, and evaluate the heat transfer and the annular pressure build up. Separate two-phase models and a flow-pattern-based model were used to solve the hydrocarbon fluid flow. The thermodynamic and transport properties of the hydrocarbon mixture were calculated using the Multiflash package and were solved together with the momentum and energy equations using the 4th order Runge-Kutta algorithm available in Matlab to determine the local vapor mass fraction and the equilibrium temperature. A thermal resistance network was used to model the heat transfer in the radial direction in the concentric multistring well geometry composed by the tubing, casing, cemented layers and associate annular regions. Boundary conditions were defined based on the geothermal gradient, the hydrocarbon flow rate and pressure at the bottomhole. The adjacent rock formation was modelled using a pseudo steady state approximation of the diffusion equation, considering the well heating along the production time. An estimate of the annular pressure build up was made considering the annular trapped fluid expansion coupled with a structural wall deformation model. Results were validated with pressure and temperature experimental data at the wellhead and permanent downhole gauge (PDG). An analysis of APB possible causes and control methods was made.

Dissertação (mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnologico / Made available in DSpace on 2016-01-08T20:08:32Z (GMT). No. of bitstreams: 1 101350.pdf: 2739688 bytes, checksum: c4199d9838af67cf5ebadb529cbbec80 (MD5) Previous issue date: 1995 / Estudo do programa EVSIM, desenvolvido pelo NiST (National Institute of Standards and Technology - USA) para a simulação de evaporadores do tipo tubo aletado, empregados em condicionadores de ar, visando adequá-lo à simulação de evaporadores de câmara frigoríficas. O modelo apresentado baseia-se, fundamentalmente, no método tubo-por-tubo. A avaliação do desempenho térmico de um tubo aletado, em escoamento cruzado, constitui sua parte básica. A performance total do evaporador é obtida a partir de performance individual de cada tubo, sendo estes associados com os respectivos parâmetros do refrigerante e comum determinado fluxo de ar. Comparações entre resultados fornecidos pelo modelo com valores fornecidos por catálogos de fabricantes e análises comparativas envolvendo as características geométricas do evaporador e os refrigerantes CFC-12, HFC-22 e HFC-134a, são apresentadas e discutidas.

Made available in DSpace on 2015-09-17T15:26:48Z (GMT). No. of bitstreams: 0 Previous issue date: 2015-06-29. Added 1 bitstream(s) on 2015-09-17T15:45:12Z : No. of bitstreams: 1 000847749.pdf: 3178546 bytes, checksum: df9a1fe5199988861e46d4041fa84d9a (MD5) / Neste trabalho apresenta-se um modelo numérico para simular o escoamento e a transferência de calor entre o fluido refrigerante e ar externo em regime permanente e transiente ao longo de evaporadores de tubos aletados comumente usados em refrigeradores domésticos do tipo frost-free e sistemas de ar condicionado. O escoamento do fluido refrigerante é dividido em duas regiões: uma de escoamento bifásico e outra de vapor superaquecido. Considera-se a queda de pressão do escoamento no interior dos tubos e a condensação do vapor d'água do ar úmido que escoa em fluxo cruzado na parte externa dos tubos. O escoamento bifásico é analisado segundo o modelo homogêneo. As equações fundamentais de conservação da massa, da quantidade de movimento e de conservação da energia que governam o escoamento do refrigerante são resolvidas, respectivamente, para o cálculo da velocidade, da pressão e da entalpia específica do fluido refrigerante. Para o escoamento de ar, são resolvidas as equações de conservação da energia e de conservação da massa (umidade). Resolve-se, também, a equação da conservação da energia para a parede do tubo, para obter sua distribuição de temperatura. O modelo necessita ainda de equações constitutivas para o cálculo dos: fatores de atrito, coeficientes de transferência de calor para o ar e para o refrigerante, do coeficiente transferência de massa para a água e das propriedades termofísicas do refrigerante, do ar e da água. As equações governantes são integradas numericamente usando o método de Euler e o sistema de equações algébricas resultante é solucionado pelo método de Newton-Raphson. O modelo pode ser usado para: (a) determinar os parâmetros de desempenho do evaporador, tais como: capacidade de refrigeração, temperaturas de saída do refrigerante e do ar, dentre outros, desde que as condições de operação e os parâmetros geométricos... / This work presents a numerical model to simulate the steady and transient flow and heat transfer between the refrigerant fluid and outside air along tube-fin evaporators commonly used in 'no-frost' household refrigerators. The refrigerant flow inside the tube is taken as one- dimensional and divided in a two-phase flow region and a superheated vapor flow region. The refrigerant pressure drop and the moisture condensation on the airflow crossing the outside of the tubes are taken into account. The homogeneous flow model is employed for the two-phase flow region. The fundamental equations of mass conservation, momentum and energy conservation governing the refrigerant flow are solved in order to evaluate the velocity, pressure and specific enthalpy of the refrigerant fluid. The energy and mass (humidity) conservation equations for the air flow are solved in order to evaluate the temperature and absolute humidity of the air crossing the evaporator, respectively. The energy conservation equation for the evaporator tube wall is also solved to obtain the wall temperature distribution. Furthermore, the model needs closer constitutive equations to calculate the friction coefficients, the refrigerant and air heat transfer coefficients, the water mass transfer coefficient and the refrigerant, air and water thermo-physical properties. The governing equations are integrated numerically using Euler's method and the resulting algebraic system of equations is solved by Newton-Raphson's method. The model could be used to: (a) determine evaporator performance parameters, such as: refrigeration load; outlet refrigerant and air temperatures; among others, since the evaporator operating conditions and dimensions are known. In this case a direct problem is solved from a set of inlet conditions for the refrigerant and also for the air; (b) determine the refrigerant mass flow rate along evaporator tubes, once its ...

Made available in DSpace on 2014-06-11T19:35:40Z (GMT). No. of bitstreams: 0 Previous issue date: 2012-08-27Bitstream added on 2014-06-13T20:46:42Z : No. of bitstreams: 1 oliveira_gn_dr_guara.pdf: 1105236 bytes, checksum: 54e018a9fc3b5e797af48a3d6921c28e (MD5) / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES) / Neste trabalho é desenvolvido e apresentado anteprojeto de Túnel de Vento de Sopro (TVS). Para esta finalidade foi desenvolvida ferramenta computacional para análise aerotermodinâmica para Túneis de Vento de Sopro. Neste âmbito é apresentado o estado da arte dos TVS, respectiva descrição sumária de TVS, principais problemas operacionais, pré-dimensionamento com base nos requisitos operacionais, formulação matemática do túnel e do respectivo sistema de controle. Também é feita a apresentação das ferramentas computacionais com base nos requisitos que possam validar a metodologia proposta e são apresentados resultados e respectivas análises destes resultados. Na parte final deste trabalho é apresentada a respectiva validação e os principais resultados obtidos com um anteprojeto de túnel acadêmico / In this work it is developed a basic design of a Supersonic Blowdown Wind Tunnel (SBDWT). For this purpose computer programs were developed for design and thermo-aerodynamics analysis for a SBDWT. In this framework it is presented the state of art of SBDWT, brief description of a SBDWT, its main operational problems, pre-design based on operational requirements, and tunnel’s mathematical formulation. Also it is described the computational programs based on tunnel’s requirements; results are presented, and the corresponding analysis is also discussed. At the last part of this work it is presented the assumptions made for the mathematical modeling, the main results obtained and the validation of the computer programs are emphasized, as well. A the last part of this work there is presented the respective validation and the main results got for an academic draft design of a wind tunnel

o presente trabalho tem por objetivo desenvolver um código computacional destinado à simulaçáo numérica tridimensional e de escoamentos compressíveis hipersônicos em especial para analisar o processo de reentrada de veículos espaciais na atmosfera terrestre. Devido ás temperaturas elevadas encontradas neste tipo de escoamento, efeitos de altas temperaturas sáo incluídos, como excitação vibracional das moléculas e reações químícas. Utiliza-se o modelo de 2 temperaturas (translacional e vibracional);5 espécíes (N2, O2, NO, N, O) e 17 reações químicas de Park [1986 para o modelamento do fenômeno termo-químico. Introduz-se uma formulação baseada no método dos elementos finitos, através do esquema de Taylor-Calerkin, para a discretização do tempo e do espaço e para a solução do sistema de equações. Alguns exemplos e aplicações de problemas hipersônicos bi e tridimensionais, difusivos e não difusivos, são apresentados, incluindo comparações entre os resultados obtidos no presente trabalho e na literatura.

Esta dissertação de mestrado considera a transferência de calor combinando convecção e radiação térmica no escoamento de gases participantes em dutos de seção circular. Partindo de uma metodologia geral, o trabalho enfoca principalmente os casos típicos de aplicação em geradores de vapor fumotubulares de pequeno e médio porte, em que gases em alta temperatura escoam através de um tubo mantido em temperatura uniforme. O escoamento é turbulento e o perfil de velocidade é plenamente desenvolvido desde a entrada do duto. A temperatura do gás, contudo, é uniforme na entrada, considerando-se a região de desenvolvimento térmico. Duas misturas de gases são tratadas, ambas constituídas por dióxido de carbono, vapor d’água e nitrogênio, correspondendo a produtos típicos da combustão estequiométrica de óleo combustível e metano. As propriedades físicas dos gases são admitidas uniformes em todo o duto e calculadas na temperatura de mistura média, enquanto que as propriedades radiantes são modeladas pela soma-ponderada-de-gases-cinzas. O campo de temperatura do gás é obtido a partir da solução da equação bidimensional da conservação da energia, sendo os termos advectivos discretizados através do método de volumes de controle com a função de interpolação Flux-Spline; as trocas de energia radiantes são avaliadas por meio do método das zonas, onde cada zona de radiação corresponde a um volume de controle. Em um primeiro passo, a metodologia é verificada pela comparação com resultados apresentados na literatura para a transferência de calor envolvendo apenas convecção e combinando convecção com radiação. Em seguida, discutem-se alguns efeitos da inclusão da radiação térmica, por exemplo, no número de Nusselt convectivo e na temperatura de mistura do gás. Finalmente, são propostas correlações para o número de Nusselt total, que leva em conta tanto a radiação quanto a convecção. Essa etapa exige inicialmente uma análise dos grupos adimensionais que governam o processo radiante para redução do número elevado de parâmetros independentes. As correlações, aplicáveis a situações encontradas em geradores de vapor fumotubulares de pequeno e médio porte, são validadas estatisticamente pela comparação com os resultados obtidos pela solução numérica. / This dissertation considers the heat transfer combining convection and thermal radiation in the flow of participating gases inside circular tubes. Starting from a general methodology, the work is focused on typical cases applied to small and medium sized smoketube steam generators, in which gases in high temperature flow through tubes having uniform temperature. The fluid flow is turbulent and fully developed at the duct entrance. The gas temperature, however, is uniform at the entrance, and so the thermal development is considered. Two gaseous mixtures are treated, both ones being composed of carbon dioxide, water vapor and nitrogen, corresponding to typical products of stoichiometric combustion of fuel oil and methane. The thermophysical properties of the gases are assumed to be uniform and evaluated at the gas average bulk temperature, while the radiative properties are computed from the weighted-sum-of-gray-gases model. The gases temperature fields are obtained from the solution of the two-dimensional energy conservation equation, in which the advective terms are computed by the Flux-Spline control volume method, and the radiative exchanges are determined by the zonal method, where each radiative zone corresponds to a control volume. In a first step, the methodology is verified by a comparison of the obtained results with those available in the literature for heat transfer considering only convection and combining convection to radiation. Next, the effects of including thermal radiation, for instance, on the convective Nusselt number and on the gas bulk temperature, are discussed. Finally, correlations are proposed for the total Nusselt number, which takes into account both radiation and convection. This step requires initially a dimensional analysis to reduce the number of independent parameters. The correlations, applied to situations that are found in small and medium sized smoketube steam generators, are validated statistically by the comparison with the results obtained from the numerical solution.