Dissertação (mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico. Programa de Pós-Graduação em Engenharia Mecânica. / Made available in DSpace on 2012-10-19T20:17:40Z (GMT). No. of bitstreams: 1 186200.pdf: 1114326 bytes, checksum: 8f9cc7ba7d462c45a4f48f37c6456bcf (MD5) / O presente trabalho é uma investigação experimental do escoamento turbulento em válvulas de compressores alternativos. O difusor radial com discos concêntricos e paralelos é a geometria básica para a análise deste tipo de escoamento e foi escolhida para efeitos de simplificação. Além de válvulas de compressores, o escoamento em difusores é importante em uma série de aplicações tecnológicas (tais como mancais aeroestáticos e válvulas de componentes pneumáticos) e tem despertado também o interesse de pesquisadores devido a suas peculiaridades fenomenológicas. O comportamento do escoamento turbulento através do difusor radial é investigado para os regimes estacionário e transiente. A condição de transiente é representada pela pulsação na vazão do escoamento, imposta pelo acionamento de uma válvula proporcional, mantendo-se porém o afastamento entre os discos fixo. Para a situação de escoamento transiente foi desenvolvida uma bancada capaz de fornecer a distribuição de pressão sobre o disco frontal em qualquer posição do ciclo. A partir dos dados experimentais foi verificado que a distribuição de pressão não é afetada pela pulsação do escoamento em freqüências de até 1 Hz. Trabalhos futuros devem estender a investigação do efeito de inércia para transientes mais rápidos. Uma caracterização detalhada do escoamento estacionário foi possível através do emprego de um sistema de anemometria de fio quente, obtendo-se resultados de velocidade e de grandezas turbulentas na saída do difusor. Para afastamentos elevados entre os discos, verificou-se uma assimetria no perfil de velocidade na saída do difusor provocada pela região de recirculação no difusor. Em todas as situações de escoamentos analisadas, foram registrados níveis elevados de turbulência na saída do difusor. Para alguns casos, no entanto, constatou-se a presença de um processo de laminarização no difusor provocado pela queda dos níveis de velocidade ao longo do difusor. Dados experimentais de distribuição de pressão sobre o disco frontal, e de velocidade e grandezas turbulentas na saída do difusor, foram comparados com resultados obtidos da simulação numérica do escoamento com o modelo de turbulência RNG k-e. O nível de concordância observado entre os resultados indica que o modelo computacional é capaz de prever o escoamento de forma satisfatória.

Dissertação (mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico. Programa de Pós-Graduação em Engenharia Mecânica. / Made available in DSpace on 2012-10-19T22:36:19Z (GMT). No. of bitstreams: 1 188021.pdf: 4706829 bytes, checksum: a989f7781c1c57053dba57a5672ccabd (MD5) / Visto como um problema dinâmico, o deslocamento imiscível em meios porosos é complicado, devido à existência de instabilidades dinâmicas na interface, provenientes da competição entre forças inerciais, de superfície e viscosas. O objetivo principal desse trabalho é a validação do Modelo de Gás em Rede Booleano com Mediadores de Campo (MLGA) desenvolvido por Santos (Santos, L. O., 2000, Desenvolvimento de Modelos de Gás em Rede para Escoamentos Monofásicos e Bifásicos, Tese de Doutorado, Departamento de Engenharia Mecânica, Universidade Federal de Santa Catarina) para a análise da dinâmica de deslocamentos imiscíveis bifásicos em geometrias porosas simplificadas bidimensionais, onde resultados experimentais e/ou teóricos estão disponíveis na literatura. O coeficiente de viscosidade em modelos booleanos depende da tabela de colisão específica usada na simulação. Dessa forma, regras de colisão adequadas foram desenvolvidas para a simulação de escoamentos bifásicos de fluidos com diferentes coeficientes de viscosidade, permitindo controlar a razão de mobilidade. A equação de Young-Laplace foi verificada a partir da configuração das fases em capilares após a configuração de equilíbrio mecânico ser alcançada. A dinâmica do processo de molhamento é analisada considerando o espalhamento de uma gota líquida em contato com uma superfície sólida plana. A ascensão capilar com influência da gravidade é simulada em um capilar bidimensional e comparada com um modelo teórico simplificado. A simulação da drenagem em uma junção entre uma constrição e um poro confirma resultados teóricos anteriores, que estabelecem que a invasão de um fluido não-molhante em um poro é também controlada pela resistência hidráulica de entrada. Configurações geométricas simplificadas são usadas para estudar problemas de aprisionamento em mecanismos de embebição e drenagem, e comparados com resultados experimentais. Finalmente, um meio poroso bidimensional idealizado é utilizado para estudar a influência da molhabilidade na eficiência do deslocamento e analisar a dinâmica de invasão em curvas de pressão capilar. Os resultados obtidos, aparentemente, confirmam a viabilidade do modelo MLGA na análise dinâmica de processos de deslocamento imiscível.

Dissertação (mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico. Programa de Pós-Graduação em Engenharia Mecânica. / Made available in DSpace on 2012-10-20T03:30:35Z (GMT). No. of bitstreams: 0Bitstream added on 2014-09-26T02:24:04Z : No. of bitstreams: 1 183732.pdf: 34252048 bytes, checksum: dee4ca66ed72d20a47213e676c26eab0 (MD5) / A crise energética que o país atravessa estimula o desenvolvimento de pesquisas visando fontes alternativas e a otimização de processos que envolvam transferência de calor e escoamento bifásico. Circuitos de termossifões bifásicos são dispositivos semelhantes aos termossifões normais, onde o evaporador e o condensador são unidos através de tubulações. Desta forma, não ocorre o escoamento em contracorrente, uma vez que o fluido de trabalho se movimenta em uma direção pré determinada. Para uma melhor compreensão dos fenômenos que ocorrem no interior destes circuitos, é interessante visualizar o escoamento do fluido no interior do circuito. Para isto, primeiramente, construiu-se um termossifão bifásico em circuito de geometria retangular feito de vidro. Os trocadores de calor, localizados nas seções verticais, onde estão o evaporador e o condensador, também foram feitos de vidro. Assim, foi possível visualizar o escoamento e identificar as regiões mais críticas do sistema, que necessitavam de uma maior instrumentação. Posteriormente, um circuito de termossifão bifásico de mesma geometria foi construído em aço inoxidável. Em ambos os aparatos, o fluido de trabalho utilizado foi a água destilada. Conjuntamente, um modelo analítico de resistências térmicas equivalentes foi desenvolvido. Correlações de Groll e Rösler e de Kaminaga foram utilizadas para a determinação do coeficiente de transferência de calor interno ao tubo para a condensação e correlações de Rohsenow, de Borishanski, de Stephan e Abdelsalam e de Kutateladze para a ebulição no evaporador. A comparação entre modelo matemático e dados experimentais é boa, mostrando que o modelo pode ser utilizado como uma ferramenta de projeto. Tanto o modelo matemático desenvolvido, quanto os resultados experimentais mostram que o termossifão em circuito é um eficiente dispositivo capaz de transferir calor e ainda homogeneizar temperaturas. Portanto, esta tecnologia pode ser aplicada em fornos de cocção ou em qualquer outro dispositivo que necessite de uma homogeneização de temperaturas.

Tese (doutorado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico. Programa de Pós-Gradução em Engenharia Mecânica. / Made available in DSpace on 2012-10-20T05:59:47Z (GMT). No. of bitstreams: 0 / : O presente trabalho trata do projeto e construção de sensores capacitivos para a determinação da fração de vazio em um escoamento bifásico constituído por óleo e fluido refrigerante. O conhecimento da fração de vazio ou da densidade volumétrica das fases é de grande importância na maioria dos estudos relacionados a estes tipos de escoamentos. Diversas técnicas estão disponíveis para a solução problema, sendo que as mais comuns são as que utilizam fontes radioativas, ultra-som, as que se baseiam em características elétricas do escoamento e as de medição direta do volume de cada uma das fases. As características de cada situação em estudo é que delimitam a escolha dentre as técnicas. Na área de refrigeração e condicionamento de ar, a solubilidade do fluido refrigerante no óleo faz da mistura óleo-refrigerante uma rica fonte de estudos relacionados a escoamentos multifásicos. A investigação deste tipo de mistura interessa, particularmente, a trabalhos ligados a lubrificação, principalmente quando trabalha-se com compressores herméticos. No presente trabalho, a medição da fração de vazio é realizada com sensores capacitivos de placas côncavas fazendo uso da relação existente entre a fração de vazio e permissividade dielétrica da mistura. Estes sensores têm sido utilizados no estudo de escoamentos bifásicos apresentando bons resultados, mas ensejam cuidados com a calibração e dependência com o regime de escoamento. No problema estudado, o uso destes sensores torna-se mais delicado pelo reduzido diâmetro da tubulação empregada e pelo fato de que o escoamento bifásico é constituído por dois fluidos distintos, já que normalmente um único fluido é utilizado em estudos que englobam escoamentos bifásicos e sensores capacitivos. A maior virtude deste trabalho foi o projeto e construção de sensores capacitivos que atenderam às expectativas do presente trabalho permitindo que medições da fração de vazio fossem realizadas segundo o problema proposto.

Tese (doutorado) - Universidade Federal de Santa Catarina. Centro Tecnológico. Programa de Pós-Graduação em Emgenharia Mecânica. / Made available in DSpace on 2012-10-20T09:54:09Z (GMT). No. of bitstreams: 1 201216.pdf: 1097393 bytes, checksum: b87502317e98f2d7981fe1f6fe3a7a42 (MD5) / Neste trabalho é apresentado um modelo de Boltzmann baseado no conceito de mediadores de campo para a simulação de escoamentos bifásicos. Para que a difusividade da mistura seja controlada independentemente das viscosidades e ainda que estas viscosidades sejam independentes, propõe-se um operador de colisão do tipo BGK que admite três tempos de relaxação distintos, os quais dependem das concentrações relativas de cada fase. Os mediadores são usados para promover a separação das fases no caso imiscível. São obtidas as equações macroscópicas para o transporte de massa e quantidade de movimento, bem como expressões analíticas para os respectivos coeficientes de transporte: difusividade e viscosidade. Além disso, também é deduzida a largura da interface e tensão interfacial para fluidos imiscíveis. São apresentados resultados de simulação que confirmam a análise teórica.

Tese (doutorado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico. Programa de Pós-Graduação em Engenharia Mecânica / Made available in DSpace on 2012-10-19T11:37:31Z (GMT). No. of bitstreams: 0Bitstream added on 2014-09-25T23:43:59Z : No. of bitstreams: 1 180204.pdf: 5210335 bytes, checksum: 4be8c1ef2b2de68a25b5147b174fb11e (MD5) / O trabalho é uma análise numérica, com validação experimental, do escoamento turbulento em válvulas automáticas de compressores herméticos. Neste tipo de válvulas o escoamento é um agente promotor da abertura e do fechamento da válvula e, por esta razão, o seu entendimento é de importância crucial para a melhoria da eficiência do sistema. A geometria simplificada de difusor radial adotada no trabalho permitiu a redução dos recursos computacionais necessários para a solução do escoamento, sem no entanto diminuir a importância das conclusões obtidas. Inicialmente, o efeito da inclinação da palheta sobre o escoamento é analisado para várias posições de abertura da válvula. Posteriormente, a análise é estendida para o efeito da relação entre os diâmetros da palheta e do orifício de passagem. Finalmente, o trabalho investiga o efeito da pulsação do escoamento através da válvula. As equações governantes do escoamento, escritas para um sistema de coordenadas não-ortogonal, são resolvidas pelo método dos volumes finitos. A modelação do escoamento turbulento é realizada com o modelo RNG k-e de Yakhot e Orzag (1986) e o modelo k-e para baixos números de Reynolds de Launder e Sharma (1974). A validação do modelo numérico é realizada através de uma série de testes numéricos para erros de truncamento. O desempenho dos modelos de turbulência na previsão do escoamento é examinado pela comparação de seus resultados com dados experimentais de distribuição de pressão sobre a palheta. Os resultados demonstram que o modelo RNG k-e prevê com sucesso a distribuição de pressão sobre a palheta. Por outro lado, constata-se que o modelo de Launder e Sharma (1974) prevê níveis elevados de turbulência e calcula regiões de recirculação na válvula muito menores do que as sugeridas pelas medições. Fica demonstrada a influência significativa da inclinação da palheta sobre os campos do escoamento, afetando de forma substancial o carregamento de pressão na palheta. Encontra-se para as maiores relações de diâmetros D/d investigadas, que a força sobre a palheta pode resultar negativa, com o esforço do escoamento sendo no sentido de puxar a palheta em direção ao assento. A partir de uma determinada vazão observa-se que a distribuição de pressão sobre a palheta, escrita numa forma adimensional apropriada, torna-se independente do número de Reynolds. Por fim, conclui-se que para a geometria de válvula considerada a pulsação imposta para a vazão na válvula não tem efeito algum sobre o escoamento.

Dissertação (mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico. Programa de Pós-Graduação em Engenharia Mecânica. / Made available in DSpace on 2012-10-19T12:35:45Z (GMT). No. of bitstreams: 1 186102.pdf: 1700029 bytes, checksum: 2f6aec52d2800a74264b05e60cb4fe6f (MD5) / O presente trabalho trata da modelagem do escoamento da mistura óleo lubrificante e fluido refrigerante em um duto circular de seção constante. O escoamento desta mistura inevitavelmente ocorre em vários componentes de sistemas de refrigeração, bem como outras situações em engenharia. Assim, o avanço no conhecimento deste escoamento pode representar benefícios para as indústrias de refrigeração e lubrificação em particular, e para um melhor entendimento de escoamentos bifásicos em geral. A liberação do refrigerante dissolvido no óleo ocorre onde existe queda de pressão, causando a formação de bolhas de gás e até mesmo formação de espuma, alterando as condições do escoamento. É desejável então determinar numericamente os valores de pressão e temperatura ao longo do escoamento, relacionando-os com as características da mistura óleo e refrigerante, tais como o título e a fração de vazio, além de analisar a influência no padrão de escoamento de parâmetros como o fluxo de massa, fração mássica e os valores de temperatura e pressão na entrada do escoamento. Na presente dissertação, o escoamento é modelado em duas regiões. Uma inicial de escoamento bifásico convencional, para baixas quantidades de gás livre, onde a mistura líquido/gás é tratada como um fluido homogêneo, com pseudo-propriedades baseadas em médias das propriedades das fases da mistura. A segunda região é de escoamento de espuma, quando a fase gasosa é predominante e o fluido é tratado como não-newtoniano. Os resultados do modelo para uma mistura de óleo mineral e refrigerante R12 são comparados com dados experimentais. Também os principais parâmetros do escoamento são variados nas simulações e os resultados são apresentados e discutidos. Adicionalmente é realizada a comparação entre duas misturas distintas, R134a e óleo éster poliol e R12 e óleo mineral, comentando as principais razões das diferenças dos resultados.

Uma grande parte dos medidores de vazão instalados em todo mundo são placas de orifício. Existem motivos para esta grande aceitação: o seu baixo custo e a boa precisão destes medidores, isto quando se trata de escoamentos monofásicos. Para estes escoamentos uma grande quantidade de dados técnicos estão disponíveis na literatura. Entretanto quando se trata de escoamentos multifásicos a quantidade de informações técnicas disponíveis é muita pequena. Além disto é bem conhecido que as informações obtidas para os escoamentos monofásicos não pedem ser transferidas aos multifásicos sem comprometer a exatidão das medidas. O objetivo deste trabalho é obter informações a respeito do comportamento de escoamentos bifásicos água-ar, ao passarem por uma placa de orifício de bordos chanfrados. Este estudo está baseado na resposta dinâmica das flutuações no escoamento (flutuação do diferencial de pressão) e a posição da veia contraída na placa de orifício. Estas informações, permitirão no futuro estabelecer uma correlação entre estes escoamentos e fornecer subsídios para futuros trabalhos que possibilitem a redução nos erros cometidos ao se usar placas de orifício na medida de escoamentos bifásicos. / Orifice plate is one of the most used flow meter, all over the world. There are good reasons for the great usage: low costs and good uncertainty, which is true for single-phase flow situations, only. Great amount of data are also available in the technical literature. For multi-phase flow situations, thougt, the amount of data is not so. It is well known, from the experience, that technical informatios coming from a singlephase flow situation can not be used straighforward in multi-phase flow, without compromising the uncertainty of the measurement. The purpose of this work is provide more information about the orifice plate in two-phase flow mixture, air-water, to better understand the flow behaviour. The study is basead on the dynamic response of the flow fluctuations (differential pressure fluctuations) and on the position of the vena contracts in the sharp orifice plate. These informations might give good correlation between both types of flow and, in the future, reduce the uncertainty of the measurements in two-phase flow situations.

Made available in DSpace on 2016-03-07T19:20:46Z (GMT). No. of bitstreams: 0 Previous issue date: 2012-02-16. Added 1 bitstream(s) on 2016-03-07T19:24:27Z : No. of bitstreams: 1 000858626.pdf: 5395021 bytes, checksum: 9effbe891d5fe9c3fbf2e8710f1f9138 (MD5) / Em compressores de refrigeração, as válvulas de sucção e descarga são responsáveis pela retenção e passagem do fluido refrigerante da câmara de sucção ao cilindro, e do cilindro à câmara de descarga. Projetistas trabalham para que essas válvulas tenham baixa perda de carga, aumentando a eficiência do processo. Como a abertura e o fechamento das válvulas são realizados por forças do próprio escoamento, o entendimento do escoamento através das mesmas é fundamental para melhorar o desempenho do sistema de válvulas. Esta tarefa pode ser realizada eficientemente com o uso de ferramentas numéricas. Devido à complexidade da geometria real das válvulas, encontram-se na literatura diversos trabalhos que utilizam modelos simplificados na representação das válvulas. Em particular, a geometria do difusor radial se destaca como o modelo simplificado mais utilizado nesse tipo de escoamento, e importantes conclusões foram obtidas devido ao uso adequado do modelo. O Método da Fronteira Imersa é um método promissor no estudo de problemas de geometria complexa e envolvendo interações de fluido-estrutura. Com esse método, é possível investigar o escoamento em modelos mais complexos, sem grandes complicações no processo de geração de malha. No presente trabalho, utiliza-se o método de Multi-Forçagem Direta proposto por Wang (2007) para os cálculos de forças na representação do corpo rígido. A solução do escoamento incompressível e viscoso é feita através do código AMR3D (Adaptive Mesh Refinement 3D), composto por um esquema de avanço temporal semi-implícito de segunda ordem e um método de projeção no acoplamento pressão-velocidade. A malha gerada pelo código consiste em blocos de refinamento localizado alocados de acordo com uma sequência de níveis de refinamento, que se adapta ao campo de vorticidade e a presença de uma fronteira imersa. O método numérico é... / In refrigeration compressors, the suction and discharge valves are responsible for the retention and passage of the refrigerant fluid from the suction chamber to the cylinder, and from the cylinder to the discharge chamber. Valve system designers seek for valves with small overall flow pressure drop in order to increase the compressor efficiency. As the opening and closing of the valves are caused by the forces produced by the refrigerant flow, the understanding of the flow through the valve is of fundamental importance in order to enhance the efficiency of the valve system. The numerical simulation of the flow is an efficient method to perform this task. Due to the complex geometry usually found in this type of valve, simplified geometries have been used to represent the valve, particularly the radial diffuser geometry. The Immersed Boundary method is very attractive when it comes to complex geometries and fluid-structure interaction, for it allows the simulation of fluid flow past complex geometries, with boundary movement, without complicating the mesh generation process. In the present work, the Multi-Direct Forcing introduced by Wang (2007) is used for the rigid body force calculations. The incompressible, viscous flow is solved by the AMR3D (Adaptive Mesh Refinement 3D) which contains a semi-implicit time discretization scheme of second order and a projection method for the pressure-velocity coupling. The mesh generated by the code consists in sequences of nested, progressive finer rectangular grid patches, which dynamically adapts to the flows vorticity field and the presence of an immersed boundary. The numerical method is validated with experimental data obtained for the flow through the radial diffuser's geometry. A model that represents well the real geometry of the real valve is proposed, with angular movement imposed for valve opening and closing simulation. Results show that the ...

Made available in DSpace on 2016-03-07T19:20:54Z (GMT). No. of bitstreams: 0 Previous issue date: 2011-08-26. Added 1 bitstream(s) on 2016-03-07T19:23:51Z : No. of bitstreams: 1 000859557.pdf: 4186035 bytes, checksum: 8bdc39e13acd7f3473cf85fc408591fa (MD5) / Neste trabalho realiza-se um estudo do escoamento no interior de um canal com protuberâncias parietais para números de Reynolds menores que 103. Os ensaios foram conduzidos em um túnel hidrodinâmico vertical. Perfis de velocidade na seção de testes, assim como a intensidade turbulenta do túnel e emissões de vórtices, foram adquiridos por meio da anemometria de fio/filme quente. Técnicas de visualização de escoamentos, também, foram empregadas em diferentes circunstâncias, com três objetivos fundamentais: como ferramenta de análise qualitativa, na identificação de padrões de escoamento; como mecanismo de apoio à realização de medidas experimentais, para auxiliar no correto posicionamento de sondas anemométricas; e, finalmente, como instrumento complementar de análise, para facilitar a interpretação de resultados. Em todos os casos o escoamento foi tratado estritamente bidimensional. Outro fator importante deste trabalho refere-se a reconstrução do túnel hidrodinâmico vertical, o qual situa-se no Laboratório de Visualização de Escoamentos do Departamento de Engenharia Mecânica da UNESP - campus de Ilha Solteira; que com grande empenho dos Professores Edson Del Rio Vieira, Sergio Said Mansur, Técnicos do laboratório e com uma pequena contribuição de minha parte pode-se finalizar esse projeto / In the present work is accomplished a study of the flow within a channel with parietal 3 protuberances for Reynolds numbers less than 10 . The tests were conducted in a hydrodynamic tunnel vertical. Velocity profiles in the test section, as well as the turbulent intensity of the tunnel, vortex emissions were acquired through anemometry wire / hot film. Flow visualization techniques were employed as a tool for qualitative analysis, in the identification of flow patterns, as qualitative analytical tool to identify flow patterns; as a mechanism to support the implementation of experimental measurements, to assist in the correct positioning of airspeed probes; and finally as an additional tool of analysis, to facilitate interpretation of results. In every case the disposal was treated dimensional strictly. Another important factor of this work refers to the reconstruction of vertical hydrodynamic tunnel, which is located in the Flow View Laboratory, Department of Mechanical Engineering of UNESP - campus of Single Island; that with great commitment of Teachers Edson Vieira Del Rio, Sergio Said Mansur, lab technicians and a small contribution from me you can finish this project