[pt] Este trabalho investiga experimentalmente a ação dos efeitos de parede na diferença de pressão adicional, delta P mais, ocasionada pela sedimentação de uma partícula esférica ao longo do eixo de colunas circular e triangular cheias de fluido viscoso, com movimento em números de Reynolds da partícula inferiores a 2. Diferenças de pressões foram determinadas para relações de dimensões características da partícula e do duto (a/R0) entre 0,20 e 0,82 numa faixa de números de Reynolds compreendida dentro do Regime de Oseen. Os resultados plotados como diferença de pressão adimensional, delta P mais A/D, VS. a/R0, onde A é a secção transversal da coluna e D a força de arraste sobre a partícula, foram aproximados por séries de polinômios de Chebyshev para a/R0 variando de 0 a 0.82. A equação de HAPPEL e BYRNE2 que inclui correção para efeitos de parede foi comparada com os resultados encontrados para coluna circular, verificando-se a validade dessa equação até aproximadamente a/R0 igual 0,34 e movimento em números de Reynolds da partícula inferiores a 2. / [en] In this work we investigate the wall effects on the addicional pressure difference induced by the settling of spherical particles along the axis of cylinders of circular and triangular cross sections, which is full of a viscous fluid, for particle Reynolds numbers less than two. Pressure differences were determinated for relationships of the particle characteristic dimension to the tube radius (a/R0) between 0,20 and 0,82, in a range for the Reynolds numbers within the Oseen regime. The results for the pressure difference, delta P more A/D VS. a/R0, where A is the cross section área of the tube and D the drag on the particle, are plotted for a a/R0 varying from 0 to 0,82, and were approximated by on interpolating Chebyshev polinomial. The equations of HAPPEL and BYRNE2 which includ correction terms for the wall effects, was compared with the results obtained for the circular tube. The experimental results indicate that the HAPEL and BYRNE equation is valid for values of a/R0 up to 0,34, approximately, and particle Reynolds numbers less than two.

[pt] O objetivo deste trabalho é estudar o comportamento de um fluido real com densidade estratificada quando passa por um obstáculo. A partir das equações gerais da Mecânica dos Fluidos desenvolvida para vorticidade e função de corrente, obtém-se duas equações diferenciais parciais ambas elípticas, constituindo o modelo matemático do escoamento. O método numérico TUBE AND TANK, desenvolvido por Gosman et al. (1), análogo ao das diferenças finitas, é utilizado para transformar as equações diferenciais em equações algébricas. As condições de contorno necessárias ao problema foram tais que o escoamento estudado se tornou idêntico àquele analisado por Forchtgott(3). Com o auxílio de um computador IBM/370 foi possível obter os resultados que estão de acordo com as observações de Forchtgott(3). / [en] The main purpose of this work is to study the behavior of the real density stratified fluid flowing over an obstacle. From the general equations of fluid mechanics developed in terms of vorticity and stream functions two elliptical partial differential equations which constitute the mathematical flow model were obtained. The numerical method TUBE AND TANK, developed by Gosman et al. (1), analogous to the finite differences method, was used to transform the partial differential equations into algebraic equations. The boundary conditions used in the problem were such that the flow was indentical to that analyzed by Forchtgott(3). Using an IBM/370 computer it was possible to obtain the resultswhich are in agreement with those observed by Forchtgott(3).

Orientador: Henry França Meier. / Coorientador: Jonathan Utzig. / Dissertação (Mestrado em Engenharia Química) - Programa de Pós-Graduação em Engenharia Química, Centro de Ciências Tecnológicas, Universidade Regional de Blumenau, Blumenau.

Neste trabalho é analisado o transporte de massa em meios porosos rígidos, homogêneos e saturados com um fluido incompressível e monofásico, para os regimes de escoamento laminar e turbulento. A equação de transporte de massa macroscópica para o fluido é obtida com o auxílio do conceito de dupla decomposição, donde surge o termo de "dispersão mássica turbulenta". Os fluxos mássicos devido à dispersão, que aparece no processo de aplicação das médias temporal e volumétrica, são representados por um modelo de difusão proporcional ao gradiente da média intrínseca da fração mássica média no tempo. Os tensores de difusidade mássica resultantes desse modelo são obtidos de dois modos: a) para as componentes turbulentas, devidas às flutuações temporais da velocidade e fração mássica, é utilizado o modelo de difusividade mássica turbulenta onde a viscosidade turbulenta macroscópica é obtida através do modelo macroscópico, e b) para as componentes de dispersão, devido aos desvios espaciais da velocidade e fração mássica, são utilizados os resultados obtidos para os campos microscópicos de velocidade e fração mássica em uma célula unitária com condições de contorno periódicas para o escoamento e um gradiente de fração mássica imposto.

O presente trabalho tem por objetivo avaliar os efeitos de não-equilíbrio químico sobre a solução das equações de camada limite na região de estagnação de veículos hipersônicos. Foram obtidas soluções para altitudes entre 33 km e 63 km e velocidades entre 1,9 km/s e 7,5 km/s considerando-se três situações distintas: equilíbrio químico, escoamento congelado e não-equilíbrio químico. A solução das equações de camada limite laminar foi obtida usando-se o conceito de solução similar. Foi adotado um mecanismo de reações químicas que considera os fenômenos de dissociação e recombinação e a coexistência de até cinco espécies químicas no ar (N2, O2, NO, O e N). A partir dos perfis de velocidade, temperatura e de composição química no interior da camada limite, concluiu-se que os efeitos de não-equilíbrio químico são significativos para escoamentos com Mach acima de 10. Observou-se também que a partir deste ponto ocorre uma elevação do fluxo de calor no ponto de estagnação em relação àquele previsto pelos cálculos sob a hipótese de equilíbrio químico. Para M entre 10 e 17, os resultados obtidos sob a hipótese de não-equilíbrio químico são semelhantes aqueles obtidos sob a hipótese de escoamento congelado. Em função das hipóteses e da metodologia de solução adotadas, a solução do problema sob a hipótese de não-equilíbrio químico foi restrita a M = 17. Para a condição de escoamento congelado, entretanto, tal limitação não se aplicou e o procedimento de solução foi estendido até M = 23. Os resultados obtidos para o fluxo de calor no ponto de estagnação foram comparados aos de Fay e Riddell (1958) e de De Filippis e Serpico (2000). Uma boa concordância entre os resultados deste trabalho e os de De Filippis e Serpico foi observada.

Injetores supersônicos são instalados em túneis de vento transônicos com a finalidade de estender o envelope operacional baseado no número de Reynolds, sem demandar maior potência do compressor principal. O objetivo deste trabalho é estudar numericamente o processo de injeção do Túnel Transônico Piloto do CTA. A câmara de injeção contém cinco bicos injetores localizados no piso e cinco no teto do túnel, os quais operam com número de Mach 1,9, fornecendo quantidade de movimento adicional à corrente principal do circuito do túnel. Tal câmara na verdade é a própria seção de transição do túnel, a qual, por sua vez, localiza-se imediatamente antes do difusor. Devido à grande diferença entre as dimensões dos injetores e da seção transversal do túnel, onde os mesmos encontram-se montados, o tratamento tem que ser necessariamente tridimensional. Para tanto foi desenvolvido um código numérico baseado nas equações de Navier-Stokes com média de Reynolds, seguindo-se o princípio do algoritmo diagonal em diferenças finitas, e efeitos de turbulência foram previstos por meio do esquema de Spalart e Allmaras. Várias hipóteses simplificadoras foram introduzidas para tornar o problema factível e a integração numérica é realizada dividindo o domínio de cálculo em sub-regiões. Mesmo assim, devido ao grande número de pontos, foi aplicada uma técnica de malhas seqüenciais para economizar o tempo computacional. O escoamento na região de mistura foi simulado com sucesso e os resultados foram todos consistentes. Com os valores dos parâmetros conhecidos em todo o domínio computacional, foram calculados o coeficiente de perda de carga, o ganho e a eficiência do processo de injeção - parâmetros estes de grande importância na engenharia de túneis de vento. Entre diversos aspectos físicos muito interessantes, destaca-se a formação de domos de choque e expansão ao longo da direção longitudinal no processo de mistura.

This work focuses on the study of flow and heat transfer in a parallel plate channel with solid and porous baffles, in both laminar and turbulent regimes by using numerical simulations. The main concern is to validate results by using a unique set of equations (for porous, solid and clear domain) for channels with solid baffles, after that change solid to porous baffles and study the effects on flow and heat transfer. Porous medium is treated as rigid, homogeneous and isotropic. The macroscopic transport equations are written for an elementary representative volume, yielding a set of equation valid for the entire computational domain. These equations are discretized using the control volume method, and the resulting system of algebraic equations is solved by the SIP algorithm utilizing the SIMPLE method for the pressure-velocity coupling. Initially, the laminar flow regime is analyzed, followed by turbulent flow simulations, utilizing both Low and High Reynolds turbulence models. Three different baffles heights were chosen for laminar and turbulent flow, aiming for further comparisons to literature data. Derivations are carried out under the recently established double-decomposition concept. Results show good qualitative agreement with literature data, for both laminar and turbulent cases, and good quantitative agreement with literature data, for laminar and some turbulent results.

Para o desenvolvimento dos estudos da combustão supersônica está sendo montada no INPE (Instituto Nacional de Pesquisas Espaciais), em parceria com o IEAv (Instituto de Estudos Avançados), uma bancada de testes do tipo diretamente-conectada, para ensaios de combustores supersônicos. Esta bancada, junto com o túnel de choque hipersônico e o lançador hipersônico de massa, existentes no IEAv, formam o conjunto dos três equipamentos para ensaios em solo de aerotermodinâmica, necessários para a pesquisa e o desenvolvimento de motores aspirados do tipo "scramjets" ("supersonic combustion ramjets") e para testes de aerodinâmica interna e externa de modelos reduzidos de veículos hipersônicos. A bancada é formada basicamente por uma câmara de combustão, conhecida como gerador de ar viciado, acoplada a um bocal supersônico, cuja função é simular as condições do escoamento de ar atmosférico atrás de ondas de choque cônicas ou oblíquas que se formam em frente a veículos voando com velocidades hipersônicas. As características principais deste escoamento são de temperaturas elevadas, obtidas no gerador de ar viciado por combustão, e de velocidades supersônicas, obtidas no bocal supersônico. Para que a bancada funcione realmente como um equipamento de ensaios é necessário se ter o controle sobre as condições do escoamento de teste na saída da mesma. Assim surgiu a necessidade de se fazer uma avaliação completa do escoamento no interior desta bancada para se conhecer todos os fenômenos envolvidos no processo e obter a relação entre as condições do escoamento na entrada da câmara de combustão do gerador de ar viciado, as quais podem ser manipuladas, e as condições do escoamento de teste na saída do bocal supersônico que devem ser simuladas. A caracterização completa do escoamento no interior da bancada foi feita, neste trabalho, em três partes: a primeira é o estudo do escoamento cônico considerando o ar atmosférico, para a obtenção das condições do vôo real que devem ser simuladas, a segunda é a avaliação do processo de combustão no interior do gerador de ar viciado para a obtenção das condições de temperatura desejadas na saída da câmara de combustão e a terceira é o estudo do escoamento através do bocal supersônico convergente-divergente para a obtenção das condições de velocidade do ar viciado já aquecido a serem geradas na saída da bancada. Com o conhecimento obtido neste trabalho é possível controlar e sintonizar as condições de ensaio desejadas na saída da bancada de testes de combustão supersônica através somente da variação das vazões dos reagentes na entrada da câmara de combustão do gerador de ar viciado.

Neste trabalho são estudados jatos impingentes, bidimensionais confinados incidindo sobre uma placa aquecida que pode estar ou não coberta por uma camada porosa. O problema foi considerado bidimensional e as simulações foram feitas para o escoamento tanto no regime laminar, quanto no regime turbulento. O meio poroso foi considerado rígido, homogêneo e isotrópico. Utilizou-se o conceito da dupla decomposição para a obtenção das equações macroscópicas que modelam o meio poroso. Estas equações foram discretizadas usando-se o método dos volumes finitos e o acoplamento pressão-velocidade foi resolvido usando o conhecido método SIMPLE. Foram investigadas, principalmente, a distribuição do Nusselt local na placa de incidência e a quantidade de calor retirada da placa, com ou sem a presença do meio poroso. Viu-se que, tanto para o regime laminar quanto para o turbulento, o uso do meio poroso possibilitou amenizar os elevados gradientes de temperatura, distribuir o fluxo de calor ao longo da placa e aumentar a transferência de calor.

Os ejetores possuem diferentes aplicações como na propulsão, refrigeração e aeroespacial. Este dispositivo não possui partes móveis e por isso é um equipamento simples, confiável, com potencial de vida longa e pode ser fabricado a um custo relativamente baixo, além disso, podem ser utilizados materiais baratos para sua construção. Por estas razões, pesquisas vêm sendo realizadas com a finalidade de melhorar o desempenho deste dispositivo. O objetivo do presente trabalho é analisar ejetores supersônicos a gás utilizando a ferramenta de CFD (Computational Fluid Dynamic - Dinâmica dos Fluidos Computacional) para estudar os fenômenos físicos, os efeitos da geometria e das condições de operação no escoamento variando os seguintes parâmetros: vazão na entrada secundária, o comprimento e o tipo da câmara de mistura. As equações do modelo matemático (continuidade, quantidade de movimento, energia e modelos de turbulência k-?-realizável e k-?-SST) são resolvidas numericamente empregando o método de volumes finitos. Um estudo com várias malhas foi realizado para garantir independência dos resultados em relação a estas e para validação do procedimento numérico foram utilizados dados experimentais disponíveis na literatura. Os resultados da validação mostraram que o modelo de turbulência k- ?- SST e o esquema de discretização de 1 ordem apresentaram melhor desempenho para reproduzir os dados experimentais disponíveis para este ejetor. Os resultados para o comprimento da câmara de mistura de pressão constante indicam que para este modelo do ejetor, o comprimento ideal encontrado de acordo com uma equação, pois este é influenciado pela vazão na entrada secundária. Outros resultados também mostraram que com o aumento da vazão na entrada secundária, a diferença de pressão entre a saída e a entrada secundária diminui.