Neste trabalho e proposta uma metodologia para a analiseaeroelastica de superficies sustentadoras bidimensionais utilizando tecnicas de dinamica dos fluidos computacional para o calculo do operador aerodinamico. O escoamento e modelado pelas equacoes de Euler em duas dimensoes, e resolvido utilizando-se um metodo devolumes finitos aplicado em um contexto de malhas nao-estruturadas. A marcha no tempo do sistema de equacoes semi-discretizadas e feita atraves de um metodo explicito do tipo Runge-Kutta hibrido de cinco passos. A malha computacional e obtida utilizando-se um esquema do tipo frente de geracao, com capacidade limitada de suavizacao e refinamento. Para a resolucao dos problemas nao-estacionarios, envolvendo o deslocamento do perfil, e utilizado um algoritmo de malha dinamica para a movimentacao dos pontos interiores ao dominio. O problema de estabilidade aeroelastica e resolvido utilizando-se uma formulacao por variaveis de estado, aplicada ao modelo classico de uma secao tipica. Os termos do operador aerodinamico sao determinados atraves da analise, no dominio da frequencia, da resposta do sistema a um deslocamento impulsivo no dominio do tempo. Sao feitas algumas experimentacoes numericas envolvendo escoamentos transonicos em torno de um perfil NACA 0012. Os resultados apresentam as potencialidades do codigo numerico, ressaltando a sua utilidade na analise das caracteristicas de escoamentos nao-estacionarios. A metodologia de analise aeroelastica e avaliadaem cada uma das suas etapas, demonstrando tambem as suas potencialidades. Por fim, sao discutidos estudos objetivando aimplementacao pratica das tecnicas aqui propostas.

No presente trabalho, o efeito da razão de bloqueio nos parâmetros (coeficiente de pressão na base, os coeficientes de arrasto, sustentação, e momento, comprimento da região de formação, numero de Strouhal e largura de esteira media no final da região deformação) do escoamento plano sobre corpos rombudos e analisado.Foram ensaiadas quatro geometrias diferentes (cunha, cilindro circular, placa plana e aerofólio NACA 0012), para três razoes de bloqueio a dois números de Reynolds cada. Os principais pontos contidos neste trabalho são: (i) Uma nova técnica experimental para o estudo da configuração da esteira próxima e apresentada. (ii) São verificadas relações empíricas apresentadas em outros trabalhos, para geometrias especificas, que mostraram-se independentes do bloqueio no intuito de verificar se as mesmas podem ter um caráter genérico. (iii) E apresentado um novo parâmetro que relaciona o comprimento da região de formação com o numero de Strouhal, em função da razão do bloqueio. (iv) O método para correção do efeito de bloqueio recentemente apresentado por Girardi e testado para as geometrias presentes. (v) Observou-se também que o bloqueio influi diretamente na estrutura da esteira próxima de um corpo rombudo, aparentemente modificando sua topologia.

O objetivo deste trabalho e o estudo experimental do escoamento sobre o modelo de um ônibus, de modo a tentar compreender sua configuração e influenciar as características de sua esteira. Um modelo de madeira com arestas vivas foi então construído e acoplado a uma placa plana, também construída de madeira. Esta, alem de servir como suporte, teve a função de simular as condições do solo durante os ensaios. Definimos esta placa plana como mesa automobilística. A partir deste modelo inicial, foram realiza das varias modificações, como arredondamentos destas arestas, para se verificar o comportamento do escoamento. A fixação de dispositivos defletores de escoamento em sua superfície, teve por objetivo estudar a influencia destes na formação da esteira. Tais modificações originaram vários modelos que foram ensaiados individualmente. Estes ensaios constituiram-se da distribuição depressão em torno dos modelos, da medição da forca de arrasto utilizando uma balança eletromecânica construída para esta finalidade, e do estudo da esteira que se forma na parte trasseira, utilizando-se anemometria de fio quente. O calculo do arrasto de base também foi realizado. Como técnica de visualização foram utilizados fios de lã fixados no modelo e na mesa automobilística, bem como de um dispositivo visualizador para a esteira. Com as modificações realizadas, o arredondamento das arestas da superfície frontal proporcionou uma efetiva redução do arrasto total, enquanto que a mais efetiva na diminuição do arrasto de base, foi a instalação de duas entradas de ar, uma em cada superfície lateral. Através de ensaios realizados, propomos uma configuração de escoamento para a esteira do modelo, formada por uma região de recirculação na parte inferior da superfície traseira, seguida do encontro, a uma distancia maior desta superfície, das camadas de cisalhamento livre provenientes das superfícies laterais do modelo.

Para determinar as forças aerodinâmicas que agem sobre um satélite em altas camadas da atmosfera, é necessário recorrer ao escoamento molecular e a várias noções da Teoria Cinética dos Gases. É apresentado aqui um tema não abordado com frequência, o de superfícies concavas que resultam em multiplicidade de colisões. É estabelecida a função de distribuição, nestas condições, são calculados fluxos de moléculas e finalmente, são obtidas tensões (como fluxos de quantidade de movimento) para várias configurações representativas.

Com o advento de tecnologias de propulsão de veículos a velocidades supersônicas e hipersônicas, questões referentes a elevadas taxas de transferência de calor e magnitude de força de arrasto têm sido analisadas sob vários pontos de vista científicos, como física de plasmas, aerodinâmica, resistência estrutural, dentre outros. Neste trabalho, com o objetivo de se analisar o efeito de adição de energia na forma contínua a um escoamento de alta velocidade, foram realizados cálculos numéricos, por meio do software Fluent, de escoamento considerando a adição de energia sob a forma de calor em uma pequena região a montante de um corpo rombudo. São considerados efeitos pertinentes apenas à dinâmica dos gases, e desconsideram-se efeitos reativos, de formação de plasma e outros que possam surgir devido à energização do fluido em alta velocidade. Os resultados obtidos indicam que o principal efeito da adição de energia ao escoamento consiste em modificar o trajeto de elementos de fluido, desviando as linhas de corrente de tal forma que a onda de choque a montante de um corpo rombudo torna-se mais fraca e com geometria mais alongada. Foi observado que a redução do arrasto causada pela adição de energia contínua pode ser superior a 50% do valor referente ao escoamento sem fonte de calor, embora na aplicação prática desse tipo de processo seja necessário considerar a economia de potência dispendida na fonte de energia e na fornecida ao veículo em comparação com a potência necessária para o veículo manter um voo de cruzeiro. Uma análise paramétrica no que diz respeito ao efeito das variações de potência e localização da fonte de calor, dispersão da energia depositada e número de Mach sobre o arrasto de onda do corpo foi também realizada.

The bluff body flow is often related to engeneering problems and because of it this kind of flow is largely studied. Most of the laboratory works are done with two-dimensinal (2D) or infinite flow, however the flows of industrial applications are normally three-dimensional (3D) and includes complex interactions among its shear layers. In this work, the flow over two finite circular cylinders mounted on a flat plate is studied. Passive flow control is applied on the finite cylinders, using single tripwire located at different azimuthal positions, is experimentally investigated. The influence of this disturbance on the near wake flow structures, vortex shedding characteristics and surface pressure are presented for two different aspect ratios, 3 and 6. Abrupt variations on mean measured parameters are observed for both aspect ratios and a critical angular position is found. Furthermore the changes due to aspect ratio variation are pointed out, specially on the near wake flow fields obtained by PIV measurements which are influenced by the inflow induced by the tip vortices. Drag and pressure fluctuations reduction as well as mean lift are observed. Further results suggest that the near wake characteristics are close to those of the infinite circular cylinder (2D) for the larger aspect ratio and that there exist a bi-stable regime of the flow in the presence of the tripwire.

Este trabalho analisa a modelagem do fenômeno de turbulência em meios porosos. Inicialmente, é apresentado o conceito da dupla decomposição, o qual relaciona uma propriedade microscópica instantânea às suas médias volumétrica e temporal. Baseado no conceito de dupla decomposição, no teorema da média volumétrica local e nas equações de escoamento microscópicas, desenvolve-se as equações macroscópicas do escoamento médio no tempo, aplicáveis a meios limpos, porosos ou híbridos. Mostra-se que a ordem de aplicação da média volumétrica e temporal é irrelevante quanto ao resultado final se o meio poroso for indeformável e saturado por um fluido monofásico. No processo de obtenção das equações macroscópicas do escoamento médio no tempo, surge o tensor de Reynolds macroscópico. A representação deste termo adicional faz uso da idéia da dupla decomposição e dá origem ao modelo macroscópico de duas equações proposto. Esta proposição é baseada na média volumétrica das equações microscópicas da energia cinética turbulenta e de sua dissipação, ambas definidas também à luz do conceito de dupla decomposição. Deste processo de obtenção do modelo macroscópico de duas equações, uma constante é introduzida na equação da energia cinética de turbulência. O valor numérico desta constante foi obtido através de experimentação numérica aplicada a um meio poroso formado por hastes cilíndricas com arranjo espacialmente periódico. As equações microscópicas do escoamento foram então resolvidas para esta geometria, usando-se um sistema de coordenadas generalizadas e o modelo k-e de baixo Re. No modelo de baixo Re, não há a necessidade de emprego da função de parede e a malha computacional se comprime próxima à superfície sólida. As propriedades distribuídas foram integradas no domínio de cálculo e comparadas com o modelo macroscópico proposto. Desta comparação, o valor da constante introduzida foi determinado. O modelo macroscópico de turbulência, assim ajustado, foi usado para reproduzir dados encontrados na literatura. Algumas aplicações do modelo macroscópico envolvendo meios de distintas porosidades são apresentadas.

O veículo hipersônico aeroespacial 14-X B, desenvolvido pelo Laboratório de Aerotermodinâmica e Hipersônica Prof. Henry T. Nagamatsu do Instituto de Estudos Avançados (IEAv), é um demonstrador tecnológico da propulsão hipersônica aspirada que faz parte do esforço do Departamento de Ciência e Tecnologia Aeroespacial (DCTA) para promover a exploração espacial. O veículo 14-X B incorpora como sistema de propulsão um motor de combustão supersônica aspirada (scramjet) e a tecnologia waverider para a aerodinâmica e controle do veículo. Neste trabalho de mestrado foram determinadas as propriedades termodinâmicas e o número de Mach do escoamento ao longo das superfícies internas do motor scramjet, no extradorso e na carenagem do veículo, para condições de ângulos de ataque positivos e negativos, considerando as operações de power-on e power-off do motor. Os cálculos foram feitos via três abordagens teórico-analíticas, considerando diferentes modelos termodinâmicos do ar e os efeitos viscosos do escoamento. As condições de operação estudadas foram avaliadas através dos parâmetros de desempenho da seção de compressão do motor, os valores de arrasto das superfícies do veículo e o empuxo instalado do motor. Com a variação do ângulo de ataque, a estrutura das ondas de choque sobre a seção de compressão foi alterada mostrando derramamento do escoamento de ar para ângulos de -2.5, 2.5 e 5.5. Para o modelo de gás em equilíbrio e para o modelo considerando os efeitos viscosos, a condição de ângulo de ataque 2.5 mostrou condição de choque on-corner da onda de choque refletida na carenagem. Na operação de power-on do motor, o processo de adição de calor, usando a teoria de Rayleigh adaptada para considerar ar em equilíbrio termodinâmico, apresentou menores pressões e temperaturas do escoamento do que as calculadas pelo método de temperatura total para gás termicamente perfeito. O arrasto das superfícies do veículo foi maior para condições de ângulo de ataque positivo e o empuxo instalado do motor foi maior para operação de ângulo de ataque nulo (ponto de projeto) em todas as abordagens.

O objetivo deste trabalho é conduzir um estudo experimental em regime transônico para verificar a influência aerodinâmica da variação do ângulo de "boat-tail" de um veículo lançador de satélite com geometria do tipo "Hammer-Head", ou em português "Cabeça de Martelo". Este tipo de veículo lançador recebe este nome por possuir um diâmetro maior na região da parte frontal, cuja finalidade é transportar uma carga útil maior que o diâmetro do corpo do veículo, como no caso do Veículo Lançador de Satélites brasileiro (VLS-1). A região estudada é a parte frontal do veículo, que é caracterizada por quatro partes distintas: uma ponta arredondada seguida por um tronco de cone, um compartimento de diâmetro constante na qual é alojada a carga útil, um setor com ângulo de decaimento denominado "boat-tail", e uma parte do corpo do foguete. Estudos computacionais em um software semi-empírico e experimentais no Túnel Transônico Piloto (TTP) do Instituto de Aeronáutica e Espaço (IAE) foram realizados para determinar os coeficientes de arrasto e distribuição de pressão sobre o modelo variando-se o ângulo de "boat-tail". Para este fim, utilizou-se uma balança de esforços para medir o arrasto e a técnica de Tinta Sensível à Pressão, do inglês Pressure Sensitive Paint (PSP), para a obtenção de medidas globais de pressão sobre a superfície do modelo. Também foi utilizada a técnica Schlieren de visualização de escoamentos para obtenção de informações detalhadas sobre o padrão de formação das ondas de choque sobre o modelo. O estudo realizado permitiu verificar que a variação do ângulo de decaimento apresentou um maior arrasto para os ângulos maiores e que o ângulo original do "boat-tail" do VLS-1 de 8, possui o menor coeficiente de arrasto em relação às demais configurações testadas.

A cana-de-açúcar tornou-se a cultura com maior expansão nos últimos anos no estado de São Paulo, tendência que deve continuar, considerando sua importância como matéria prima para a produção de açúcar e etanol. Essa expansão acontece principalmente sobre áreas que eram ocupadas por pastagens. Pelas atividades necessárias para o estabelecimento da cultura de cana-de-açúcar, é esperado um aumento da erosão de solos e uma alteração no balanço hídrico. Com esses antecedentes, objetivou-se quantificar experimentalmente o impacto na erosão dos solos e a modificação do balanço hídrico no primeiro metro de solo, causado pela substituição de pastagem por cana-de-açúcar. Foram construídas parcelas de escoamento (20 x 5 \'M POT.2\') sob pastagem e sob plantio novo de cana-de-açúcar (três repetições cada) em uma fazenda com solo do tipo Neossolo Quartzarênico no município de Itirapina-SP. Foi instalada uma estação meteorológica para medir a precipitação e a umidade do solo a 30, 60 e 90 cm de profundidade, e para coletar os parâmetros necessários para calcular a evapotranspiração pelo método de Penman-Monteith. Calhas foram instaladas ao nível do solo para quantificar a interceptação do dossel de cana-de-açúcar. O balanço hídrico para ambos os cultivos foi determinado em escala diária. Após cada evento de precipitação, foi quantificada a perda de solos e o escoamento superficial Durante o primeiro ano, a perda de solo sob pastagem foi de 0,26 Mg/ha.ano (adicionalmente, 0,32 Mg/ha foram coletados devido à perturbação do solo para implantação do experimento), enquanto cana-de-açúcar produziu 2,58 Mg/ha.ano. No segundo período chuvoso, a perda de solo sob pastagem diminui para 0,04 Mg/ha, e sob cana-de-açúcar registrou 0,47 Mg/ha. Estes resultados indicam que a substituição de pastagem por cana-de-açúcar aumentou a produção de sedimentos durante o primeiro ano em 2,32 Mg/ha; no segundo período, com o uso da cobertura de palha no solo sob cana-de-açúcar, o aumento foi de 0,43 Mg/ha. Depois de quatro meses de crescimento, o dossel da cana-de-açúcar intercepta 40% da precipitação. O escoamento superficial no primeiro ano foi de 56,1 mm, e diminuiu para 11,8 mm no segundo período por efeito da palha na superfície do solo. Nos mesmos períodos, o escoamento superficial na pastagem foi de 40,5 mm e 30,4 mm, respectivamente. Apesar da menor infiltração sob cana-de-açúcar, o solo apresenta maior umidade devido ao gradeamento que aumenta a porosidade, e portanto, a capacidade de armazenamento de água no solo. A percolação sob cana-de açúcar é menor que sob pastagem devido à maior evapotranspiração da cultura. / Sugarcane became the culture with the highest expansion in recent years in the state of São Paulo. This trend will continue considering its importance as raw material for the production of sugar and ethanol. The expansion occurs primarily on areas that are currently occupied by pastures, causing impacts on soil and water. Due to the necessary activities for the establishment of the sugarcane culture, a soil erosion increase and a water balance change are expected. With this background, the objective of this work was to experimentally quantify the change in soil erosion and modification of water balance in the first meter of soil caused by the substitution of pasture by sugarcane. Runoff plots were constructed (20 x 5 \'M POT.2\') under pasture and new sugarcane planting (three replicates each) on a farm with Quartzarenic Neosol (Typic Quartzipsamments) soil in the municipality of Itirapina-SP. A weather station to measure rainfall and soil moisture at 30, 60 and 90 cm depth, and to collect the necessary parameters to calculate the evapotranspiration by Penman-Monteith method was installed. Gutters were installed at ground level to quantify the interception of the sugarcane canopy. After every precipitation event the soil loss and the drainage were quantified, and the daily water balance was determined for both soil uses. During the first year, the pasture had a soil loss of 0.26 Mg/ha.yr (additional 0.32 Mg/ha.yr were collected due to the disturbance of the soil during experiment installation), while sugarcane produced 2.58 Mg/ha.yr. In the second rainy season, the losses under pasture decreased to 0.04 Mg/ha and sugarcane recorded 0.47 Mg/ha. These results indicate that the replacement of pasture by sugarcane increased the sediment production during the first year by 2.32 Mg/ha in the second period, covering the soil under sugarcane with straw, the difference decreased to 0.43 Mg/ha. After four months of growth, the sugarcane canopy intercepts 40% of the precipitation. The runoff in the first year was 56.1 mm, decreasing to 11.8 mm in the second period, due to the presence of straw on the soil surface. In the same periods, runoff under pasture was 40.5 mm and 30.4 mm, respectively. Although there is less infiltration under sugar cane, the soil presents higher moisture due to the porosity increase by grating. The percolation under sugarcane is lower than in pasture due to a higher crop evapotranspiration.