O objetivo deste trabalho é a simulação numérica de escoamentos incompressíveis bidimensionais em dutos com expansão brusca, considerando o raio de expansão de 3 : 1. As equações governantes implementadas são as de Navier, que junto com relações constitutivas para a tensão visam representar comportamentos não newtonianos. A integração temporal é feita usando o esquema explícito de Runge-Kutta com três estágios e de segunda ordem; as derivadas espaciais são aproximadas pelo método de diferenças finitas centrais. Escoamentos em expansões bruscas para fluidos newtonianos apresentam um número de Reynolds crítico, dependente do raio de expansão, na qual três soluções passam a ser encontradas: uma solução sim étrica instável e duas soluções assimétricas rebatidas estáveis. Aumentando o número de Reynolds, a solução passa a ser tridimensional e dependente do tempo. Dessa forma, o objetivo é encontrar as diferenças que ocorrem no comportamento do fluxo quando o fluido utilizado possui características não newtonianas. As relações constitutivas empregadas pertencem à classe de fluidos newtonianos generalizados: power-law, Bingham e Herschel-Bulkley. Esses modelos prevêem comportamentos pseudoplásticos e dilatantes, plásticos e viscoplásticos, respectivamente. Os resultados numéricos mostram diferenças entre as soluções newtonianas e não newtonianas para Reynolds variando de 30 a 300. Os valores de Reynolds críticos para o modelo power-law não apresentaram grandes diferenças em comparação com os da solução newtoniana. Algumas variações foram percebidas nos perfis de velocidade. Entretanto, os resultados obtidos com os modelos de Bingham e Herschel-Bulkley apresentaram diferenças significativas quando comparados com os newtonianos com o aumento do parâmetro adimensional Bingham; à medida que Bingham é aumentado, o tamanho dos vórtices diminui. Além disso, os perfis de velocidade apresentam diferenças relevantes, uma vez que o fluxo possui regiões onde o fluido se comporta como sólido.

O objetivo deste trabalho é a simulação numérica de escoamentos incompressíveis bidimensionais em dutos com expansão brusca, considerando o raio de expansão de 3 : 1. As equações governantes implementadas são as de Navier, que junto com relações constitutivas para a tensão visam representar comportamentos não newtonianos. A integração temporal é feita usando o esquema explícito de Runge-Kutta com três estágios e de segunda ordem; as derivadas espaciais são aproximadas pelo método de diferenças finitas centrais. Escoamentos em expansões bruscas para fluidos newtonianos apresentam um número de Reynolds crítico, dependente do raio de expansão, na qual três soluções passam a ser encontradas: uma solução sim étrica instável e duas soluções assimétricas rebatidas estáveis. Aumentando o número de Reynolds, a solução passa a ser tridimensional e dependente do tempo. Dessa forma, o objetivo é encontrar as diferenças que ocorrem no comportamento do fluxo quando o fluido utilizado possui características não newtonianas. As relações constitutivas empregadas pertencem à classe de fluidos newtonianos generalizados: power-law, Bingham e Herschel-Bulkley. Esses modelos prevêem comportamentos pseudoplásticos e dilatantes, plásticos e viscoplásticos, respectivamente. Os resultados numéricos mostram diferenças entre as soluções newtonianas e não newtonianas para Reynolds variando de 30 a 300. Os valores de Reynolds críticos para o modelo power-law não apresentaram grandes diferenças em comparação com os da solução newtoniana. Algumas variações foram percebidas nos perfis de velocidade. Entretanto, os resultados obtidos com os modelos de Bingham e Herschel-Bulkley apresentaram diferenças significativas quando comparados com os newtonianos com o aumento do parâmetro adimensional Bingham; à medida que Bingham é aumentado, o tamanho dos vórtices diminui. Além disso, os perfis de velocidade apresentam diferenças relevantes, uma vez que o fluxo possui regiões onde o fluido se comporta como sólido.

Made available in DSpace on 2016-08-29T15:33:15Z (GMT). No. of bitstreams: 1 tese_4178_.pdf: 3419344 bytes, checksum: bec88a95db0533a4b6d310449b70bbe2 (MD5) Previous issue date: 2011-02-04 / Este trabalho apresenta uma implementação do método dos elementos finitos para resolver um sistema acoplado não linear de equações diferenciais parciais, composto de um sub-sistema elíptico para a pressão-velocidade e uma equação de transporte advectivo-difusivo para a concentração, que modela o problema de escoamento miscível em reservatórios de petróleo. A pressão é determinada pelo método de Galerkin clássico e para o campo de velocidades é considerado uma técnica de pós-processamento. Na equação de concentração é utilizado o método de estabilização submalha Difusão Dinâmica. Este método, baseado no formalismo multiescala, consiste em adicionar à formulação clássica de Galerkin enriquecida com funções bolha um operador dissipativo não linear e não parametrizado agindo isotropicamente em todas as escalas da discretização. O modelo numérico é combinado a um algoritmo preditor/multicorretor de integração no tempo. Para validar a metodologia adotada são analisados um problema de injeção de traçadores e um problema de injeção contínua bidimensionais, sendo realizadas comparações com a formulação estabilizada SUPG/CAU.

O objetivo deste trabalho é a simulação numérica de escoamentos incompressíveis bidimensionais em dutos com expansão brusca, considerando o raio de expansão de 3 : 1. As equações governantes implementadas são as de Navier, que junto com relações constitutivas para a tensão visam representar comportamentos não newtonianos. A integração temporal é feita usando o esquema explícito de Runge-Kutta com três estágios e de segunda ordem; as derivadas espaciais são aproximadas pelo método de diferenças finitas centrais. Escoamentos em expansões bruscas para fluidos newtonianos apresentam um número de Reynolds crítico, dependente do raio de expansão, na qual três soluções passam a ser encontradas: uma solução sim étrica instável e duas soluções assimétricas rebatidas estáveis. Aumentando o número de Reynolds, a solução passa a ser tridimensional e dependente do tempo. Dessa forma, o objetivo é encontrar as diferenças que ocorrem no comportamento do fluxo quando o fluido utilizado possui características não newtonianas. As relações constitutivas empregadas pertencem à classe de fluidos newtonianos generalizados: power-law, Bingham e Herschel-Bulkley. Esses modelos prevêem comportamentos pseudoplásticos e dilatantes, plásticos e viscoplásticos, respectivamente. Os resultados numéricos mostram diferenças entre as soluções newtonianas e não newtonianas para Reynolds variando de 30 a 300. Os valores de Reynolds críticos para o modelo power-law não apresentaram grandes diferenças em comparação com os da solução newtoniana. Algumas variações foram percebidas nos perfis de velocidade. Entretanto, os resultados obtidos com os modelos de Bingham e Herschel-Bulkley apresentaram diferenças significativas quando comparados com os newtonianos com o aumento do parâmetro adimensional Bingham; à medida que Bingham é aumentado, o tamanho dos vórtices diminui. Além disso, os perfis de velocidade apresentam diferenças relevantes, uma vez que o fluxo possui regiões onde o fluido se comporta como sólido.

CoordenaÃÃo de AperfeiÃoamento de Pessoal de NÃvel Superior / O escoamento de fluidos em meios porosos tem sido objeto de pesquisa de grande interesse cientÃfico e tecnolÃgico, visto que a compreensÃo desse processo à fundamental para importantes aplicaÃÃes na indÃstria, incluindo extraÃÃo de petrÃleo em reservatÃrios, estudo de Ãgua subterrÃnea, desenvolvimento de filtros etc. Nesta tese, investigamos atravÃs de simulaÃÃo numÃrica trÃs trabalhos sobre escoamento bifÃsico. O primeiro deles à sobre a recuperaÃÃo secundÃria de petrÃleo, que consiste em retirar o Ãleo do reservatÃrio por diferenÃa de pressÃo causada pela injeÃÃo de um outro fluido; o segundo caso trata da recuperaÃÃo terciÃria, em que a viscosidade do Ãleo à diminuÃda pelo aumento da temperatura por meio da injeÃÃo de um fluido quente no meio poroso; e o terceiro à um modelo de endurecimento interfacial entre dois fluidos desenvolvido para simular a penetraÃÃo de cola em meios porosos. No primeiro trabalho, onde à usado o mÃtodo secundÃrio, a produÃÃo do Ãleo sofre bastante influÃncia do breakthrough do fluido invasor. Por isso, nossa intenÃÃo à estudar o comportamento da produÃÃo do Ãleo e do tempo de breakthrough quando se injeta um fluido com viscosidade diferente da do Ãleo. O sistema à isotÃrmico e nÃo reagente. Utilizamos o simulador comercial STARS do CMG para realizar as simulaÃÃes. Os resultados foram obtidos atravÃs das mÃdias das curvas de produÃÃo de reservatÃrios desordenados. Foi considerado tanto o reservatÃrio homogÃneo quanto o heterogÃneo no ponto crÃtico de percolaÃÃo. Foi estudada a influÃncia que as curvas de produÃÃo sofrem com a variaÃÃo da distÃncia entre os poÃos, r, e com a razÃo entre as viscosidades dos fluidos, m (m = Âo/ Âa). Verificamos que existe duas regiÃes em lei de potÃncia e que o tempo de breakthrough nÃo depende muito do tipo do reservatÃrio (homogÃneo ou heterogÃneo). Quando o Ãleo presente no reservatÃrio à do tipo pesado, mÃtodos terciÃrios sÃo necessÃrios para uma boa recuperaÃÃo deste. Umas das tÃcnicas que se tornou promissora nos Ãltimos anos à a InjeÃÃo a Vapor, que consiste no aumento da temperatura do reservatÃrio atravÃs da injeÃÃo de vapor, reduzindo assim a viscosidade do Ãleo. Para realizar esse estudo utilizamos uma aproximaÃÃo microscÃpica do meio, onde o escoamento acontece em escala de poro. A viscosidade do Ãleo tem uma dependÃncia exponencial com a temperatura da forma exp(B/T), onde B à um parÃmetro fÃsico-quÃmico que define o quÃo pesado à o Ãleo, e T à a temperatura. Inicialmente, o meio està saturado com o Ãleo e em seguida outro fluido à injetado. Um gradiente de temperatura, T, à aplicado no meio na mesma direÃÃo de injeÃÃo. Analisamos dois casos da razÃo da viscosidade, um infinito, no qual o fluido invasor à considerado invÃscito, e o outro finito. Verificamos que a eficiÃncia da recuperaÃÃo de Ãleo pode aumentar substancialmente com T. Vimos tambÃm que o percentual de recuperaÃÃo decresce com B para o caso da razÃo da viscosidade finita, e que o comportamento oposto à observado para o caso infinito. Com isso à possÃvel saber qual a configuraÃÃo de parÃmetros que melhor se adapta a um projeto de recuperaÃÃo de um reservatÃrio. Na terceira parte desta tese, propomos um modelo de PercolaÃÃo Invasiva modificado com a presenÃa da gravidade para simular o escoamento bifÃsico, no qual a interface sofre um efeito de endurecimento. Esse efeito à obtido atravÃs do aumento da pressÃo dos sÃtios na interface. Quanto mais tempo um sÃtio fica exposto, maior sua pressÃo. Durante essa exposiÃÃo, se a pressÃo de um sÃtio atingi um valor mÃximo ele se torna um pino e nÃo pode mais ser invadido. Isso representa a penetraÃÃo de cola em meios porosos onde o endurecimento se dà devido ao contato com o ar. Foram considerados, tambÃm, efeitos gravitacionais.

Submitted by Marcele Costal de Castro (costalcastro@gmail.com) on 2017-08-29T17:50:36Z No. of bitstreams: 1 JOSE LUIZ HORACIO FACCINI D.PDF: 2621518 bytes, checksum: dd4d476949cdbcd6daccc4013cd62630 (MD5) / Made available in DSpace on 2017-08-29T17:50:36Z (GMT). No. of bitstreams: 1 JOSE LUIZ HORACIO FACCINI D.PDF: 2621518 bytes, checksum: dd4d476949cdbcd6daccc4013cd62630 (MD5) Previous issue date: 2008-12 / O objetivo deste trabalho foi realizar um estudo de escoamentos bifásicos estratificados empregando técnicas ultra-sônicas. Um modelo teórico-numérico foi desenvolvido para simulação de um medidor ultra-sônico de vazão, que combina as técnicas de pulso-eco e de transmissão, para aplicação em escoamentos gás-líquido estratificados em dutos circulares horizontais. O modelo foi baseado nas equações de Navier-Stokes médias de Reynolds, junto com o modelo de turbulência κ - ω. Foi obtido numericamente o coeficiente hidráulico, que resulta de uma relação entre a velocidade média de líquido na seção do duto e a velocidade média de líquido ao longo da trajetória do feixe ultra-sônico. Experimentalmente, os escoamentos foram gerados em uma seção de testes horizontal constituída de um duto circular em aço inoxidável e de um trecho transparente em acrílico para permitir a visualização dos escoamentos. A técnica de pulso-eco foi usada para medição das alturas de líquido, junto com uma técnica de visualização de alta velocidade para filmagem dos escoamentos. / The aim of this work was to carry out a study on two-phase stratified flow applying ultrasonic techniques. A theoretical-numerical model was developed for the simulation of an ultrasonic flowmeter, combining the pulse-echo technique with the contrapropagating transmission technique, for application in stratified gas-liquid horizontal flow at circular ducts. The model is based on the Reynolds averaged Navier- Stokes equations, with the κ - ω closure turbulence model. The hydraulic coefficient, which expresses the ratio between the mean flow velocity in the liquid phase cross section and the mean velocity in the liquid phase along the ultrasonic path was obtained numerically. Experimentally, the flow regimes were generated in a horizontal test section formed by a stainless steel pipe with a circular cross section and by an acrylic transparent section in order to allow the flow visualization. The pulse-echo technique was used for measuring the liquid height, combined with a high-speed visualization technique to take pictures of the flow.

Nesta pesquisa é apresentado um estudo do escoamento turbulento formado pela interação de “bluff-body” com o fluxo principal (ar). Os “bluff-bodies” estudados possuem a forma de um disco, cone e cilindro. A zona de recirculação formada por esta interação possibilita a aplicação de “bluff-body” como estabilizador mecânico de chama. Aplicando vários modelos de turbulência foram feitas simulações computacionais para analisar a formação da zona de recirculação do fluxo de ar em relação à forma do estabilizador de chama (disco, cone e cilindro), sua dimensão (grau de bloqueamento do canal) e velocidade de escoamento. Para escolher o modelo de turbulência que descreve melhor o comportamento do fluxo em escoamento turbulento com “bluff-body” foi feita uma comparação entre os dados experimentais e os obtidos computacionalmente. O modelo de turbulência K-Epsilon mostrou maior conformidade com os dados experimentais em comparação com os outros modelos aplicados. / 92 f.

Tese de mestrado integrado. Engenharia Mecânica. Faculdade de Engenharia. Universidade do Porto. 2010

Tese de mestrado integrado. Engenharia Mecânica. Faculdade de Engenharia. Universidade do Porto. 2010

Tese de mestrado integrado. Engenharia Mecânica. Faculdade de Engenharia. Universidade do Porto. 2010