Tese de mestrado. Fundamentos e Aplicações da Mecânica de Fluidos. 2006. Faculdade de Engenharia. Universidade do Porto

Tese de mestrado. Engenharia do Ambiente. Faculdade de Engenharia. Universidade do Porto. 2005

Dissertação apresentada para obtenção parcial do grau de Mestre em Fundamentos e Aplicações da Mecânica dos Fluídos, na Faculdade de Engenharia da Universidade do Porto, sob a orientação na FEUP do Professor Doutor João Bernardo Lares Moreira de Campos, e no ISEP da Professora Doutora Albina Maria de Sá Ribeiro

Tese de doutoramento. Engenharia Química. Faculdade de Engenharia. Universidade do Porto. 2007

Dissertation submitted for obtain the degree of Doctor of Chemical Engineering, in the Faculdade de Engenharia da Universidade do Porto

Tese de mestrado. Faculdade de Engenharia. Universidade do Porto. 1998

A indicação de "Volume" foi introduzida pelo catalogador / Tese dedoutoramento. Ciências de Engenharia. Faculdade de Engenharia. Universidade do Porto. 2007

Orientador: Messias Meneguette Junior / Banca: Gilcilene Sanchez de Paulo / Banca: Afonso Paiva Neto / Resumo: Atualmente, devido ao grande avanço tecnológico o uso dos métodos de partículas vêm ganhando espaço nas simulações de escoamento de fluido. O primeiro método de partículas a ser desenvolvido foi o Smoothed Particle Hydrodynamics (SPH) que se mostrou bastante eficiente para problemas de escoamento compressível, mas ineficiente para escoamento incompressível. Desta forma, surgiu algumas estratégias para resolver problemas de escoamento incompressível como o Incompressible Smoothed Particle Hydrodynamics (ISPH) e o Moving Particle Semi-Implicit (MPS); em ambos os métodos a pressão é atualizada por um equação de Poisson. Portanto para obter uma boa aproximação das equações de Navier-Stokes é necessário antes ter uma boa aproximação da equação de Poisson. Neste trabalho são abordados os métodos de partículas Smoothed Particle Hydrodynamics (SPH) e Moving Particle Semi-Implicit (MPS). A discretização dos operadores diferenciais por esses métodos é feita por meio da aproximação do núcleo e também por partículas. Um estudo comparativo entre discretização foram efetuadas. Afim de saber se os parâmetros utilizados na literatura dos métodos de partículas SPH e MPS dão uma boa solução para equação de Poisson foram realizados vários testes variando os parâmetros com e sem o tratamento de fronteira. Neste trabalho também foi proposta uma estratégia para resolver o problema de oscilação na solução da equação de advecção com descontinuidade nas condições iniciais e os resultados foram bem satisfatório / Abstract: Currently, due to the technological advances the use of particle methods is gaining ground in the simulations of fluid flow. The first particle method to be developed was the Smoothed Particle Hydrodynamics (SPH) that was very efficient for compressible flow problems, but inefficient for incompressible ones. Thus, there was some strategy to solve incompressible flow problems as the incompressible Smoothed Particle Hydrodynamics (ISPH) and the Moving Particle Semi-Implicit (MPS); in both methods the pressure is updated by a Poisson equation. For an approximation of the Navier-Stokes equations it is first needed a good approximation for the Poisson equation. This paper discusses the following particles methods: Smoothed Particle Hydrodynamics (SPH) and Moving Particle Semi-Implicit (MPS). The discretization of differential operators by these methods is done through the approximation of the kernel and also by particles. A comparative study of different discretizations were made. In order to know if the parameters used in the literature for the SPH and MPS methods provide a good solution for Poisson equation, have been performed several tests by varying the parameters with and without the borders treatment. This work also proposed a strategy to solve the oscillation problem in advection equation with discontinuity in the initial conditions and the results were very satisfactory / Mestre

A lagoa Itapeva no litoral norte do Rio Grande do Sul apresenta significativas reações hidrodinâmicas ao regime dos ventos e às cheias rápidas geradas pelos seus tributários da Serra do Mar, principalmente o rio Três Forquilhas. Os primeiros registros do monitoramento hidrometeorológico realizados na lagoa indicaram a reação rápida às rajadas de vento, provocando o que se denomina seiche: oscilações dos níveis d’água entre os extremos norte e sul da lagoa. Simulações com um modelo matemático hidrodinâmico bidimensional horizontal conseguiram reproduzir este fenômeno e elaborar o cálculo da síntese das velocidades e suas direções. Com isso, foi possível confirmar a complexidade da circulação interna da lagoa e apontar diferenças de comportamento principalmente entre as regiões sul, centro e norte. Foram analisadas as variáveis ambientais de sólidos suspensos e turbidez, selecionadas por exercerem influência nos fatores físicos, químicos e biológicos. Os resultados hidrodinâmicos de níveis e velocidades da água, gerados pelo modelo para os pontos de coleta, foram utilizados como base para o estudo de variações ambientais. Quando não foi possível estabelecer uma associação entre sólidos suspensos e turbidez, fez-se uso de outra variável hidrodinâmica, ligada às ondas, que não é simulada pelo modelo. A altura de onda calculada em função do vento foi essa terceira variável explicativa. As variáveis hidrodinâmicas explicaram de 70% a 95% das variações ambientais para cada campanha ao se utilizar valores médios de quatro horas. Ao se considerar toda a lagoa e todos os períodos de campanha chegou-se a 68% para turbidez e 49% para sólidos suspensos. O estudo hidrodinâmico e ambiental foi capaz de avaliar que a variação do nível de água em função dos aportes de água é lenta quando comparada à modificação dos níveis e às seiches criadas pelo efeito do vento sobre a lagoa e que estas variações de níveis e de velocidades têm importância significativa na variabilidade das variáveis ambientais: sólidos suspensos e turbidez.

Dissertação (mestrado)—Universidade de Brasília, Faculdade de Tecnologia, Departamento de Engenharia Mecânica, 2008. / Submitted by Jaqueline Oliveira (jaqueoliveiram@gmail.com) on 2008-12-08T16:49:29Z No. of bitstreams: 1 DISSERTACAO_2008_JonasAntonioADeCarvalho.pdf: 1641502 bytes, checksum: f25ccedd9dda701791548fac5ad11381 (MD5) / Approved for entry into archive by Georgia Fernandes(georgia@bce.unb.br) on 2009-02-16T15:13:24Z (GMT) No. of bitstreams: 1 DISSERTACAO_2008_JonasAntonioADeCarvalho.pdf: 1641502 bytes, checksum: f25ccedd9dda701791548fac5ad11381 (MD5) / Made available in DSpace on 2009-02-16T15:13:24Z (GMT). No. of bitstreams: 1 DISSERTACAO_2008_JonasAntonioADeCarvalho.pdf: 1641502 bytes, checksum: f25ccedd9dda701791548fac5ad11381 (MD5) / Neste trabalho estuda-se o escoamento e a reologia de fluidos não-newtonianos com propriedades mecânicas semelhantes as do sangue. Os cálculos e as análises apresentados são direcionados ao entendimento do escoamento em microvasos. Em regime de microcirculação avalia-se as propriedades mecânicas predominantes a serem usadas em diferentes modelos constitutivos do sangue. Usaram-se desde modelos de fluidos generalizados até um modelo protótipo do sangue usando emulsões para descrever o comportamento do sangue em escoamento em microvasos. Com os resultados avaliamse a influência das propriedades do sangue como, por exemplo, a presença da camada de plasma livre de células , fração volumétrica de glóbulos vermelhos, da tensão crítica de escoamento na viscosidade intrínseca do sangue. É obtida a solução por similaridade da equação da distribuição de gotas em um escoamento cisalhante na presença de uma parede rígida. O referido cálculo é uma primeira investigação da distribuição de células e dos mecanismos físicos envolvidos na formação da camada de plasma livre de células no regime da microcirculação. Uma emulsão diluída de gotas de alta razão de viscosidade com o meio líquido é usada como protótipo do fluido sangue na microcirculação. Acredita-se que a camada de plasma, livre de células, é o resultado do balanço entre dois mecanismo de fluxo de células protótipos; um associado à migração de partículas devido a presença da parede e outro associado à difusão hidrodinâmica de células. Como principal resultado determina-se a distribuição de gotas no espaço em função do tempo, a formação dessa camada livre de células e a espessura da camada em função dos parâmetros físicos envolvidos. Na etapa experimental, investiga-se o escoamento de emulsões e soluções poliméricas em tubos com objetivo de determinar a viscosidade intrínseca. Um tanque de estagnação permite controlar a pressão de entrada do escoamento. Propõe-se uma metodologia para medida da viscosidade intrínseca de fluidos complexos, como o sangue, em cisalhamento parabólico. ____________________________________________________________________________________________ ABSTRACT / In this work, non-newtonian fluids with approximated blood behavior flow and rheology are investigated. Some scaling analysis and calculations results are presented with the intent to understand the blood flow in microvessels. The main mechanical properties in microcirculation regime are determined to be used with different constitutive models of the blood. Generalized non-newtonian fluids and an emulsion prototype of blood are the different constitutive models used to describe blood behavior. With the results, the cell-depleted layer, the red blood cells volume fraction, the yield stress, are examples of the investigated parameters. The similarity solution of the distribution differential equation of droplets is calculated in a shear flow with a rigid wall. This solution is a first approach to understand the cells distribution and the mechanisms that affect the cell-depleted layer formation in microcirculation. A dilute emulsion of drops with high viscosity ratio is the prototype of blood in microvessels. Here, the cell depleted layer is a balance result of two different flux mechanisms: the cell migration due the presence of a rigid wall and the hydrodynamic diffusion of cells. The main results is the volume fraction in function of time and space of drops prototypes of red blood cells, the thickness of cell-depleted layer calculation and associated development time. In tube flow experiments are investigated polymeric solutions and different emulsions with the objective to calculate its intrinsic viscosities. A stagnation reservoir tank is used to control the intake pressure of the tube flow. A procedure to measure the intrinsic viscosity of complex fluids is proposed.