Submitted by Ana Guimarães Pereira (agpereir@ucs.br) on 2017-12-14T18:05:11Z No. of bitstreams: 1 Dissertacao Leticia Molin.pdf: 200378 bytes, checksum: 8aa055a38ef6a80864e13434dccdbc31 (MD5) / Made available in DSpace on 2017-12-14T18:05:11Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Dissertacao Leticia Molin.pdf: 200378 bytes, checksum: 8aa055a38ef6a80864e13434dccdbc31 (MD5) Previous issue date: 2017-12-14 / Centro de Pesquisa e Desenvolvimento Leopoldo Américo Miguêz de Mello, CENPES.

Esta tese objetiva caracterizar o escoamento provocado pela incidência de um jato vertical em um fundo plano, descrevendo assim as características médias e flutuantes das pressões a partir da investigação experimental. O modelo utilizado é composto por um jato retangular posicionado, perpendicularmente, a uma distância de 0,92 m do fundo plano de um canal. Utilizando transdutores de pressão instalados na posição de incidência do jato, adquiriu-se os valores de pressão “instantânea” a uma frequência de 128 Hz durante 10 minutos. Foram ensaiadas cinco (5) vazões: 25 l/s (Fr1 = 7,12), 30 l/s (Fr1 = 8,51), 36,6 l/s (Fr1 = 10,35), 42,7 l/s (Fr1 = 12,12) e 50l/s (Fr1 = 14,23), além de vinte (20) diferentes espessuras de colchão d'água. Com os dados de pressão, efetuou-se análises no domínio do tempo, da frequência e da posição. No domínio do tempo, analisou-se a variação dos parâmetros estatísticos essenciais (média, desvio padrão, assimetria e curtose) bem como a identificação de valores máximo e mínimos das pressões. No domínio da frequência, procurou-se avaliar por meio da análise espectral a identificação de frequências significativas associadas à energia macroturbulenta. No que tange à análise no domínio da posição buscou-se analisar a faixa de influência do jato junto ao fundo, a região de subpressões e o alcance das pressões dinâmicas. Outro aspecto importante abordado é a apresentação dos resultados em gráficos adimensionalizados, o que confere ao estudo um caráter geral dentro da faixa de valores ensaiados. Os resultados definem um colchão mínimo de água da ordem de 3 vezes a altura crítica do escoamento, para o amortecimento das pressões dinâmicas. A análise dos momentos estatísticos demonstra que a distribuição das pressões não segue a distribuição normal. Dentro disso, estão disponibilizados coeficientes estatísticos de probabilidade para a determinação das pressões extremas. Ainda, estão definidas quatro zonas a jusante do impacto do jato: Zona I - região do impacto, Zona II - reflexão do jato, Zona III - Acomodação do escoamento e por fim, a Zona IV - caracterizada pelo fim da influência do jato. Além disso, uma análise deste escoamento sob a perspectiva da formação de um ressalto hidráulico é realizada, indicando que apenas os parâmetros utilizados, não descrevem o escoamento como tal. Esta tese é produto da parceria entre Laboratório de Obras Hidráulicas do Instituto de Pesquisas Hidráulicas da Universidade Federal do Rio Grande do Sul (LOH/IPH/UFRGS) e o Laboratório de Hidráulica Experimental e Recursos Hídricos de Furnas Centrais Elétricas S. A. (LAHE/FURNAS). / This thesis aims to characterize the flow prompted by the incidence of a vertical jet on a flat bottom, thus describing the mean and floating characteristics of the pressures from the experimental investigation. The model used is comprised of a rectangular jet positioned perpendicularly at a distance of 0.92 m from the flat bottom of a channel. Using pressure transducers installed in the jet incidence position, the "instantaneous" pressure values were acquired at a frequency of 128 Hz for 10 minutes. Five (5) discharges were tested: 25 l/s (Fr1 = 7.12), 30 l/s (Fr1 = 8.51), 36.6 l/s (Fr1 = 10.35), 42.7 l/s (Fr1 = 12.12) and 50 1/s (Fr1 = 14.23), as well as twenty (20) different waterbed thicknesses. The pressure data were analyzed in terms of time, frequency and position domains. In the time domain, the variation of the essential statistical parameters (mean, standard deviation, asymmetry and kurtosis) was analyzed, as well as the identification of maximum and minimum pressure values. In the frequency domain, it was sought to assess, by means of the spectral analysis, the identification of significant frequencies associated with macroturbulent energy. Regarding the analysis in the position domain, this study aimed to analyze the range of influence of the jet near the bottom, the region of subpressions and the reach of the dynamic pressures. Another important aspect is the presentation of the results in dimensionless graphs, which grants the study a general character within the range of values tested. The results define a minimum waterbed of the order of 3 times the critical height of the flow for the damping of the dynamic pressures. Statistical moments analysis shows that the distribution of pressures does not follow the normal distribution. Therein, probability statistical coefficients are available for the determination of extreme pressures. Also, four zones are defined downstream of the impact of the jet: Zone I - region of impact, Zone II - reflection of the jet, Zone III - accommodation of the flow and, finally, Zone IV - characterized by the end of the influence of the jet. Furthermore, an analysis of this flow from the perspective of the formation of a hydraulic jump is conducted, indicating that the parameters used alone do not describe the flow as such. This thesis is a product of the partnership between the Hydraulic Works Laboratory of the Hydraulic Research Institute of the Federal University of Rio Grande do Sul (LOH/IPH/UFRGS) and the Laboratory of Experimental Hydraulics and Hydraulic Resources of Furnas Centrais Elétricas SA (LAHE/FURNAS).

Este estudo visa à descrição pontual do comportamento hidrodinâmico do estuário do Rio Mearim, analisando os padrões de corrente de maré, do registro de marés e das possíveis relações entre eles. Durante novembro e dezembro de 2012 um ADCP foi fundeado no canal do estuário, onde coletou dados por 31 dias. Os dados foram qualificados e processados para futura análise e inter-relações. Foi observado que a coluna de água estuarina no ponto de medição move-se como uma coluna de água homogênea com fluxo bidirecional no eixo NE-SW. As medições ocorreram no período de baixo índice de pluviosidade. O espectro de energia de velocidade de correntes indicou contribuições parciais dos harmônicos M2, M4, M6 e M8 no padrão de correntes encontrados. Defasagens no tempo entre os picos de máxima velocidade de corrente durante enchente e vazante mostraram a dominância do processo de maré vazante sobre a enchente no estuário. A análise integrada apresentada permitiu uma melhor compreensão no entendimento do comportamento das correntes forçadas pela maré, as chamadas correntes de maré, no estuário do Rio Mearim. / This study aim to describe the punctual hydrodynamic behavior of Mearim River estuary, analyzing the pattern of the tidal current, the tidal data and possible relationship between them. During 2012 november and december an ADCP was deployed in the estuary channel, where it collected data for 31 days. The data were qualified and processed for further analysis and inter-comparisons. It was observed the estuarine water column in the point of deployment moved as a homogeneous water column with bidirectional flux in axis NE-SW. The deployment was made in a period of low pluviosity index. The energy spectrum of current velocity indicated partial contribution of harmonics M2, M4, M6 e M8 in the current pattern found. Delays between the maximum velocity during flood and ebb conditions, showed the dominance of the edd process over the flood in the estuary. An analysis integrated presented on this paper allowed a better understanding of the behavior of the current forced by tides, called the tidal current in the Mearim River estuary.

O uso de modelos de manobras representa um auxilio importante no projeto de veículos marinhos, permitindo a verificação do desempenho destes veículos, desenvolver o sistema de piloto automático, dentre outras aplicações durante a fase de projeto. Na área de veículos submarinos, seus modelos são tradicionalmente baseados em equações de movimento que incluem expressões polinomiais para representar os esforços hidrodinâmicos. Estes modelos são derivados de uma expansão em série de Taylor de forças e momentos, sendo representados em função das variáveis de movimento. Entretanto, estes modelos limitam a representatividade dos esforços hidrodinâmicos, e, especialmente para os termos de segunda ou mais altas ordens, eles requerem ensaios custosos em tanque de provas para identificar corretamente cada um dos coeficientes polinomiais. Esta dependência em ensaios de tanque de provas tem um impacto critico, ou até mesmo não realístico, durante o desenvolvimento de veículos autônomos submarinos, AUVs, de baixo ou médio custo. Utilizando métodos atuais da fluidodinâmica computacional (CFD), este trabalho propõe um roteiro alternativo para definir os modelos de manobras não lineares para uma classe de AUVs. As simulações de CFD, verificados e validados por normas rigorosas, são utilizados como base para derivar as funções não lineares que representam os esforços hidrodinâmicos, devido variações na velocidade lateral, velocidade angular e deflexão dos lemes. A abordagem numérica é complementada pelo uso de modelos analíticos e semi-empíricos oriundos da indústria de mísseis, que tiveram que ser melhorados com informações retiradas das simulações de CFD. Ajustes adicionais e derivações nos intervalos de confiança para as estimativas produzidas por métodos numéricos também são fornecidos pelo uso de modelos analíticos e semi-empíricos. Adotando o AUV Pirajuba como caso de estudo, a validação dos modelos de manobra foi realizada em duas etapas. Primeiro, são comparadas as estimativas dos esforços hidrodinâmicos com as medições em tanque de provas de um modelo cativo, e em seguida a resposta dinâmica dos modelos de manobras são comparadas com aquelas obtidas por ensaios em mar, sempre utilizando critérios de verificação e validação. Este tipo de análise indicou uma validação dos esforços hidrodinâmicos e do movimento para grande parte dos ensaios, sendo que nos demais casos o AUV teve seu comportamento dinâmico bem reproduzido. Este resultado demonstra que a metodologia proposta pode ser utilizada para estimar o modelo de manobra de um AUV típico, gerando uma solução de menor custo para a fase de desenvolvimento destes veículos. / The use of maneuvering models represents an important assistance in the project of marine vessels, allowing for the evaluation of the vehicle performance, the autopilot system development, among other tasks during the design phase. In the field of underwater vehicles, those models commonly are based on equations of motion that include polynomial expressions for representing the hydrodynamic efforts. They are derived from Taylor series expansion of forces and moments represented as functions of the motion variables. However, those models limit the representativeness of the hydrodynamic efforts, and, especially for the second order or higher terms, they require expensive trials in towing tank facilities to correctly identify each polynomic coefficient. This dependence on intensive tank tests has a critical impact, or is even unrealistic during the development of middle or low cost autonomous underwater vehicles, AUVs. Using current methods of computational fluid dynamics (CFD), this work proposes an alternative roadmap to construct nonlinear manoeuvring models, which can be applied to a class of AUVs. CFD simulations, verified and validated by rigorous standards, are used as basis to derive nonlinear functions that represent the hydrodynamic efforts due to variations in lateral velocity, angular rate and rudder deflection. The numerical approach is complemented by the use of analytical and semi-empirical models derived from missile industry, which have been improved according to the information taken from the CFD simulations. Further adjustments and derivation of confidence intervals to the estimates produced by the numerical method are also provided by the use of analytical and semi-empirical models. Adopting the Pirajuba AUV as a test bed, the manoeuvring model validation was carried out in two stages. Firstly, estimates of hydrodynamic efforts are compared with measurements obtained from experiments using a captive model in a towing tank. In the second step, the dynamic response predicted by the maneuvering model was compared with the output measured during free model trials. This type of analysis validated the hydrodynamic efforts and motion in most of the experiments, whereas for the remaining cases the AUV had its dynamic behavior well reproduced. This result demonstrates that the proposed methodology can be used to estimate the maneuvering model of a typical type AUV, generating a lower cost solution for the development phase of the vehicle.

O presente trabalho propõe um novo modelo hidrodinâmico para avaliação das forças oriundas da ação de correnteza marítima uniforme sobre o casco de navios petroleiros amarrados. A modelagem é válida para qualquer ângulo de incidência de correnteza e sua aplicação é voltada, especialmente, ao estudo dinâmico de sistemas FPSO (Floating Production Storage and Offloading systems), muito embora seu campo de aplicação possa facilmente ser estendido a problemas correlatos em engenharia naval. O modelo ora apresentado depende basicamente das dimensões principais do casco, necessitando de um conjunto bastante pequeno de parâmetros a serem determinados experimentalmente. Essa natureza quase-explícita da modelagem constitui sua principal vantagem face aos demais modelos usualmente empregados, e a mesma advém exatamente do contexto mais restrito para o qual foi formulado. O modelo heurístico estendido foi elaborado com base em um modelo estático previamente desenvolvido por Leite et al. (1998). Foram incorporados os efeitos provenientes do movimento de rotação do casco, tornando o modelo aplicável ao caso geral de movimentos do navio no plano horizontal. A determinação destes efeitos foi fundamentada em uma abordagem heurística, combinando-se estimativas semi-empíricas para as forças decorrentes de diferentes padrões de escoamento fluido no entorno do casco, padrões estes associados a faixas de ângulos de incidência distintas. As estimativas de força e momento em movimento combinado de translação e rotação do casco foram validadas a partir de resultados experimentais obtidos em ensaios de yaw-rotating, conduzidos com modelos de diferentes navios petroleiros, em duas condições de carregamento distintas. ) Posteriormente, a verificação experimental foi ampliada, analisando-se a adequação do modelo hidrodinâmico ao estudo de instabilidade dinâmica de navios atracados por intermédio de um cabo de amarração (hawser), fenômeno conhecido em engenharia naval como fishtailing. Em paralelo ao desenvolvimento do modelo hidrodinâmico e sua validação experimental, objetivos primeiros deste trabalho, procede-se a uma revisão crítica das diferentes abordagens teóricas comumente empregadas, baseada nos principais aspectos hidrodinâmicos envolvidos em aplicações práticas de navios amarrados em sistemas offshore. Assim, face à complexidade do problema em questão e dada a profusão de modelos teóricos existentes na literatura, mais do que a defesa de um ou outro método de análise, procura-se fornecer um orientação consistente para que o projetista de sistemas oceânicos possa escolher, com maior confiança, a abordagem mais apropriada para a aplicação em questão, ciente de suas vantagens e eventuais limitações. / A new hydrodynamic model for the analysis of current forces acting on moored tanker ships is proposed. The theoretical model is valid for any angle of attack of the current and is intended, primarily, for the analysis of FPSO (Floating Production Storage and Offloading) systems, although its application may be easily extended to other correlated problems in ocean engineering. The model depends basically on the ship main dimensions and requires few external parameters to be derived. This quasi-explicit nature certainly constitutes the model main advantage and it was only possible due to the more restricted context it was derived for. The extended heuristic model, as it is called, was based on a previous static version presented by Leite et al. (1998). The hydrodynamic effects arising from the ship yaw motion were now incorporated, making the model able to cope with the problem of combined drift-yaw motions. Yaw velocity influence was determined by means of a heuristic combination of semi-empirical formulations of force and moment components, resultant from distinct fluid flow patterns, each one related to a different range of angles of attack. Force predictions were validated through confrontation with yaw-rotating experimental results, obtained for different tanker models in distinct loading conditions. It was also verified experimentally that the model is capable of predicting the hydrodynamic forces involved in the unstable dynamic behavior of asingle-point moored tanker, when subjected to a steady ocean current, known as fisthailing phenomenon. A critical revision of the different theoretical models at hand represents a supplementary purpose of this work. This revision was performed based on the main hydrodynamic aspects involved in common offshore applications of moored tanker ships. ) Therefore, instead of a passionate defense of any particular theoretical procedure, the work aims to provide a consistent orientation in order to help the offshore system designer to choose, between the various hydrodynamic models, the one that is more suitable for the analysis of a specific project, confident on its advantages and aware of its eventual limitations.

O projeto de submarinos é um tema que vem se desenvolvendo há muitos anos. No Brasil, vivemos um momento de pleno avanço na área, sendo encabeçado pela Marinha do Brasil com o desenvolvimento do primeiro submarino de propulsão nuclear brasileiro. No decorrer desse projeto, diversos estudos devem ser desenvolvidos, dentre eles, ensaios com modelos em escala, que serão realizados em um túnel de cavitação. Durante estes experimentos, espera-se que surjam diversas fontes de incerteza, que podem comprometer os resultados obtidos, destacando-se o efeito de blocagem hidrodinâmica. Nesse contexto, esta dissertação apresenta uma investigação do fenômeno de blocagem no modelo de submarino DARPA SUBOFF na seção de testes de um túnel de cavitação. Para isso, simulações tridimensionais de média de Reynolds (RANS) foram realizadas para o modelo de submarino posicionado no túnel (sob blocagem) e sob condição de águas profundas (referência), para diferentes ângulos de ataque e número de Reynolds (Re) constante. Coeficientes de força e momento hidrodinâmicos foram obtidos e os métodos de correção de blocagem clássico e WICS foram empregados para obter fatores que pudessem corrigir esses valores. A eficiência de cada método foi avaliada comparando os valores corrigidos com os de referência. Os resultados mostraram que ambos métodos de correção são eficientes na recuperação de coeficientes de força e momento hidrodinâmicos para razões de blocagem inferiores a 10%, mas ressalvas são feitas quanto à utilização de cada um desses métodos, sendo o método clássico indicado para o estudo de geometrias simples e o método WICS para modelos mais complexos. Paralelamente, a topologia do escoamento ao redor do submarino foi estudada através do método dos pontos críticos, para avaliar se a blocagem hidrodinâmica pode causar alterações nas estruturas presentes no escoamento. A análise topológica permitiu avaliar a evolução nas estruturas do escoamento para os ângulos de ataque e Re simulados. Foram capturadas as linhas de separação no corpo e avaliada sua relação com a tensão de cisalhamento ao longo do casco. A blocagem hidrodinâmica não causou alterações drásticas na topologia do escoamento. / The Project of submarines has been in development for years. In Brazil, we are facing a moment of full progress in this area, leaded by the Brazilian Navy with the development of the first submarine with nuclear propulsion in the country. During this project, many studies will be developed, among them, experiments with scaled models, that will be performed in a cavitation tunnel. Throughout these experiments, many sources of uncertainty are expected to arise that may compromise the results obtained, one effect that stands out is the hydrodinamic blockage. In this context, this master\'s thesis presents an investigation of the blockage phenomenon in the submarine model DARPA SUBOFF placed in the test section of a cavitation tunnel. To accomplish this, tridimensional simulations of Reynolds-Averaged Navier Stokes equations (RANS) were performed to the submarine model placed in the tunnel (under blockage) and in deep water condition (reference), to a variety of angles of attack and a constant Reynolds Number (Re). Cofficients of hydrodynamic forces and moment were measured and the classic and WICS correction methods were used to obtain factors that could correct these values. The efficiency of these methods were evaluated comparing the corrected values with the reference ones.The results showed that both correction methods are efficients in the recovery of hydrodynamic forces and moment to blockage ratios below 10%, but reservations are made about the use of each method. The classic method is suggested when simple geometries are tested and the WICS method when more complex models are used. At the same time, the flow topology around the submarine was studied, using the critical point theory, to evaluate if the hydrodynamic blockage can cause changes in the structures in the flow. The topology analysis permited to assess the evolution of structures in the flow to the conditions of angle of attack and Re simulated. Separation lines were captured in the body and their relationship with the shear stress in the hull was evaluated. The hydrodynamic blockage did not cause drastic changes in the flow topology.

O presente trabalho é focado no estudo dos violentos fenômenos de impacto hidrodinâmico que podem prejudicar a operação de plataformas offshore. São três os fenômenos abordados neste trabalho: o green water, o wave runup e o sloshing. O fenômeno de wave runup consiste na projeção vertical de uma coluna de água devido ao impacto de ondas em estruturas transversais. O fenômeno de green water consiste no embarque de água no convés, podendo danificar os equipamentos da planta de produção. Por fim, o sloshing consiste no movimento violento de fluído em tanques parcialmente preenchidos, resultando em perigosos carregamentos em suas paredes. Tais fenômenos possuem natureza altamente não linear e sua análise, considerando-se toda a sua complexidade, ainda constitui um desafio para a engenharia naval e oceânica. Os métodos de partículas têm se destacado no tratamento de tais fenômenos envolvendo interação fluído-estruturas, grandes deformações e fragmentação de superfície livre. Desta maneira, optou-se pelo emprego do método de partículas Moving Particles Semi-Implicit (MPS) neste trabalho para o estudo dos fenômenos de impacto hidrodinâmico. O MPS é um método totalmente lagrangeano para escoamentos incompressíveis. Para os três fenômenos abordados neste trabalho há uma primeira etapa de validação, na qual os resultados numéricos são comparados a resultados experimentais da literatura. Uma segunda etapa é baseada na aplicação do método numérico na análise de ferramentas para a mitigação dos esforços resultantes do impacto hidrodinâmico. Nesta etapa é investigada a influência do formato da proa no fenômeno de green water e a utilização de anteparas fixas e flutuantes para a mitigação de sloshing em tanques. / The present work is focused in the study of the violent hydrodynamic impact phenomenon which could jeopardize the offshore platforms operation. In this work three different phenomena involving hydrodynamic impact are studied: green water, wave runup and sloshing. The wave runup consists in the vertical projection of a water column due to wave impact on a transversal structure, such as submersible columns. The green water consists in the water boarding on the deck which could damage the equipment over the oil platform deck. Finally, the sloshing phenomenon is the violent movement of fluid in partially filled tanks, resulting in dangerous impact loads at its walls. The hydrodynamic impact phenomenon has strongly non linear nature and is still a challenge for the naval and offshore engineering its analysis considering all its complexity. The particle methods present advantages in the analysis of phenomena involving fluid structure interaction, large free surface deformation, fragmentation and merging. Therefore, in the present study the Moving Particles Semi-Implicit (MPS) method is used. The MPS is a fully lagrangian method for the simulation of incompressible flows. For the three phenomena studied in the present work a first step of validation is performed. In the validation step the numerical results obtained by the particle method are compared to experimental data presented in the literature. The second step consists in the application of the numerical method to investigate simple mechanisms to mitigate the hydrodynamic impact loads. For example, the effect of the bow shape in the green water phenomenon is studied. Also in this step the use of fixed and floating baffles in order to suppress the sloshing phenomenon are investigated.

Atualmente está aumentando a necessidade de utilização de veículos submersíveis não tripulados nos meios aquáticos, tanto para observação científica, como também para monitoramento de obras de engenharia. As posições destes veículos são controladas, em geral, manualmente o que torna essas operações tarefas longas e cansativas aos seus pilotos. Uma alternativa que simplifica estas operações é a utilização, quando necessário, de um sistema automático de posição para aliviar o piloto de funções básicas. Para o desenvolvimento de um sistema de posicionamento automático eficiente é necessário um modelo matemático para a dinâmica do veículo, que envolve o conhecimento dos parâmetros hidrodinâmicos que caracterizam o comportamento do veículo, principalmente em casos onde o veículo possua formas geométricas complexas, sendo assim torna-se compulsório a realização de métodos experimentais para a determinação dos coeficientes hidrodinâmicos do modelo. Na Faculdade de Tecnologia de Jahu vem se desenvolvendo desde 1999 a segunda versão de um veículo submersível não tripulado para utilização em ambiente fluvial denominado VSNT JAÚ II. Este trabalho propõe a utilização de métodos experimentais para a obtenção de alguns dos coeficientes hidrodinâmicos do veículo, no qual são considerados massa adicional e amortecimento viscoso que serão estimados através de ensaios de decaimento livre, utilizando um modelo em escala reduzida e técnicas de processamento digital de imagem. Para estimativa dos coeficientes de massa adicional e amortecimento viscoso o método proposto é baseado método dos mínimos quadrados e separa os movimentos do veículo em dois planos, vertical e horizontal, considerando termos de acoplamento nos movimentos nesses planos. / Unmanned underwater vehicles they have been used continually by the planet in spite of the difficulties of your operation, both for scientific observation, but also for monitoring of engineering works. The positions of these vehicles are controlled, in general, which makes manually they work long and tiring to their pilots. An alternative that simplifies this operation is the use of an automatic system of position to relieve the pilot of basic functions. For the development of an efficient of automatic positioning system it is necessary a mathematical model of the vehicle, it is necessary the knowledge of the hydrodynamic parameters that characterize the behavior of the vehicle. Those parameters are difficult to obtain through theoretical procedures, in cases where the vehicle possesses complex forms, and then experimental methods are used. In Faculdade de Tecnologia de Jahu it comes the developing since 1999 the second version of an unmanned underwater vehicle for use in fluvial environments denominated VSNT JAÚ II. This work proposes the use of an experimental method for the obtaining of some of the hydrodynamic coefficients of the Vehicle, based on rehearsals of free decay, using a model in reduced scale and techniques of digital image processing. The proposed procedure separates the movements of the vehicle in two plans, vertical and horizontal, considering joining terms in the movements in those plans.

A presente dissertação investiga o comportamento do escoamento em um túnel de cavitação, através de simulações fluido-dinâmicas computacionais, excluindo a bomba de circulação. Para tanto um extenso estudo buscou selecionar a abordagem numérica e configurações de simulação mais adequadas, de uma forma a reproduzir as características hidrodinâmica inerentes à operação do túnel. Portanto, as informações referentes à perda de carga, uniformidade no perfil de velocidade, tendência de cavitação, descolamento e altura da camada limite foram apreciadas. Esse estudo foi direcionado por dados provenientes de métodos empíricos da literatura, resultados experimentais do próprio túnel pesquisado e de outros túneis. Em geral, os resultados foram satisfatórios, pois a perda de carga estimada foi semelhante ao obtido experimentalmente. Além de serem identificados os trechos com efeito desfavorável na uniformidade do escoamento, foram determinadas a distribuição de pressão nas aletas e o perfil de velocidade incidente na bomba. / This study deals with a cavitation tunnel flow (except the pump region) through computational fluid dynamic simulations. Therefore, previously one made a literature survey to aid the selection of the most appropriate techniques and simulation settings to simulate the hydrodynamic characteristics of the tunnel. The pressure drop, uniformity of the velocity profile, existence of cavitation, detachment and height of the boundary layer were evaluated. This study used empirical methods and also experimental results. The results were satisfactory, as long as the estimated pressure drop was close to the one obtained experimentally. In addition, it was forecasted low flow uniformity in some parts of the tunnel, the pressure distribution on the fins and the incident velocity profile at the pump.

Este trabalho apresenta uma discussão sobre o estudo dos efeitos térmicos e elásticos decorrentes da pressão de sustentação presentes nos mancais. Para tanto, propõe-se um modelo matemático baseado nas equações para mancais curtos considerando a região de cavitação e utilizando o princípio da continuidade de massa. Com isto, deduzem-se as equações para o mancal a partir das equações de Reynolds e da energia, aplicando uma solução modificada para a solução de Ocvirk, sendo as equações resolvidas numericamente pelo Método das Diferenças Finitas. Somado o tratamento de mecânica dos fluidos, o trabalho discute dois modelos térmicos de previsão de temperatura média do fluido e sua influência no campo de pressão, apresentando gráficos representativos do campo de pressão e de temperatura, assim como as diferenças e implicações das diferenças. Para o cálculo de deformação da estrutura, utiliza-se um Modelo de Elementos Finitos para uma dada geometria, fazendo-se uma avaliação da variação do campo de pressão e o quanto essa diferença afeta as demais propriedades do fluido. Por fim, com o modelo completo, calcula-se o quanto esse modelamento para mancais curtos se aproxima de soluções para mancais finitos, com base em resultados da literatura, chegando a desvios quase oito vezes menores que os previstos pela literatura. Além disso, pode-se estabelecer a abrangência do modelo, ou seja, prever as condições em que suas propriedades são válidas e podem ser utilizadas para estudos iniciais. / This work presents a study on thermal and elastic effects resulting from support bearings. It proposes a mathematical model based on short bearing equations within the cavitation region, using the principle of mass continuity. Then, the used equations are deduced from Reynolds and energy equations applying a modified solution for the Ocvirks solution. All the equations are numerically solved by the Backward Finite Difference Method. In addition to the treatment of fluid mechanics, this work discusses two thermal models to predict the average temperature of the fluid and its influence on the pressure field; it also presents the representative charts for pressure and temperature fields, as well as the differences and implications of these ones. To calculate the deformation of the structure, a Finite Element Model is used, considering a specific geometry and an evaluation of the variation of the pressure field is conducted to determinate how this difference affects other properties of the fluid. Finally, the full model is applied to analyse how this modeling for short bearing solutions can be used as an approach for finite bearings. Analysis reaches deviations nearly eight times smaller than predicted by literature data. Furthermore, it was possible to establish the range of the model in which its properties are valid and can be used for initial studies.