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[en] MATHEMATICAL MODELING AND SIMULATION OF A HYDROCYCLONE MODEL / [pt] MODELAGEM MATEMÁTICA, SIMULAÇÃO E AJUSTE DO MODELO DE UM HIDROCICLONE

JUAN SERGIO ROMERO SAENZ 29 June 2012 (has links)
[pt] Este trabalho apresenta um modelo matemático completo e a implementação de um sistema computacional para a simulação do escoamento em um hidrociclone, que leva em conta o núcleo de ar como uma superfície livre, caracterizando esta interface livre formada como do tipo Young-Laplace. Pelas características do escoamento foi considerada a difusão turbulenta, que foi necessário acrescentar para poder ajustar bem o modelo aos dados experimentais. São aproximados os campos de velocidades e pressões, assim como a forma e localização da interface, esta através de um método lagrangeano. Neste método utiliza-se uma malha lagrangeana para caracterizar a interface livre e uma malha euleriana para calcular os campos de velocidades e pressões no escoamento através do método dos volumes finitos. O ajuste da interface é feita através de um processo iterativo. São feitas simulações numéricas e são mostradas comparações das previsões teóricas com dados experimentais que validam o modelo. / [en] The present work is realted to the mathematical modeling and computacional simulation of flow through hydrocyclons. The present model assumes the air core being a free surface of Young-Laplace type. As the characterisctic of the flow suggests, the model considers a turbuleny diffusion, this fact is essential to have a good agreement with experimental data. The velocity and pressure with the shape and localization of the interface are approzximated. For the above approximation a langrangian grid is used to characterize the free interface, and an eulerian grid for calculating the velocity and pressure fields thorough a finite-volume method. The approximation of the interface is achieved using an iterative procedure. An extensive comparison of model predictions against experimental data is presented together with some numerical results.
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Aprendendo funcoes com experimentos de fisica e atividades interdisciplinares / Learning functions with experiments of physics and interdisciplinary activities

Silva, Francineia Alves de Souza 27 April 2015 (has links)
Submitted by Luciana Ferreira (lucgeral@gmail.com) on 2015-10-22T11:57:27Z No. of bitstreams: 2 Dissertação - Francinéia Alves de Souza Silva - 2015.pdf: 2426236 bytes, checksum: 7496c1c78c1502ee41163cb224d76f51 (MD5) license_rdf: 23148 bytes, checksum: 9da0b6dfac957114c6a7714714b86306 (MD5) / Approved for entry into archive by Luciana Ferreira (lucgeral@gmail.com) on 2015-10-22T12:03:39Z (GMT) No. of bitstreams: 2 Dissertação - Francinéia Alves de Souza Silva - 2015.pdf: 2426236 bytes, checksum: 7496c1c78c1502ee41163cb224d76f51 (MD5) license_rdf: 23148 bytes, checksum: 9da0b6dfac957114c6a7714714b86306 (MD5) / Made available in DSpace on 2015-10-22T12:03:39Z (GMT). No. of bitstreams: 2 Dissertação - Francinéia Alves de Souza Silva - 2015.pdf: 2426236 bytes, checksum: 7496c1c78c1502ee41163cb224d76f51 (MD5) license_rdf: 23148 bytes, checksum: 9da0b6dfac957114c6a7714714b86306 (MD5) Previous issue date: 2015-04-27 / In this paper we discuss interdisciplinary issues, seeking a better performance by students in external evaluation methods that the school is subject. In order to awaken a taste for mathematics and related sciences, an experiment was conducted with 20 high school students, an education full-time school, located in the center of Morrinhos, Goiás state. First was made an analysis of historical aspects involved in the function context and it’s basic concepts. Later described Physics contents that involve the concept of function, with methodologies for their teaching-learning process. Finally we analyzed the activities developed and concluded that the goal was achieved, as the students stood out to school too, for external evaluations, being awarded the Student Award offered by the Government of Goiás. / Neste trabalho abordamos questões de interdisciplinaridade, visando um melhor desempenho por parte dos alunos, nos métodos de avaliação externa que a escola esta sujeita. Com o objetivo de despertar o gosto pela matemática e ciências afins, foi desenvolvido um trabalho com 20 alunos do Ensino Médio, de uma escola de educação em período integral, localizada no centro da cidade de Morrinhos, estado de Goiás. Primeiramente faz-se uma análise de aspectos históricos envolvidos no contexto de função e seus conceitos básicos. Posteriormente, descreve conteúdos de Física que fazem ligação com função, apresentando metodologias para o seu processo de ensino-aprendizado. Por fim analisa-se as atividades desenvolvidas e conclui-se que o objetivo foi alcançado, pois os alunos se sobressaíram aos demais da escola, em relação as avaliações externas, sendo contemplados com o Prêmio Aluno oferecido pelo Governo de Goiás.
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[en] MODELING OF THE CARDIAC ELECTRODYNAMICS AND OF THE EFFECTS OF SPATIAL AND TIME RESOLUTION ON OPTICAL MAPS / [pt] MODELAGEM DA ELETRODINÂMICA CARDÍACA E DOS EFEITOS DA RESOLUÇÃO ESPACIAL E TEMPORAL EM MAPAS ÓPTICOS

MARIANA DA COSTA NOVO PIMENTA BRANDÃO 23 August 2011 (has links)
[pt] A detecção da fluorescência de corantes poteciométricos aplicados em tecidos excitáveis vem sendo utilizada não somente para a realização de estudos da propagação da frente de onda da excitação elétrica tecidual, como também na análise dos diferentes parâmetros eletrofisiológicos caracterizados pela morfologia do potencial de ação óptico. Apesar dos avanços no desenvolvimento de sistemas de detecção, o compromisso entre taxa de amostragem temporal, sensibilidade, resolução espacial e campo de visão na técnica de mapeamento óptico frequentemente acarreta um potencial de ação medido experimentalmente que não corresponde à resposta elétrica de uma única célula, mas à soma da atividade elétrica de várias células adjacentes. Consequentemente, a análise e interpretação de estudos quantitativos de parâmetros eletrofisiológicos da ativação elétrica tecidual, comparando o potencial de ação óptico com o potencial de ação de uma única célula, como o obtido por medição intracelular utilizando microeletrodo, podem ser afetadas pelo efeito de integração espacial do detector óptico. Adicionalmente, o potencial de ação óptico e a visualização da propagação da atividade elétrica podem ser distorcidos por mapas ópticos cuja resolução temporal da aquisição seja inadequada. Neste trabalho, por meio de simulações matemáticas, mapeamento óptico e processamento de sinais, foram estudados os impactos na configuração do potencial de ação óptico associados à resolução espacial e temporal utilizada na detecção da fluorescência em resposta à ativação elétrica tecidual em corações isolados. / [en] Fluorescence studies using potentiometric dyes to optically measure the action potential of cardiac cells constitute an important tool to better understand the electrophysiology of the heart. However, in many experimental setups, the finite sensing area of optical detectors cannot be neglected. As a consequence, the detected fluorescence signal may effectively correspond to the sum of the electrical activity of a group of adjacent cells, and variations observed in the fluorescence signal may be strongly influenced by the spatial resolution of the optical instrumentation employed in the experiment. In addition, the optical action potential and the visualization of its propagation may be distorted by inadequate temporal resolution when recording optical maps. In this work, we present simulated and experimental studies demonstrating the effects of both temporal and spatial resolutions of the fluorescence detection system on electrophysiological parameter estimates obtained from optical action potential recordings. The analysis of the influence of the spatial and temporal resolutions of the optical fluorescence mapping detection system on the optical action potential morphology were performed by means of experimental optical mapping recordings, action potential simulations, and digital processing of the simulated and experimental signals.
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[en] APPLICATION OF MATHEMATICAL MODELING TO OPTIMIZE ASPHALT DISTRIBUTION IN BRAZIL: A CASE STUDY / [pt] APLICAÇÃO DE MODELAGEM MATEMÁTICA NA OTIMIZAÇÃO DA DISTRIBUIÇÃO DE ASFALTOS NO BRASIL: UM ESTUDO DE CASO

LEONARDO NOGUEIRA FINAMORE 07 April 2015 (has links)
[pt] A demanda por asfaltos vem crescendo fortemente no Brasil por conta do ciclo vigoroso de expansão e recuperação de obras viárias de novos empreendimentos em rodovias, portos e aeroportos, que compõem o PAC – Programa de Aceleração do Crescimento. Neste cenário, a otimização da distribuição de asfaltos faz-se necessária para garantir o abastecimento do produto no país. Diante deste contexto, foi desenvolvido um modelo de programação linear que permite avaliar as alternativas de atendimento ao mercado de asfaltos, considerando minimizar os custos operacionais envolvidos na entrega aos polos de venda, a partir das refinarias produtoras. O modelo proposto foi aplicado em um estudo de caso que considerou a necessidade da criação de um novo polo de venda, em complemento aos polos atualmente existentes. O resultado obtido permite fundamentar a tomada de decisão na escolha da alternativa que garanta o atendimento ao mercado do país com o menor custo. / [en] The demand for asphalt has been growing strongly in Brazil because of the vigorous cycle of expansion and recovery of roadworks and new projects in roads, ports and airports which comprises the PAC - National Growth Acceleration Program. Given this context, the optimization of asphalt distribution is needed to ensure the supply of the product in the country. In this context, we propose a linear programming model that allows to evaluate alternative services for the asphalt market, considering the minimization of operational costs involved in delivering asphalt from the refineries to the selling locations. The proposed model was evaluated through a case study that addressed the need of creating a new center for delivery, in addition to the currently existing poles. Results obtained were able to support the decision making in choosing the alternative that ensures compliance with the country s market at the lowest cost.
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A importancia da modelagem matematica no ensino-aprendizagem / The importance of mathematical modeling in teaching and learning

Renz Junior, Herton 29 May 2015 (has links)
Submitted by Luciana Ferreira (lucgeral@gmail.com) on 2015-10-22T11:15:40Z No. of bitstreams: 2 Dissertação - Herton Renz Júnior - 2015.pdf: 1571624 bytes, checksum: e8514b4453d5b2c5700e8d955a60ef64 (MD5) license_rdf: 23148 bytes, checksum: 9da0b6dfac957114c6a7714714b86306 (MD5) / Approved for entry into archive by Luciana Ferreira (lucgeral@gmail.com) on 2015-10-22T11:19:20Z (GMT) No. of bitstreams: 2 Dissertação - Herton Renz Júnior - 2015.pdf: 1571624 bytes, checksum: e8514b4453d5b2c5700e8d955a60ef64 (MD5) license_rdf: 23148 bytes, checksum: 9da0b6dfac957114c6a7714714b86306 (MD5) / Made available in DSpace on 2015-10-22T11:19:20Z (GMT). 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The paper also describes the mathematical modeling as a tool in the teaching of mathematics, highlighting the ve steps to implement the methodology of teaching by modeling suggested by Maria Salett Biembengut and Nelson Heim, in the book Mathematical Modeling in Education . It also highlights the materialization of the Mathematical Modeling as Jonei Cerqueira Barbosa, identifying three possible cases of distribution of the modeling tasks for teachers and students. The paper describes the importance of using the classical mathematical models in the initiation of mathematical modeling activities. The mathematical model proposed by Thales to calculate the height of a pyramid, described by Johannes Hisrschberger in the work history of philosophy in antiquity, and the model of Malthus to keep up with population growth, reported by Rodney Carlos Bassanezi, are mentioned to be aware of evolution of the classic mathematical models. The proposal of the classical mathematical model to calculate areas by division into plane gures is suggested for elementary education, secondary and higher education, realizing the idea that, by adaptations, the same theme can be explored at di erent times of mathematics teaching. Finally, the work presents three activities in the classroom with high school students so that they could live in practice the importance of Mathematical Modeling in teaching and learning. / O presente trabalho tem como objetivo apresentar a Modelagem Matemática como uma proposta alternativa para uma aprendizagem signi cativa, dinâmica e e caz. Neste sentido, os aspectos favoráveis e os obstáculos para um ensino-aprendizagem com Modelagem Matemática serão citados no decorrer da obra. Inicia-se a conversa com um breve resumo do surgimento da Modelagem Matemática na educação mundial e no Brasil, a m de compreender sua real importância no atual cenário escolar. Os conceitos necessários para a de nição de Modelagem Matemática são apresentados no desenvolvimento da obra dando ênfase para as fases da Modelagem Matemática propostas por Lourdes Werle Almeida em seu livro Modelagem Matemática na Educação Básica . O trabalho ainda apresenta a Modelagem Matemática como ferramenta no ensino da Matemática, destacando os cinco passos para se pôr em prática a metodologia de ensino através da modelação sugeridos por Maria Salett Biembengut e Nelson Heim, no livro Modelagem Matemática no Ensino . Destaca-se também a materialização da Modelagem Matemática, conforme Jonei Cerqueira Barbosa, identi cando os três possíveis casos de distribuição das tarefas de modelação para professores e alunos. O trabalho relata a importância da utilização dos modelos matemáticos clássicos na iniciação de atividades de Modelagem Matemática. O modelo matemático proposto por Tales para calcular a altura de uma pirâmide, descrito por Johannes Hisrschberger na obra História da Filoso a na Antiguidade, e o modelo de Malthus para acompanhar o crescimento populacional, relatado por Rodney Carlos Bassanezi, são mencionados para se ter conhecimento da evolução dos modelos matemáticos clássicos. A proposta do modelo matemático clássico para calcular áreas por fracionamento em guras planas é sugerida para os níveis de educação fundamental, médio e superior, concretizando a ideia de que, através das adaptações, o mesmo tema pode ser explorado em diferentes momentos do ensino da Matemática. Por m, a obra apresenta três atividades desenvolvidas em sala de aula com alunos do Ensino Médio para que se pudesse vivenciar na prática a importância da Modelagem Matemática no ensino-aprendizagem.
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[en] CARBOCHLORINATION OF NIOBIUM PENTOXIDE: REACTION MECHANISM AND MATHEMATICAL MODEL / [pt] CARBOCLORAÇÃO DO PENTÓXIDO DE NIÓBIO: MECANISMO REACIONAL E MODELO MATEMÁTICO

CESAR MARCELO HERNANDEZ MUNOZ 18 November 2014 (has links)
[pt] Este trabalho apresenta os resultados de um modelo matemático proposto para a carbocloração de pentóxido de nióbio com uma corrente de cloro gasoso em presença de carbono sólido como agente redutor. O modelo é baseado na equação de conservação de massa unidimensional em regime transitório. Soluções desta equação, acompanhada das condições de contorno e inicial, foram obtidas através do método de diferenças finitas. Uma análise estatística por distribuição t-student, dos valores obtidos utilizando o modelo de otimização Nelder e Mead, foi empregado neste estudo. O modelo representa resultados obtidos experimentalmente em um estudo anterior, referentes à conversão do pentóxido de nióbio em pentacloreto de nióbio gasoso por meio de um programa computacional para PC utilizando a linguagem Visual Basic for Applications (VBA). Os resultados experimentais apresentam uma boa concordância com os obtidos com o modelo e permitem representar de forma satisfatória o mecanismo reacional observado, incorporando os efeitos das variáveis envolvidas. Foram ainda determinadas a constante cinética e a difusividade efetiva para as diferentes variações de teor de carbono e porosidade nas temperaturas de 700 graus Celsius e 800 graus Celsius, para um fluxo de gás e altura da amostra constante. Observou-se que a melhor conversão do pentóxido de nióbio (96,5 por cento) obtém-se para 800 graus Celsius, 28 por cento de porosidade e 9 por cento de carbono. O tipo de controle é por difusão. / [en] This study presents the results of a mathematical model proposed for carbochlorination of niobium pentoxide under a stream of chlorine gas in the presence of solid carbon as reducing agent. The model is based on one-dimensional unsteady state regime considering kinetic, diffusion and mass conservation. Solutions for this equation, associated with initial and boundary conditions were obtained using the method of finite differences. In this study, the Nelder and Mead optimization model was used and t-Student’s statistics was applied for goodness of fit analysis. The data obtained experimentally in a previous study, concerning the conversion of niobium pentoxide into niobium pentachloride gas, was processed using a computer software written for an Excel platform on Visual Basic for Applications (VBA). It was found that the experimental results were in accordance with the models outputs, allowing satisfactory representation of the observed reaction mechanism, incorporating the effects of the intervening variables. It was also determined the kinetic constant and the effective diffusivity for the different levels of carbon content and porosity, at temperatures of 700 Celsius degrees and 800 Celsius degrees for a specified gas flow and sample height. It was observed that the best conversion of the niobium pentoxide (96.5 per cent) is obtained at 800 Celsius degrees for 28 per cent porosity and 9 per cent carbon, for diffusion control.
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Simulação numérica direta de alta ordem para escoamentos bifásicos água-ar

Monteiro, Leonardo Romero January 2018 (has links)
A simulação numérica de escoamento tem se desenvolvido em diferentes aspectos para melhorar sua exatidão e se aproximar cada vez mais da representação de fenômenos reais. O desenvolvimento científico sobre escoamentos turbulentos multifásicos dependem da simulação numérica, onde o custo computacional destas ainda é um fator determinante, principalmente quando se visa resultados mais precisos. Uma das grandes dificuldades é que códigos numéricos de alta ordem, utilizados para simular escoamentos bifásicos, produzem erros de dispersão numérica presentes principalmente na interface, já que nesta posição se apresenta uma descontinuidade nas propriedades físicas dos fluidos envolvidos. O presente trabalho tem o objetivo de propor uma formulação de alta precisão para escoamentos bifásicos. Para isso, realiza-se modificações em um código já existente, denominado Incompact3d que possui a possibilidade de paralelização para até 100:000 núcleos computacionais, utilizando uma decomposição 2D. Entre estas modificações destacam-se a implementação de uma nova formulação do método Level Set, além de pequenas modificações nas equações de Navier-Stokes, como a adição do termo de gravidade, a segregação do termo de difusividade e a adição de um termo referente a força de tensão superficial. Ainda propõem-se uma nova consideração do termo de pressão, que é separado em pressão não hidrostática e pressão hidrostática. Diversos testes de verificação e validação foram realizados, apresentando a capacidade de se realizar simulações numéricas de alta ordem para escoamentos bifásicos. Com esta metodologia, foi identificar características de fenômenos turbulentos bifásicos. / Flow numerical simulation has been developed in di erent ways to improve its results accuracy and have a better approximation to real phenomenon. To scientific development turbulent two-phase flow depends of numerical simulation, where computational cost is an important factor, mainly when accurate results are required. High order two-phase flow codes issue is that they produce numerical dispersion errors that are amplified with the presence of interface, since in its position exist physical proprieties discontinuity. This research main objective is to propose a high precision formulation to two-phase flow. For that, we modified Incompact3d code that has a 2D decomposition making parallelized calculation up to 100:000 computational cores. Some modifications are the implementation of a new Level Set Method formulation; some minor Navier-Stokes equation modifications as the addition of gravity term; the segregation of di usive term; and the addition of surface tension forces. We also proposed a new pressure term consideration where we separate it in hydrostatic and non-hydrostatic pressure. Many verification and validation tests where developed presenting the ability to perform high order numerical simulations for two-phase flows. Also it was possible to identify multiphase turbulent structures in the phenomena simulated.
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[en] VALUE IN USE ASSESMENT OF METALIC BURDEN TO THE BLAST FURNACE PROCESS / [pt] AVALIAÇÃO DE VALOR EM USO DE CARGAS FERRÍFERAS PARA ALTO-FORNO

AUGUSTO MENDONCA LESSA 16 January 2018 (has links)
[pt] A indústria de minério de ferro tem importante papel na melhoria das condições de vida da população mundial por ser o principal insumo à produção de aço que, por sua vez, é o material mais utilizado e com as mais variadas aplicações no mundo. Neste contexto, é de suma importância o desenvolvimento tecnológico das empresas de mineração no âmbito de produzir seus minérios com mais qualidade, em maior escala e com menores custos para o benefício de toda a cadeia. Foi desenvolvido neste trabalho um modelo de medição do Valor em Uso de cargas metálicas no processo de Alto-Forno, que é a rota mais importante e responsável por 94 por cento da produção mundial de ferro primário. Os resultados do modelo desenvolvido foram validados com dados reais de 23 Altos-Fornos de 7 países, os quais possuem práticas operacionais distintas. Este modelo apresentou um desvio médio de 4 por cento entre os resultados obtidos e os dados de operação. O estudo de caso para cálculo de Valor em Uso foi realizado focando um dos 23 Altos-Fornos, operando com uma distribuição de carga metálica composta de sínter, pelota e lump, similar à média mundial. A proporção de pelotas na carga metálica foi variada de 17 a 50 por cento. Em um dos cenários avaliados, a adição de valor no processo siderúrgico, advinda desta variação, foi de 4,6 por cento na margem de contribuição, e de 2,1 por cento na produtividade do Alto-Forno. Caso este ganho em valor fosse transferido ao preço do insumo pelota de minério de ferro, este poderia ser acrescido em 11 por cento. Os resultados obtidos evidenciam o quão importante é o desenvolvimento das ferramentas de análise de Valor em Uso para uma maior explicitação dos ganhos ou perdas proporcionados pelos diferentes tipos de minérios de ferro. Além disso, a análise de Valor em Uso demonstrou estar relacionada com as condições específicas do mercado e dos acordos comerciais estabelecidos e, sem dúvida, se constitui numa poderosa ferramenta para o desenvolvimento das indústrias de minério de ferro e aço. / [en] As steel is the most utilized and applied material in the world the iron ore industry has a very important role to society on improving human beings life conditions. It is of single importance the technological development of iron ore companies on producing higher quality materials, in larger scales and at lower costs creating value to the whole. It was developed an iron ore burden Value In Use assessment model for the Blast Furnace process which is responsible for producing 94 percent of all iron in the World. The outputs from the model were cross checked with real operational data of 23 Blast Furnaces with distinct practices, from 7 countries. The model exhibited an average deviation achieved was of 4 percent between the calculated outputs and the operational data set. For the case study one out of the 23 Blast Furnaces was chosen due its world average equivalent burden distribution in terms of sinter pellets and lump to perform an iron ore Value In Use assessment. Scenarios were built with pellet participation in the metallic burden varying from 17 to 50 percent, achieving 4,6 percent gains in the contribution margin and 2,1 percent incremental BF productivity in one of the scenarios. If all this gain is reverted to the pellet price, it could be increased by 11 percent. The obtained results show how important the development of Value In Use analysis tools are as to revel true gains or losses from each iron ore type to the process. Further Value In Use analysis is an important tool to mining and steel industries and is always made against one reference case, relating it to a specific market and commercial conditions being applied to a single operation.
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Simulação numérica direta de alta ordem para escoamentos bifásicos água-ar

Monteiro, Leonardo Romero January 2018 (has links)
A simulação numérica de escoamento tem se desenvolvido em diferentes aspectos para melhorar sua exatidão e se aproximar cada vez mais da representação de fenômenos reais. O desenvolvimento científico sobre escoamentos turbulentos multifásicos dependem da simulação numérica, onde o custo computacional destas ainda é um fator determinante, principalmente quando se visa resultados mais precisos. Uma das grandes dificuldades é que códigos numéricos de alta ordem, utilizados para simular escoamentos bifásicos, produzem erros de dispersão numérica presentes principalmente na interface, já que nesta posição se apresenta uma descontinuidade nas propriedades físicas dos fluidos envolvidos. O presente trabalho tem o objetivo de propor uma formulação de alta precisão para escoamentos bifásicos. Para isso, realiza-se modificações em um código já existente, denominado Incompact3d que possui a possibilidade de paralelização para até 100:000 núcleos computacionais, utilizando uma decomposição 2D. Entre estas modificações destacam-se a implementação de uma nova formulação do método Level Set, além de pequenas modificações nas equações de Navier-Stokes, como a adição do termo de gravidade, a segregação do termo de difusividade e a adição de um termo referente a força de tensão superficial. Ainda propõem-se uma nova consideração do termo de pressão, que é separado em pressão não hidrostática e pressão hidrostática. Diversos testes de verificação e validação foram realizados, apresentando a capacidade de se realizar simulações numéricas de alta ordem para escoamentos bifásicos. Com esta metodologia, foi identificar características de fenômenos turbulentos bifásicos. / Flow numerical simulation has been developed in di erent ways to improve its results accuracy and have a better approximation to real phenomenon. To scientific development turbulent two-phase flow depends of numerical simulation, where computational cost is an important factor, mainly when accurate results are required. High order two-phase flow codes issue is that they produce numerical dispersion errors that are amplified with the presence of interface, since in its position exist physical proprieties discontinuity. This research main objective is to propose a high precision formulation to two-phase flow. For that, we modified Incompact3d code that has a 2D decomposition making parallelized calculation up to 100:000 computational cores. Some modifications are the implementation of a new Level Set Method formulation; some minor Navier-Stokes equation modifications as the addition of gravity term; the segregation of di usive term; and the addition of surface tension forces. We also proposed a new pressure term consideration where we separate it in hydrostatic and non-hydrostatic pressure. Many verification and validation tests where developed presenting the ability to perform high order numerical simulations for two-phase flows. Also it was possible to identify multiphase turbulent structures in the phenomena simulated.
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Simulação numérica direta de alta ordem para escoamentos bifásicos água-ar

Monteiro, Leonardo Romero January 2018 (has links)
A simulação numérica de escoamento tem se desenvolvido em diferentes aspectos para melhorar sua exatidão e se aproximar cada vez mais da representação de fenômenos reais. O desenvolvimento científico sobre escoamentos turbulentos multifásicos dependem da simulação numérica, onde o custo computacional destas ainda é um fator determinante, principalmente quando se visa resultados mais precisos. Uma das grandes dificuldades é que códigos numéricos de alta ordem, utilizados para simular escoamentos bifásicos, produzem erros de dispersão numérica presentes principalmente na interface, já que nesta posição se apresenta uma descontinuidade nas propriedades físicas dos fluidos envolvidos. O presente trabalho tem o objetivo de propor uma formulação de alta precisão para escoamentos bifásicos. Para isso, realiza-se modificações em um código já existente, denominado Incompact3d que possui a possibilidade de paralelização para até 100:000 núcleos computacionais, utilizando uma decomposição 2D. Entre estas modificações destacam-se a implementação de uma nova formulação do método Level Set, além de pequenas modificações nas equações de Navier-Stokes, como a adição do termo de gravidade, a segregação do termo de difusividade e a adição de um termo referente a força de tensão superficial. Ainda propõem-se uma nova consideração do termo de pressão, que é separado em pressão não hidrostática e pressão hidrostática. Diversos testes de verificação e validação foram realizados, apresentando a capacidade de se realizar simulações numéricas de alta ordem para escoamentos bifásicos. Com esta metodologia, foi identificar características de fenômenos turbulentos bifásicos. / Flow numerical simulation has been developed in di erent ways to improve its results accuracy and have a better approximation to real phenomenon. To scientific development turbulent two-phase flow depends of numerical simulation, where computational cost is an important factor, mainly when accurate results are required. High order two-phase flow codes issue is that they produce numerical dispersion errors that are amplified with the presence of interface, since in its position exist physical proprieties discontinuity. This research main objective is to propose a high precision formulation to two-phase flow. For that, we modified Incompact3d code that has a 2D decomposition making parallelized calculation up to 100:000 computational cores. Some modifications are the implementation of a new Level Set Method formulation; some minor Navier-Stokes equation modifications as the addition of gravity term; the segregation of di usive term; and the addition of surface tension forces. We also proposed a new pressure term consideration where we separate it in hydrostatic and non-hydrostatic pressure. Many verification and validation tests where developed presenting the ability to perform high order numerical simulations for two-phase flows. Also it was possible to identify multiphase turbulent structures in the phenomena simulated.

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