Ingeniero Civil Matemático / El primer objetivo de este trabajo es desarrollar un algoritmo que resuelva la EDP asociada al modelo de Bingham, en un dominio particular, una canaleta. La dificultad se centra en que este modelo introduce una no linealidad al problema. Como segundo objetivo, una vez obtenido este algoritmo, se quiere validar usando mediciones obtenidas mediantes experimentos sobre fluidos que se cree se comportan como el modelo de Bingham indica. Con esto en mente, se estudia el modelo de Bingham y problemas asociados equivalentes en formulación débil. Esto permite concluir características de las soluciones y también encontrar un algoritmo, que nace de la formulación del problema como punto silla. El algoritmo resuelve la no linealidad de las ecuaciones de Cauchy mediante una simplificación nacida de la geometría especial de las canaletas, y la no linealidad de Bingham mediante un astuto algoritmo iterativo debido a Glowinski, que resuelve en cada paso un problema lineal. Se utilizó Matlab para el desarrollo de los algoritmos puesto que debemos utilizar matrices y operaciones de matrices de forma repetida, y Matlab está optimizado para ello. Una vez obtenido un algoritmo, se usan los datos de la tésis de Jorge Martínez, para validar el modelo, y reobtener algunos datos intrínsecos del fluido, a saber, su tensión de fluencia $\tau$ y su viscosidad $\mu$ y compararlos con las versiones obtenidas experimentalmente. Esto se hace mediante una minimización de cuadrados de la diferencia entre datos locales de la velocidad y la solución obtenida por el algoritmo.

Orientador: Mauricio Araújo Zanardi / Coorientador: Teófilo Miguel de Souza / Banca: José Elias Tomazini / Banca: José Antonio Perrella Balestieri / Banca: Humberto Araújo Machado / Banca: Newton Galvão de Campos Leite / Resumo: A busca por melhores desempenhos em motores de combustão interna, máquinas elétricas e sistemas mecânicos que utilizam mancais hidrodinâmicos tem motivado os recentes estudos na área de lubrificação com a aplicação da dinâmica de fluidos computacional. A modelagem numérica tem se mostrado bastante eficaz em comparação com modelos físicos, com baixo custo. Dessa forma, o presente trabalho estuda a dinâmica de alguns fluidos não-Newtonianos em mancais radiais curtos, utilizando os modelos Herschel-Bulkley, Bingham e Pseudoplástico, nos quais os resultados foram comparados com os dos fluidos Newtonianos. Aqui, o objetivo principal é comparar a distribuição de pressão do fluido, a ocorrência de cavitação e os parâmetros de desempenho, tais como capacidade de carga, força de atrito e taxa de vazamento lateral. O modelo matemático utilizado foi baseado nas equações de Reynolds com o procedimento proposto por Payvar-Salant acoplado ao modelo de cavitação de Elrod e as condições de contorno de Jakobsson, Floberg e Olsson (JFO). As equações dos mancais foram resolvidas em um programa escrito em linguagem MATLAB com discretização pelo Método de Volumes Finitos e a solução através do Algoritmo de Matriz Tri-Diagonal cíclica (TDMA). Os resultados apontaram algumas vantagens em todos os parâmetros de desempenho quando os fluidos não Newtonianos de Herschel-Bulkley ou Bingham são comparados com fluidos Newtonianos / Abstract: The search for better performance in internal combustion engines, electrical machines and mechanical systems which use hydrodynamic journal bearings has motivated the recent studies in the field of lubrication with the application of computational fluid dynamics. Numerical modeling has been shown to be quite effective compared to physical models with low cost. In this way, the present work studies the dynamics of some non-Newtonian fluids in short journal bearings, using the Herschel-Bulkley, Bingham and Pseudoplastic models and the results were compared to those for Newtonian fluids. Here, the main objective is to compare fluid pressure distribution, cavitation occurrence and performance parameters, such as load carrying capacity, friction force and side leakage rate. The used mathematical model was based on the Reynolds equations with the procedure proposed by Payvar-Salant coupled with the Elrod cavitation model and the Jakobsson, Floberg and Olsson (JFO) boundary conditions. The bearing equations were solved in a program written in MATLAB language with discretization by the finite volumes method and a cyclic Tri-Diagonal Matrix Algorithm solver. The results pointed out some advantages in all performance parameters when HerschelBulkley or Bingham non-Newtonian fluids are compared to Newtonian fluids / Doutor

Tese de mestrado integrado. Engenharia Mecânica. Faculdade de Engenharia. Universidade do Porto. 2012

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

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

Orientador: Cássio Oishi Machiaveli / Banca: Wellington Carlos de Jesus / Banca: Messias Meneguette Júnior / Resumo: Neste trabalho é apresentado um estudo das equações de Navier Stokes incompressível com superfície livre e métodos de projeção com uma formulação recente denominada laplaciano superficial. Esta formulação tem como finalidade uma melhor descrição da força de tensão superficial e grandezas, como curvatura e vetores tangencial e normal, descritas sobre a interface. Assim, uma condição de tensão normal alternativa é definida, e esta quando discretizada implicitamente e combinada com o método de projeção, descrevem a formulação laplaciano superficial, cuja sua solução é utilizada como condições de contorno para resolver o sistema de equações que descrevem o escoamento. A nova formulação destina-se a resolver um sistema tridiagonal de equações gerado sobre a interface, e usar a solução deste sistema de equações como uma condição de contorno na superfície livre para o sistema linear da correção da pressão no interior do domínio, que é resultante da aplicação do método de projeção. A nova equação que define a condição de tensão normal conta com grandezas definidas na malha euleriana, no contexto Marker-And-Cell (MAC), que devem ser projetadas sobre a malha lagrangeana e também considera a curvatura e os vetores tangente e normal na sua descrição, sendo importante um estudo detalhado de geometria diferencial. Finalmente, variações da formulação laplaciano superficial com tensão superficial para diferenças finitas são aplicadas para resolver os testes numéricos da oscilação da gota e... (Resumo completo, clicar acesso eletrônico abaixo) / Abstract: This work presents a study of the Navier-Stokes equations incompressible with free surface and a projection methods with a recent formulation defined as surface laplacian. The purpose of this formulation is to improve the description of the force of stress tension and quantities, as curvature and tangent and normal vectors, present at the interface. Thus, an alternative normal stress condition is defined, and when this is discretized implicitly and combined with the employ of projection method, describe the surface laplacian formulation, whose solution is used as boundary condition to solve the system of equations describing the flow. The new formulation is intended to solve the tridiagonal system of equations generated at the interface, and to use this solution as a boundary condition at free surface for the linear system of the pressure correction inside of domain, which results of the application of the projection method. The new equation used to define the normal stress condition considers quantities defined in the Eulerian mesh, in the Marker-And-Cell context (MAC), that should be projected on the Lagrangian mesh. In addition, in the new equation, it is also considered the influence of the curvature and normal and tangential vectors in your description, so that a detailed study of differential geometry for this computation is important. Finally, variations of the surface laplacian formulation for finite differences are applied for solving numerical tests of the drop os... (Complete abstract click electronic access below) / Mestre

Dissertação (mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico. Programa de Pós-graduação em Engenahria Mecânica. / Made available in DSpace on 2012-10-15T21:52:23Z (GMT). No. of bitstreams: 0Bitstream added on 2016-01-08T14:37:59Z : No. of bitstreams: 1 180824.pdf: 2618179 bytes, checksum: 0a6b9aa24b1fc13460747a7675ad9bb3 (MD5)

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.