Orientadores: Fernando de Almeida França, Edson Yoshihito Nekagawa / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Mecanica / Made available in DSpace on 2018-07-20T08:46:19Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Sousa_JoaoTadeuVidalde_M.pdf: 30145690 bytes, checksum: 24119006d22dc1551983013469607047 (MD5) Previous issue date: 1995 / Resumo: O presente trabalho apresenta os resultados de uma investigação experimental realizada para avaliar a influência de um meio não-newtoniano e da inclinação da tubulação sobre a velocidade de ascensão de bolhas alongadas. o aparato experimental consiste de um tubo de acrílico transparente de 9,44 m, com diâmetro interno de 77,2 mm, que pode se fixado em qualquer inclinação entre as posições horizontal e vertical. Foram utilizadas válvulas de fechamento rápido para a medição da fração de vazio volumétrica, e sondas de condutividade elétrica para a determinação da velocidade e comprimento das bolhas alongadas. Foram realizados 622 testes, tendo ar como a fase gasosa e uma solução de goma xantana como o fluido de perfuração com comportamento não-newtoniano, para diversas inclinações do tubo. Adicionalmente, foram realizados 619 testes com a mistura ar-água. Os resultados experimentais foram comparados com trabalhos já publicados / Abstract; This work shows the results of an experimental investigation carried out to evaluate the influence of a non-Newtonian medium and pipe inclination on the rise velocity of elongated bubbles. The experimental apparatus consists of a 9.44 m long transparent pipe with 77.2 mm inside diameter that can be set at any inclination from vertical to horizontal. It contains ball valves that allows measurements of volumetric void fractions, and electrical conductivity probes for length and velocity determination of elongated bubbles. For several pipe inclinations, 622 tests were run using air, as the gas phase, and Xanthum Gum solution, as the drilling fluid with non-Newtonian behavior. Additional 619 tests were run for air-water mixture. The experimental results were compared with previous works / Mestrado / Mestre em Engenharia de Petróleo

Orientador : Joaquim Severino Paiva Netto / Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia de Campinas / Made available in DSpace on 2018-07-15T08:43:43Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Park_KilJin_D.pdf: 2331857 bytes, checksum: c1cd37e1ec0d4ca6c47d47aec01099f8 (MD5) Previous issue date: 1979 / Resumo: Neste trabalho foram estudadas as correlações de transferências de calor e de quantidade de movimento em um trocador, munido de promotores estacionários de turbulência......Observação: O resumo, na íntegra, poderá ser visualizado no texto completo da tese digital / Abstract: Heat and momentum transfer correlations were studied in exchanger fitted with mationless terbulence promoters...Note: The complete abstract is available with the full electronic digital thesis or dissertations / Doutorado / Doutor em Engenharia Mecânica

Tesis para optar al grado de Magíster en Ciencias de la Ingeniería, Mención Mecánica / Esta tesis está dedicada a estudiar la influencia del tamaño de un generador de vórtices transversal cilíndrico en el enfriamiento de las paredes de un canal plano, aprovechando la generación de vórtices producto del enfrentamiento con un fluido no newtoniano del tipo Ley de potencia (Ostwald de Waele) con un índice de potencia igual a 0,4. Se realizan diferentes simulaciones numéricas computacionales acoplando las ecuaciones de conservación de masa, momento y de energía para un régimen laminar y turbulento en el programa ANSYS Fluent 14.5. Las simulaciones son realizadas en 2D. En el primer capítulo se presentan los objetivos generales y específicos del presente trabajo. Junto con ello, se describe la motivación del trabajo. En el segundo capítulo se da a conocer el marco teórico referente al enfrentamiento entre un flujo de fluido y un cuerpo sólido. En el tercer capítulo se estudia y presentan los resultados de la mecánica de fluidos y transferencia de calor transiente de un flujo de fluido newtoniano en régimen laminar enfrentado a un generador de vórtices cilíndrico fijo. Todos los casos analizados fueron comparados con el trabajo de Lienhard (1966) y Lam (2008), con el fin de validar el modelo físico y el tipo de algoritmo a utilizar. En el cuarto y quinto capítulo se presentan los resultados de la mecánica de fluidos y transferencia de calor transiente de un flujo de fluido del tipo no newtoniano, tipo ley de potencia para un índice de potencia de n=0,4, que enfrenta a un generador de vórtices cilíndrico fijo. En el cuarto capítulo se entrega los resultados del régimen laminar y en el quinto capítulo se entregan los resultados del régimen turbulento. En el sexto y séptimo capítulo se presentan los resultados de la mecánica de fluidos y transferencia de calor transiente de un flujo de fluido del tipo newtoniano y no newtoniano del tipo ley de potencia para un índice de potencia de n=0,4. En el capítulo sexto ambos tipos de fluidos se encuentran en régimen laminar, mientras que en el séptimo capítulo ambos fluidos se encuentran en régimen turbulento. Se simula el ingreso del flujo de fluido a un canal y se enfrenta a un generador de vórtices cilíndrico fijo, el cual posee diferentes diámetros.

[pt] Este estudo mostra o comportamento de gotas de fluidos Newtonianos, de densidade menos que um, subindo em água purificada e cobrindo os valores de Rei de 1 a 1200, em regime laminar. Os diâmetros equivalentes das gotas variam de 10mm, sendo as menores de forma esférica e as maiores esferóides com acentuado achatamento na parte superior. Noata-se pulsações na subida das maiores gotas, até atingirem a velocidade de translação vertical constante. Apresentam-se gráficos de variação de velocidade de translação vertical com o diâmetro equivalente e coeficiente de arraste com Rei e Reo, encontrando-se fórmulas empíricas para estas curvas. Faz-se ainda comparações com o movimento de bolhas ascendentes e gotas descendentes em líquidos. Após as gotas adquirirem velocidade de translação constante, a trajetória segue um caminho aproximado de uma hélice elíptica hiperbólica, que é determinada pelas condições iniciais, tendendo para uma subida retilínea vertical, enquanto a distância necessária para chegar a translação vertical depende somente do sistema. Para precisar a trajetória foram utilizadas duas câmaras fotográficas colocadas em planos verticais perpendiculares, contendo o eixo da trajetória em gota. O caso particular de subida em gotas e o método fotográfico usado, são ambos novos para o conhecimento do autor. / [en] The present work studies the behavior of Newtonian fluid drops of density less than one, rising in purified water in laminar regime, Internal Reynolds number varies from 1 to 1200 and equivalent diameter of drops from 2 to 10mm. The smaller ones are spherics and the larger ones oblated spheroids on their superior part. Pulsation of great drops hás been observed before their reaching a Constant velocity of vertical translation. Graphs showing variations of vertical translation velocity VS. Equivalent diameter and drag coefficient vs. Rei and Reo are given. Empirical formulae have also been found for this curves. Comparison with bubbles rising and drops falling in liquids is also shown. After having reached Constant translation velocity, the trajectory of the drops follows a path closely approximated by an elliptic hyperbolic helix, tending to vertical rectilinear rise. The path of a drop rising with Constant velocity was found to be a function of the initial conditions, whereas the necessary distance to reach vertical translation was found to depend only on the system. In order to Record exactly the trajectory of the drops, twho photografic câmeras placed in perpendicular vertical planes, containing the axis of the trajectory, were used. The particular case of drops rising in water and the photograpic method used, are both new to the Best of the author’s knowledge.

Made available in DSpace on 2014-06-11T19:23:39Z (GMT). No. of bitstreams: 0 Previous issue date: 2007-12-04Bitstream added on 2014-06-13T20:50:44Z : No. of bitstreams: 1 minussi_rb_me_ilha.pdf: 1918415 bytes, checksum: 5176f1d27a7b361288abf94e48919e04 (MD5) / Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico (CNPq) / Denominam-se problemas tipo rompimento de barreira os fenômenos nos quais um fluido é liberado de maneira abrupta. Quando o fluido apresenta natureza hiperconcentrada, a relação entre a tensão de cisalhamento e a taxa de deformação pode se tornar não-linear, passando a apresentar reologia não-Newtoniana. Problemas deste tipo podem ser encontrados em muitos fenômenos tanto na natureza quanto em processos industriais. O estudo de tal problema é, geralmente, conduzido usando simplificações, como a aproximação de águas rasas e a separação do escoamento em regimes dominantemente inerciais ou viscosos. O presente trabalho é composto de duas partes, uma experimental e outra, numérica. No campo experimental, duas soluções controladas são usadas: soluções aquosas de açúcar e de Carbopol 940, esta última com várias concentrações volumétricas. O aparato experimental consiste em um canal retangular de acrílico, contendo uma comporta, a montante da qual, o fluido é retido e, pela ruptura (levantamento da comporta), começa a escoar. O escoamento é estudado através de técnicas avançadas de filmagem. No campo numérico, são realizadas simulações usando o programa CFX, no qual é usado um método de rastreamento de interface, o VOF e sem o emprego das simplificações citadas. Os resultados experimentais são comparados com os numéricos e com resultados da literatura que usam tais simplificações. Na comparação a aproximação de águas rasas, apesar de descrever bem a forma da interface, se distancia dos valores reais da posição da frente de onda. / The dam break problem describes a phenomenon in which there is an abrupt release of fluid. When the fluid is hiperconcentrated, the relation between the shear stress and the strain rate can become non-linear, and so present a non-Newtonian rheology. The non-Newtonian dam break problem may be found in many phenomena in nature and industrial process. The study of such a problem is, generally, conducted using simplified hypothesis such as the shallow water approximation and the separation of the flow in inertial and viscous dominated regimes. The present work is composed of two parts, one experimental and other, numerical. In the experimental field, two controlled solutions were used: water solutions of sugar and of Carbopol 940, the last one with a wide range of volume concentrations. These fluids have, respectively, Newtonian and non-Newtonian rheologies. The experimental setup consists of an acrylic rectangular channel, which has a dam and upstream of that the fluid is retained and, by the rupture, it begins to flow. The flow is studied by using advanced filming techniques. In the numerical field, simulations are conducted using the CFX software, which uses an interface tracking method, the VOF, and without the shallow water approximation and the division of the flow. So the experimental, numerical and literature results, that uses such simplifications, are compared and it is showed that the shallow water approximation, however describes very well the shape of the surface, is not accurate in calculate the wave front position.

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Orientador: Geraldo de Freitas Maciel / Banca: Sérgio Said Mansur / Banca: Jean Paul Vila / Resumo: Denominam-se problemas tipo rompimento de barreira os fenômenos nos quais um fluido é liberado de maneira abrupta. Quando o fluido apresenta natureza hiperconcentrada, a relação entre a tensão de cisalhamento e a taxa de deformação pode se tornar não-linear, passando a apresentar reologia não-Newtoniana. Problemas deste tipo podem ser encontrados em muitos fenômenos tanto na natureza quanto em processos industriais. O estudo de tal problema é, geralmente, conduzido usando simplificações, como a aproximação de águas rasas e a separação do escoamento em regimes dominantemente inerciais ou viscosos. O presente trabalho é composto de duas partes, uma experimental e outra, numérica. No campo experimental, duas soluções controladas são usadas: soluções aquosas de açúcar e de Carbopol 940, esta última com várias concentrações volumétricas. O aparato experimental consiste em um canal retangular de acrílico, contendo uma comporta, a montante da qual, o fluido é retido e, pela ruptura (levantamento da comporta), começa a escoar. O escoamento é estudado através de técnicas avançadas de filmagem. No campo numérico, são realizadas simulações usando o programa CFX, no qual é usado um método de rastreamento de interface, o VOF e sem o emprego das simplificações citadas. Os resultados experimentais são comparados com os numéricos e com resultados da literatura que usam tais simplificações. Na comparação a aproximação de águas rasas, apesar de descrever bem a forma da interface, se distancia dos valores reais da posição da frente de onda. / Abstract: The dam break problem describes a phenomenon in which there is an abrupt release of fluid. When the fluid is hiperconcentrated, the relation between the shear stress and the strain rate can become non-linear, and so present a non-Newtonian rheology. The non-Newtonian dam break problem may be found in many phenomena in nature and industrial process. The study of such a problem is, generally, conducted using simplified hypothesis such as the shallow water approximation and the separation of the flow in inertial and viscous dominated regimes. The present work is composed of two parts, one experimental and other, numerical. In the experimental field, two controlled solutions were used: water solutions of sugar and of Carbopol 940, the last one with a wide range of volume concentrations. These fluids have, respectively, Newtonian and non-Newtonian rheologies. The experimental setup consists of an acrylic rectangular channel, which has a dam and upstream of that the fluid is retained and, by the rupture, it begins to flow. The flow is studied by using advanced filming techniques. In the numerical field, simulations are conducted using the CFX software, which uses an interface tracking method, the VOF, and without the shallow water approximation and the division of the flow. So the experimental, numerical and literature results, that uses such simplifications, are compared and it is showed that the shallow water approximation, however describes very well the shape of the surface, is not accurate in calculate the wave front position. / Mestre

Orientador: Geraldo de Freitas Maciel / Resumo: No contexto de Desastres "Naturais", as corridas de lama têm sido objeto de estudo devido ao seu poder erosivo e, muitas vezes, destrutivo, acarretando perdas materiais vultosas e ceifando vidas. Nestes escoamentos, quando em condições favoráveis de vazão, inclinação e reologia do fluido, podem surgir instabilidades que se propagam em forma de trem de ondas na superfície, denominadas roll waves. A literatura acerca do assunto trata, geralmente, dos critérios de geração, estabilidade, e determinação das características principais do fenômeno, como amplitude, comprimento e celeridade de onda. Nesta dissertação buscou-se estudar a tensão de cisalhamento no fundo na presença de roll waves, em duas vertentes: a primeira apresenta as roll waves em água limpa, baseando-se no trabalho clássico de Dressler (1949); a segunda, dando continuidade aos trabalhos do Grupo de Pesquisa de Reologia de Materiais Viscosos e Viscoplástcos (Grupo RMVP), focou no estudo de roll waves desenvolvendo-se em fluidos do tipo Herschel-Bulkley, em duas situações - canal de fundo impermeável e fundo com condição de permeabilidade, grande contribuição desta dissertação. Os modelos matemáticos foram desenvolvidos com base nas equações de águas rasas, cuja implementação numérica permitiu confrontar resultados experimentais e numéricos, que apresentaram boa aderência. Para o modelo com condição de permeabilidade no fundo, verificou-se a influência do fator de porosidade nas características das roll waves (ampli... (Resumo completo, clicar acesso eletrônico abaixo) / Abstract: Mudflows have been the focus of studies because of their erosive ability and often destructive power, causing material losses and taking away lives. Under favorable conditions of discharge, slope, disturbance, and rheology, these flows can develop a specific type of instability that is propagated downstream as shock waves, called roll waves. Most of the roll waves literature provides information on generation criteria, stability, and information of amplitudes, wavelengths, and celerity. This works brings a study of bottom shear stress in pulsating flows (roll waves) in 2 parts. In the first part, we present roll waves in clean water, based on Dressler’s work. In the second part, we continue the works of research team about roll waves developing in Herschel-Bulkley fluid under 2 conditions: impermeable bottom and porous bed. The mathematical models developed were based on shallow water equations. The results of these models were compared to Fluent and experimental results, showing a good agreement. For the mathematical model with porous bed condition, we evaluated the effect of porosity factor in properties of roll waves, and we observed that the amplitude of the roll wave usually increases, whereas the length and the celerity decrease with the presence of this factor. Finally, considering an impermeable bottom, the bottom shear stress presented an increase of 12% to 27%, depending on nature (laminar-turbulent) and dynamics (Froude number) of flow. Taking in account a porous b... (Complete abstract click electronic access below) / Mestre

Orientador: Carlos Roberto Minussi / Coorientador: Geraldo de Freitas Maciel / Banca: Anna Diva Plasencia Lotufo / Banca: Mara Lúcia Martins Lopes / Banca: Luis Miguel Chagas Costa Gil / Banca: Mônica Feijó Naccache / Resumo: Nesta tese propõem-se investigar os escoamentos com superfície livre de fluidos newtonianos e hiperconcentrados de reologia não-newtoniana, com aplicação no âmbito de catástrofes naturais. Esta temática apresenta duas vertentes: uma visão das ciências sociais sobre riscos e catástrofes e seus impactos de ordem econômica e social; uma segunda vertente no plano da engenharia (visão mais mecanicista) que trata do estudo dos escoamentos de fluidos lamosos em corredores de lavas torrenciais, canais e encostas íngremes, com presença de um tipo específico de instabilidade na superfície livre, as roll waves. O fenômeno roll wave é caracterizado por sua configuração periódica, com frentes de ondas que se deslocam com elevada velocidade. Assim, a capacidade destrutiva do escoamento é potencializada com a presença destas instabilidades. Nesta tese procura-se identificar as condições de geração destas ondas e suas propriedades através de modelagem matemática e numérica. Para se estabelecer um modelo matemático que represente o fenômeno em questão, parte-se das equações fundamentais de conservação da massa e quantidade de movimento (equações de Cauchy), levando-se em consideração as hipóteses de águas rasas, com introdução do modelo reológico de Herschel Bulkley na parte viscosa do tensor de tensões. A técnica de análise de estabilidade linear é usada no equacionamento em variáveis adimensionais, tendo sido estabelecido dois critérios para a geração das roll waves: o primeiro está relacionado com número de Froude > , em que é o número de Froude mínimo necessário para geração de roll waves e o segundo é determinado em função da frequência de perturbação < , onde é a frequência máxima de perturbação possível à geração destas ondas. Identificadas tais condições, um... (Resumo completo, clicar acesso eletrônico abaixo) / Abstract: This thesis follows the investigation of free surface flows of Newtonian and hyperconcentrated (non-Newtonian) fluids on natural disasters context. This research presents two approaches, being the first approach a vision of natural hazards and disasters and their social consequences; and the second, the engineering plan (mechanical point of view) which is the study of muddy fluids in corridors, steep slopes and open channels with the presence of a specific type of instability on the free surface known as the roll waves. Roll wave phenomenon is characterized by its periodic configuration with moving wavefronts at high speed. Thus, the destructive capability of flow is enhanced by the presence of roll waves. This thesis attempts to identify generation conditions for these waves and also their properties, both through mathematical and numerical modeling. In order to establish a mathematical model that represents the phenomenon, the system of equations composed by mass and momentum conservation (Cauchy's equations) is used, taking into account the assumptions of shallow water, and introducing the Herschel-Bulkley rheological model on the viscous stress tensor. The technique of linear stability analysis is used on the system on dimensionless variables. Two criteria are established for the generation of roll waves: the first is related to Froude number > , where is the minimum Froude number for the generation of roll waves; and the second is determined by the disturbance < , where is the maximum disturbance frequency possible to the generation of these waves. Identified these conditions, a mathematical model (1D) determines the main properties of roll waves, such as amplitude, length and propagation velocity. This model is established by rewriting the equations in a moving coordinate system. As this model i... (Complete abstract click electronic access below) / Doutor

Dissertação apresentada para obtenção do grau de Mestre em Engenharia Mecânica (Área de especialização de Engenharia Térmica), na Faculdade de Engenharia da Universidade do Porto, sob a orientação do Professor Fernando Manuel Coutinho Tavares de Pinho