O proposito deste trabalho é apresentar uma metodologia para projeto de uma turbina axial para micro aproveitamentos hidráulicos com ênfase no projeto das geometrias do rotor e distribuidor, incluindo os resultados analíticos e numéricos através do método dos painéis. Comparações do projeto analítico com testes de campo são também apresentadas. A metodologia analítica utilizada foi a teoria do escoamento não-viscoso de Wenig que avalia os fatores de interferência para modelar o quanto as características de sustentação e arrasto de uma cascata de perfis são relacionadas com as de um perfil isolado. Foi verificado que a teoria de Wenig fornece uma boa previsão do fator de interferência se o ângulo de ataque for relativamente baixo e a espessura das pás for relativamente pequena quando comparada com a distância entre as pás. A metodologia numérica usando o método de vorticidade superficial proposto por Martensen para uma cascata de perfis e para um perfil isolado foi utilizada para se ter uma comparação com os coeficientes analíticos de sustentação e arrasto. Testes de campo foram realizados em um protótipo de 20 kW de acordo com a norma IEC-60041 e sua comparação com o método analítico e por consequência o método numérico validou o método empregado para confecção das pás do rotor e distribuidor. / The purpose of this work is to present a methodology to design a small axial hydraulic turbine with emphasis on the project of the profiles of the runner and wicket gate, including both analytical and numerical results from a cascade panel method. Comparisons with field test measurements of a prototype are also presented. The analytical methodology used is the Wenigs inviscid flow theory which requires the evaluation of interference factors to model how lift and drag characteristics of the turbine cascade of blades are related to those of a single isolated airfoil. It is found that the Wenigs theory provides a reasonable prediction of the lift interference factor if both the angle of attack is relatively low and the thickness of the blades is relatively small when compared to the distance between the blades. The numerical methodology that relies the Hess and Smiths 2-D panel method for a cascade of blades and for an isolated airfoil was used in order to have a comparison with the analytical lift and drag. Prototype field test measurements of the turbine power output, in agreement with IEC-60041 standards, were carried out to evaluate the results using the analytical and numerical methods.

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The flow field behavior of axial flow turbines is of great importance, especially in modern designs that may operate at a low Reynolds number. At these low Reynolds numbers, the efficiency loss is significantly augmented compared to higher Reynolds number flows. A detailed incompressible numerical study of a single stage axial-flow turbine at a low Reynolds number is investigated with the use of multiple eddy-viscosity turbulence models. The study includes epistemic uncertainty quantification as a form of numerical error estimation. The numerical results show good qualitative and quantitative agreement with experimental data. It was found that the shear stress transport (SST) k - ω turbulence model with rotation/curvature correction and inclusion of transition modeling is most capable at predicting the mean velocity distribution, which is further enhanced when the URANS formulation is employed. However, all the cases indicate a large variation in the prediction of the root-mean-squared of the turbulent velocity fluctuations. / Includes bibliography. / Thesis (M.S.)--Florida Atlantic University, 2016. / FAU Electronic Theses and Dissertations Collection

The Thesis explores additional applications of LAP's Aquarius external laser alignment verification Phantom by examining geometric accuracy of magnetic resonance images commonly used for planning intracranial stereotactic radiation surgery (ICSRS) cases. The scans were performed with MRI protocols used for ICSRS, and head and neck diagnosis, and their images fused to computerized tomographic (CT) images. The geometric distortions (GDs) were measured against the CT in all axial, sagittal, and coronal directions at different levels. Using the Aquarius Phantom, one is able to detect GD in ICSRS planning MRI acquisitions, and align the external LAP patient alignment lasers, by following the LAP QA protocol. GDs up to about 2 mm are observed at the distal regions of the longitudinal axis in the SRS treatment planning MR images. Based on the results, one may recommend the use of the Aquarius Phantom to determine if margins should be included for SRS treatment planning. / by Daniel Vergara. / Thesis (M.S.)--Florida Atlantic University, 2012. / Includes bibliography. / Electronic reproduction. Boca Raton, Fla., 2012. Mode of access: World Wide Web.

A estabilidade primária é decorrente da adaptação mecânica imediata entre o osso e o implante após a sua inserção. O sucesso desta adaptação depende de fatores como a densidade e qualidade ósseas, tamanho, diâmetro, forma e rugosidade da superfície do implante. As cargas oclusais aplicadas sobre o implante podem afetar o osso circundante. Esse estudo teve como objetivo avaliar, comparativamente, a estabilidade inicial de implantes ósseo inseridos em cilindros de osso suíno padronizados, em diferentes posicionamentos ósseos, com e sem a aplicação de carga, por meio de análises de imagens tridimensionais (microtomografia computadorizada) e análises mecânicas (Frequência de ressonância, Torque de inserção e Ensaio de arrancamento). Os cilindros ósseos foram preparados a partir de osso suíno e separados em 2 grupos conforme a área doadora: Grupo A: cilindros removidos da cabeça do fêmur (alta densidade óssea) e Grupo B: cilindros removidos do côndilo mandibular (baixa densidade óssea). Previamente aos procedimentos experimentais, os cilindros ósseos foram certificados através de análises de imagens 2D (radiografia digital), para garantir a uniformidade intra-grupos e distinção entre os grupos dos espécimes. Após a certificação, foram feitas microtomografias computadorizadas dos cilindros ósseos para análise tridimensional de imagens prévia à instalação dos implantes, avaliando os seguintes parâmetros: porcentagem de volume ósseo (BV/TV), separação trabecular (TbSp), razão entre a medida da área superficial do osso e o seu volume ósseo (BS/BV) e porcentagem de porosidade total (POTOT). Depois disso, foram selecionados 60 implantes, que foram divididos em 4 grupos, cada um com 15 implantes: G1 (cilindros ósseos de alta densidade com implante situados ao nível ósseo), G2 (cilindros ósseos de alta densidade com implante 2 mm infraósseo), G3 (cilindros ósseos de baixa densidade com implante ao nível ósseo) e G4 (cilindros de baixa densidade com implante 2 mm infraósseo). A instalação dos implantes seguiu o protocolo recomendado pelo fabricante e durante o procedimento foi realizada a medida do torque de inserção. Após a instalação dos implantes, os cilindros ósseos foram submetidos à nova análise tridimensional (com avaliação dos mesmos parâmetros anteriores, nas áreas intra-roscas e adjacente à estas, acrescidos da medida da área de contato ossoimplante (BIC). Foi então realizada a avaliação do Coeficiente de Estabilidade (ISQ), utilizando a análise de frequência de ressonância (Osstell®). Após essa avaliação, 5 implantes de cada grupo foram submetidos ao ensaio de arrancamento. Os 10 implantes de cada grupo restantes foram conectados a pilares protéticos adequados, os quais receberam uma aplicação de forças axial (G1, G2, G3 e G4, 5 implantes de cada grupo) e lateral (G1, G2, G3 e G4, 5 implantes de cada grupo). Após aplicação das forças, os cilindros ósseos foram submetidos a nova análise tridimensional com avaliação dos mesmos parâmetros descritos, a nova análise de frequência de ressonância e ao ensaio de arrancamento. As variáveis foram testadas em relação à normalidade dos dados. Para todas as análises foi considerado um nível de significância de 5%. As análises estatísticas foram realizadas com base nos dados absolutos obtidos durante a análise tridimensional em cada situação de carga (antes do implante, pósimplante e pós-carga) e com a variação entre os valores das situações pós-implante e póscarga (variação carga - implante). A avaliação estatística do parâmetro de análise de frequência de ressonância não encontrou diferenças estatisticamente significantes para as comparações entre grupos G1 versus G3 e G2 versus G4 nas avaliações pós implante e pós carga. Em relação ao torque de inserção, houve diferenças estatisticamente significantes para as comparações entre grupos com implantes instalados no mesmo nível G1 versus G3 e G2 versus G4. Os maiores valores de torque de inserção obtidos foram registrados nos grupos de alta densidade. A análise estatística do ensaio de arrancamento mostrou diferenças estatisticamente significantes para as comparações: G1 versus G3 (inicial) e G1 versus G4 (inicial). Após a aplicação de carga oclusal, pode-se constatar diferenças estatisticamente significantes para as comparações: G1 versus G3 e G2 versus G4, após aplicação de carga lateral a análise mostrou diferença estatisticamente significante para a comparação G3 versus G4. Os resultados das análises tridimensionais mostraram diferenças estatisticamente significantes para os parâmetros TbSp e POTOT na avaliação da área óssea intra-rosca. A avaliação dos dados de variação após a aplicação de carga oclusal e lateral para o parâmetro TbSp, mostrou diferenças estatisticamente significantes para as comparações G2 versus G4. Em relação ao parâmetro POTOT, a aplicação de carga oclusal e lateral mostrou diferença estatisticamente significante para as análises: G1 versus G2 e G2 versus G4. Em relação ao parâmetro BSBV a análise dos valores absolutos, mostrou diferenças estatisticamente significantes para a área óssea intra-rosca dos grupos de baixa densidade. Já a análise dos valores de variação, a aplicação de carga oclusal mostrou diferenças estatisticamente significantes para os grupos G1 versus G3, G2 versus G4 e G3 versus G4, enquanto a aplicação de carga não axial resultou em diferenças estatisticamente significantes para os grupos G3 versus G4 e G2 versus G4. Já a análise estatística dos dados de variação do parâmetro BV/TV, mostrou diferença estatisticamente significante para todas as comparações na área óssea intra-rosca após aplicação de carga oclusal e lateral. A análise estatística do parâmetro BIC mostrou diferenças significantes para os grupos de baixa densidade (G3 e G4) nas comparações pós implante e pós carga. Em relação aos dados de variação, pode-se constatar diferença estatisticamente significante na aplicação de carga axial para G1 versus G2 e G2 versus G4, enquanto a aplicação de carga lateral mostrou diferença estatisticamente significante para as comparações G1 versus G3 e G2 versus G4. De acordo com os dados obtidos pode-se concluir que a densidade óssea tem relação com a estabilidade primária de implantes, que cargas não axias são prejudiciais para o tecido ósseo peri-implantar e que o posicionamento infraósseo pode promover melhor resposta do tecido ósseo, principalmente em regiões de baixa densidade óssea. / With the increase of oral rehabilitation with implants, immediate load can be used to reduce the treatment time. It is important to perform correct treatment planning for immediate implant loading, using 3D image analysis. The subcrestal implant positioning is one of the possible factors that may impact the success of immediate loading implants. Objective: The aim of this study is to evaluate the initial stability of osseointegrated implants placed infra bone or at the bone level in standardized porcine bone cylinders, through image (microcomputerized tomography) and mechanical analysis (resonance frequency, insertion torque and pull out test). Sixty bone cylinders were prepared from fresh porcine bone and separated in 2 groups: Group A 30 cylinders removed from femur head (high bone density) and Group B - 30 cylinders removed from the mandibular condyle (low bone density). Before the experimental procedure, the bone cylinders were certificated through 2D images analysis (digital radiography) to calculated bone density. After this, the bone cylinders were evaluated through micro computed three-dimensional analysis before the implant insertion. The parameters were analyzed in 2 levels (L1-bone volume internal to the threads and L2 - immediately adjacent to the end of threads). The microtomographical parameters analyzed were: Bone volume/Total volume (BV/TV), Trabecular thickness (TbSp), Bone surface/Volume ratio (BS/BV) and Total porosity percent (POTOT). Then, 60 implants (Alvim, 3.5 mm x 10 mm, Neodent®, Curitiba) were inserted in bone cylinders (1 implant in each cylinder), according to manufacturers protocol, and insertion torque was recorded for each implant. After that, the bone cylinders were submitted a new micro computed tomography analysis that evaluated the same levels and parameters, and Bone Implant Contact (BIC) was also recorded. After that, 5 implants were submitted to pull out test while the others implants received axial and non- axial load. After that, a new microcomputerized tomography analysis evaluated the same levels and parameters previously described, and resonance frequency analysis and pullout test were performed in the bone cylinders. 3D analysis showed that pre- and post-implants intra-groups had statistically significant differences for TbSp and POTOT parameters, and for BSBV and BIC parameters there were observed statistically significant differences for low bone densities groups. The values of differences between post and before loading showed statistically significant differences between G2 and G4 for TbSp, POTOT, BSBV, BV/TV and BIC parameters. The RFA analysis showed highest values for G2 and G4. Concerning insertion torque, the highest mean values were found in high bone densities groups. The pullout strength test showed that the non- axial loads in the low bone density maybe lead to implant displacement throughout the implant insertion axis. Bone density has a direct relationship with implant primary stability. Non- axial loads are harmful to peri- implantar bone tissue and subcrestal placement of implants presented the best mechanical and tomographical results.

No presente trabalho, sao discutidos certos aspectos doescoamento em maquinas de fluxo axiais, com enfase no problema dedimensionamento. Na primeira parte, e feita uma analise simplificadados parametros otimos de funcionamento de um estagio rotor-estator. Introduz-se os conceitos de "potenciais de perdas" hidraulicas e pordifusao, cuja minimizacao indica tendencias de se obter faixasperdas hidraulicas e de pressao, respectivamente. Verifica-se que aminimizacao do potencial de perdas hidraulicas nem sempre conduz aestagios efetivos na producao de pressao estatica, o que nao ocorrecom a minimizacao do potencial de perdas por difusao. Essa ultima,alem disso, possibilita uma reproducao analítica dos Diagramas deCordier em boa concordancia com dados nominais de bombas eventiladores bem projetados. Na segunda parte, apresenta-se umametodologia para analise do escoamento em grades lineares de perfisaerodinamicos. Com base no metodo dos paineis, desenvolve-se umatecnica numerica efetiva para analise do escoamento potencial. A tecnica e aferida para se obter bons resultados com numeromoderado de paineis. Em seguida, ela e aplicada sistematicamente nocaso de grades de perfis da serie NACA 65, para as quais estaodisponiveis dados experimentais confiaveis. Em funcao disso, ehproposta uma correlacao empirica, permitindo definir um ajuste nadistribuicao de pressoes (conforme Gostelow) e no angulo de deflexaodo escoamento, com resultados mais realistas que os potenciais(segundo a condicao de Kutta). Finalmente, a metodologia e aplicada em casos de projeto de rotores de maquinas de fluxo axiais, visandoatender ao criterio de coeficiente de pressao minimo prescrito sobreas pas.

Este trabalho apresenta resultados numéricos para o escoamento incompressível axial laminar em feixes de barras. Para discretização das equações de transporte é empregado o método de volume-de-controle aplicado a um sistema de coordenadas generalizadas. Os resultados reproduzem primeiramente o escoamento em dutos de várias formas através do mapeamento do campo físico (X,Y) no domínio computacional (n). Soluções numéricas e analíticas são comparadas com a finalidade de se qualificar o programa computacional desenvolvido. Em seguida, são mostradas soluções para o escoamento em feixes de barras dispostos em arranjos triangular e quadrado. Também nestes casos os resultados apresentam concordância satisfatória com soluções analíticas existentes.

O objetivo deste trabalho foi utilizar injetores do tipo axial e "swirl" para avaliar os efeitos da injeção de oxigênio gasoso (GOX) sobre o empuxo e a pressão na câmara de combustão de um motor foguete híbrido experimental com grão combustível de polietileno e o pioneiro grão combustível de parafina esférica estruturada em poliuretano. Para tal, foram usinados injetores em aço inoxidável e construído um motor foguete híbrido experimental e sua bancada de ensaios, provida de dispositivos que permitiram registrar dados de empuxo, variação da massa de combustível e de oxidante e de pressão na câmara de combustão do motor foguete híbrido. Os ensaios foram realizados com pressões de injeção de GOX de 46, 52 e 58 Bar e com injetores do tipo axial, "screw", "swril" pequeno e "swirl" grande. O "swirl" grande proporcionou condições ideais para difusão do oxidante no meio reacional e o grão de parafina estruturada no poliuretano favoreceu a gaseificação deste combustível e ambos apresentaram os melhores resultados dos parâmetros balísticos.

This work deals with the numerical simulation of axial flow compressors, from design to performance prediction. The stage performance prediction uses the meanline flow properties. Stage-stacking is used to analyse a multi-stage compressor. A computer program, written in FORTRAN, was developed and is able to design an axial flow compressor given air mass flow, total pressure ratio, overall efficiency and design speed. All geometrical data relevant to the compressor performance prediction is calculated after it has been bladed. From the geometrical data and for given compressor speed, the performance is calculated: pressure ratio and efficiency are determined from stall to choke. A complete compressor performance map can be produced. Validation was carried out with data obtained from the literature. Good agreement has been achieved.

Como conseqüência do atual desenvolvimento tecnológico dos materiais aço e concreto, várias pesquisas têm surgido com vistas a um melhor aproveitamento da capacidade desses dois materiais, exigindo um maior conhecimento sobre o comportamento dos elementos, inclusive sobre sua vulnerabilidade a estados limites últimos. Sendo a instabilidade um estado limite último possível de ocorrer em configurações de equilíbrio de peças de concreto armado submetidas a determinadas solicitações normais, seu estudo torna-se fundamental para que seja possível propor soluções estruturais seguras e economicamente viáveis. Este trabalho apresenta a análise de alguns aspectos que interferem no estudo da estabilidade de pilares esbeltos de concreto armado, através de uma abordagem envolvendo aspectos teóricos, como também aspectos práticos oriundos da resolução de exemplos. O estudo é feito com base nos métodos geral e do equilíbrio, com os processos exato e do pilar padrão, através de um software (SISTEMA FLEXOR), desenvolvido por CADAMURO Jr. (1997). O objetivo é testar a viabilidade desses métodos a fim de propor soluções e, com isso, tornar mais amplo e acessível o uso de pilares esbeltos de concreto armado, incentivando a adoção de projetos mais arrojados sem subutilização dos materiais. / As a consequence of the actual technological development of the materials steel and concrete, many researches have come up with proposal of better use of these two materials capacity, demanding a bigger knowledge about the behaviour of the elements, included your vulnerability to ultimate limit states. Being the instability a possible ultimate limit state of reinforced concrete columns equilibrium configuration, this study has been fundamental to make possible to propose safe and economically reasonable structural solutions. This work presents the analysis of some aspects that interfere in the study of slender reinforced concrete columns stability, through an approach involving theoretical and practical aspects derived from numerical solutions. The scheme is based in the General and Equilibrium Methods with the Exact Process and Model Column Method, through a software (SISTEMA FLEXOR) developed by CADAMURO Jr. (1997). The objective is to testify the practicability of these methods, to propose solutions and to render wider and more practical the use of slender reinforced concrete columns, stimulating the adoption of projects bolders without underutilisation of the materials.