Neste trabalho, estudamos o efeito da turbulência quântica na expansão livre do condensado de Bose-Einstein de 87Rb. O BEC é produzido em uma armadilha magnética tipo QUIC, em seguida o condensado é perturbado através da aplicação de um campo magnético. A superposição de campos magnéticos excita os modos coletivos em condições de baixa amplitude de excitação. No entanto para altas amplitudes de excitação, foi possível observar também outros efeitos, tais como: a variação do perfil de densidade e a diminuição na taxa de expansão dos átomos. A distribuição de momento dos átomos perturbados, indica a presença de turbulência quântica no superfluido caracterizada por uma cascata de energia dentro da faixa inercial. Os resultados da expansão livre do BEC mostram a variação do perfil de distribuição de densidade dos átomos evoluindo de um perfil Gaussiano a um perfil exponencial para altas amplitudes de excitação. O mesmo efeito foi observado ao aumentar o tempo de excitação na condição de baixas amplitudes de excitação. Além da variação do perfil de distribuição de densidade, a taxa da expansão dos átomos não perturbados é maior do que os átomos perturbados, apresentando a ocorrência de uma diminuição anisotrópica, significativa, da velocidade dos átomos durante a expansão livre. A diminuição da taxa de expansão pode estar relacionado com o fenômeno de localização durante a expansão livre dos átomos. / In this work, we study the effect of quantum turbulence on the free expansion of the Bose-Einstein condensate of 87Rb. The BEC is produced in a quic magnetic trap, then the condensate is disturbed by the application of a magnetic field. Superposition of magnetic fields excites collective modes under conditions of low amplitude of excitation. However, for high amplitudes of excitation, it was possible to observe other effects, such as: the variation of the density profile and the decrease in the rate of expansion of the atoms. The momentum distribution of the perturbed atoms indicates the presence of quantum turbulence in the superfluid characterized by a cascade of energy within the inertial band. The results of the free expansion of the BEC show the variation of the density distribution profile of the atoms evolving from a Gaussian profile to an exponential profile for high excitation amplitudes. The same effect was observed by increasing the excitation time in the condition of low excitation amplitudes. In addition to the variation of the density distribution profile, the rate of expansion of the undisturbed atoms is greater than the perturbed atoms, with the occurrence of a significant anisotropic decrease in the velocity of the atoms during free expansion. The decrease in the rate of expansion may be related to the localization phenomenon during the free expansion of the atoms.

In this thesis we have basically studied two aspects of BoseEinstein condensation (BEC) in trapped dilute gases: (i) superfluidity with the possible onset of quantum turbulence (QT), and (ii) nonuniformity, which suggests the definition of new variables in order to build a global thermodynamic description. Both analyses were performed in a 87Rb BEC magnetically trapped in a QuadrupoleIoffe configuration (QUIC) trap. Concerning the first item, vortices and QT were generated by applying an oscillatory excitation formed by a quadrupole magnetic field superimposed onto the QUIC trapping potential. Scanning both the excitation amplitude and its duration allowed us to observe different regimes, particularly one with regular, welldefined vortices and another, where the onset of QT is believed to have occurred. The transition between this two regimes were explained by considering the finitesize characteristic of trapped gases. Additionally, data analyses on three vortex configurations suggested the presence of both vortices and antivortices (opposite circulation sign), and the vortex nucleation mechanism was proposed to be related to a relative motion between the condensate and thermal components, namely a counterflow. As for the second item, the BEC transition in our experiment was characterized in terms of new global thermodynamic variables. A phase diagram was constructed and compared to the superfluid helium phase transition. Finally, we provide preliminary results on the calculation of a global heat capacity, and briefly discuss the advantages of this new approach over the local density approximation alternative, particularly on BEC clouds in the presence of vortices and QT. / Nesta tese, nós estudamos dois aspectos da condensação de BoseEinstein (CBE) em gases diluídos aprisionados: (i) superfluidez e a possível ocorrência de turbulência quântica (TQ); e (ii) nãouniformidade, o que sugere um tratamento termodinâmico diferente pela definição de novas variáveis globais. Ambos os estudos foram realizados em amostras condensadas de átomos de 87Rb aprisionados magneticamente numa armadilha do tipo QUIC. Em relação ao primeiro item, a geração de vórtices e TQ ocorreu pela aplicação de uma excitação oscilatória gerada pela adição de um campo quadrupolar ao potencial confinante do QUIC. Como dependência da amplitude e duração da excitação, diferentes regimes foram observados. Particularmente, num dos regimes, apenas vórtices bem definidos foram observados e em outro, imagens consistentes com a ocorrência de TQ foram obtidas. A transição entre estes dois regimes foi explicada em termos do tamanho finito característico de gases aprisionados. Além disto, através da análise de dados mostrando configurações com três vórtices, pudemos inferir a presença de vórtices e antivórtices (circulação oposta). Para explicar o mecanismo de nucleação de vórtices, analisamos, como possível causa, um movimento relativo entre as componentes térmicas e condensadas das amostras, conhecido como contrafluxo. Já em relação ao segundo item, a transição de fase da CBE foi descrita em termos de novas variáveis termodinâmicas globais. Um diagrama de fase foi construído ressaltando as semelhanças com a transição observada no hélio superfluido. Por fim, apresentamos resultados preliminares sobre o cálculo de uma capacidade térmica global e discutimos as vantagens desta nova abordagem em relação à alternativa usual baseada na aproximação de densidade local. Estas vantagens são particularmente relevantes no caso de nuvens condensadas que apresentam vórtices e TQ.

A transição à turbulência em uma camada de mistura estavelmente estratificada é de grande interesse para uma variedade de problemas geofísicos e de engenharia. Esta transição é controlada pela competição entre o cisalhamento do escoamento de base e as forças de empuxo, devido à estratificação em densidade do ambiente. Os efeitos do empuxo atuam no escoamento reduzindo a taxa de crescimento das perturbações e retardando a transição à turbulência, enquanto o cisalhamento fornece energia cinética ao escoamento. O presente trabalho investiga a natureza da transição à turbulência em uma camada de mistura temporal estavelmente estratificada através de Simulação Numérica Direta (DNS) e Simulação de Grandes Escalas (LES). O propósito da investigação é analisar o efeito da estratificação estável no desenvolvimento da instabilidade de Kelvin-Helmholtz (K-H) e na formação dos vórtices longitudinais, que se formam após a saturação dos turbilhões primários de K-H. Além deste propósito, é examinado, utilizando de DNS e LES, o desenvolvimento das instabilidades secundárias de K-H na camada baroclínica. Os testes numéricos tridimensionais são realizados com diferentes tipos de condições iniciais para a flutuação de velocidade transversal, enquanto uma condição forçada é usada para as outras duas componentes de flutuação de velocidade. Em particular, o efeito do comprimento transversal do domínio de cálculo é testado empregando diferentes comprimentos, enquanto são usadas as mesmas dimensões para a direção longitudinal e vertical. As simulações bidimensionais mostram que o aumento da estratificação inibe o processo de emparelhamento, reduz a troca de energia entre os turbilhões de K-H e o escoamento, atenua a instabilidade de K-H e diminui o fluxo vertical de massa. A instabilidade secundária do tipo K-H é identtificada na camada baroclínica para Re ¸ 500 quando há o processo de emparelhamento dos vórtices simulados. Na simulação a Re = 500, a instabilidade secundária de K-H aparece tanto para Ri = 0.07 (fraca estratificação) como para Ri = 0.167 (forte estratificação). Os resultados tridimensionais demonstram que os vórtices longitudinais são claramente formados na camada a Ri = 0. Por outro lado, nos casos estratificados os vórtices são enfraquecidos, devido ao gradiente longitudinal de densidade, que diminui a vorticidade nos turbilhões de K-H enquanto aumenta na região entre eles.

O fenômeno da dispersão de poluentes precisa ser compreendido e analisado pro- fundamente para que estudos de impactos ambientais possam ser realizados para projetar e prever situações. Então, obter um modelo analítico de dispersão de poluente realista torna- se interessante, pois permite avaliar com maior precisão o impacto ambiental da liberação de poluentes na atmosfera, além de abrir novos horizontes para a pesquisa. A Camada Limite Planetária (CLP) é o domínio de interesse da grande maioria dos modelos, já que nela os fenômenos turbulentos estão presentes. Uma característica destes fenômenos são os vórtices e turbilhões chamados de Estruturas Coerentes (ECs) e que são dominados por uma fase. O modelo analítico mais estudado é o que tem por base a equação advecção-difusão onde diversas simplificações como médias de Reynolds e o fechamento Fickiano são aplicados. Essas simplificações tornam o modelo determinístico e linear, mesmo o fenômeno sendo estocástico e não linear. Para resgatar algumas características do fenômeno turbulento neste trabalho sugeriu-se a inclusão de uma fase na equação advecção-difusão, através de um coeficiente difusivo complexo. Isso porque estruturas coerentes são características turbulentas dominadas pela fase. Comparou-se aqui os modelos com coeficiente difusivo real e complexo para as mesmas condições podendo assim observar qualitativamente a inclusão da fase no modelo que reproduz uma característica do escoamento turbulento, apresentando um comportamento mais realista. Apesar de não podemos garantir que esta é a maneira mais acertada de incluir a fase na equação advecção-difusão, com certeza ela nos trás um grande benefício que é a garantia de sempre ter soluções semi-positivas definidas, compatíveis com distribuições, para a representação da concentração. / The phenomenon of dispersion of pollutants needs to be analyzed and deeply un- derstood so that environmental impact studies can be performed to design and predict situations. Then, to obtain an analytical model of realistic pollutant dispersion becomes interesting because it allows to accurately assess the environmental impact of the release of pollutants into the atmosphere and to open new horizons for research. The planetary bound- ary layer (PBL) is the domain of interest of the majority of models, since this is domain where turbulent phenomena are present. A feature of these phenomena are the vortexes and eddies that are Coherent Structures (CSs) and are dominated by a phase. The most studied analytical model is based on the advection-diffusion equation where several simpli cations such as Reynolds averages and Fickian closure are applied. These simpli cations render the model deterministic and linear, although the phenomenon is stochastic and nonlinear. To recover some characteristics of turbulent phenomena in this work a phase was included in the advection-diffusion equation by a complex diffusion coefficient. This is because coherents structures are turbulent characteristics and dominated by phase. We compared the models with real and complex diffusion coefficient for the same conditions, thus being able to observe qualitatively the inclusion of phase in the model that reproduces a characteristic of turbulent ow, presenting a more realistic behavior. Although we can not guarantee that this is the adequate way to include the phase in the advection-diffusion equation, it certainly brings us bene t that is the guarantee to always have at least semi-positive solutions, compatible with distributions that represent the concentration.

Partindo das equações microscópicas exatas para uma plasma empoeirado não magnetizado, onde a carga das partículas de poeira é considerada como um novo grau de liberdade do sistema, desenvolvemos um sistema de equações básico sobre o qual aplicamos o formalismo da teoria de turbulência fraca. A partir dele, na aproximação quase linear, encontramos três relações de dispersão, em conjunto com as equações cinéticas das ondas e das partículas. O caso totalmente não linear é exemplificado em parte, para visualizarmos a aplicabilidade do formalismo a plasmas empoeirados. Entre os diversos mecanismos de carregamento que podem ocorrer sobre a superfície das partículas de poeira, consideramos, por simplicidade, somente aquele devido `a absorção de partículas do plasma por colisões inelásticas. / Starting from the exact microscopic equations for a non-magnetized dusty plasma where the dust charge particles is considered as a new degree of freedom of the plasma system, we develop a basic system of equations upon which we apply the formalism of weak turbulence theory. From this system we find three dispersion relations in the quasilinear approximation, together with the kinetic equations for the waves and for the particles. The full nonlinear case is partially exemplified, in order to provide an overview of the applicability of the formalism to dusty plasmas. Among the diverse charging mechanisms that can occur over the dust grains surface, we consider, for simplicity, only that due the absorption of plasma particles by inelastic collisions.

Submitted by Fernanda Rodrigues de Lima (fernanda.rlima@ufpe.br) on 2018-07-27T22:51:25Z No. of bitstreams: 2 license_rdf: 811 bytes, checksum: e39d27027a6cc9cb039ad269a5db8e34 (MD5) DISSERTAÇÃO Pedro Paulo Dantas de Souza Paiva.pdf: 5292653 bytes, checksum: 177d836a13787596c993b64d01ede96a (MD5) / Approved for entry into archive by Alice Araujo (alice.caraujo@ufpe.br) on 2018-08-08T17:09:39Z (GMT) No. of bitstreams: 2 license_rdf: 811 bytes, checksum: e39d27027a6cc9cb039ad269a5db8e34 (MD5) DISSERTAÇÃO Pedro Paulo Dantas de Souza Paiva.pdf: 5292653 bytes, checksum: 177d836a13787596c993b64d01ede96a (MD5) / Made available in DSpace on 2018-08-08T17:09:39Z (GMT). No. of bitstreams: 2 license_rdf: 811 bytes, checksum: e39d27027a6cc9cb039ad269a5db8e34 (MD5) DISSERTAÇÃO Pedro Paulo Dantas de Souza Paiva.pdf: 5292653 bytes, checksum: 177d836a13787596c993b64d01ede96a (MD5) Previous issue date: 2017-05-26 / O VHTR é um reator nuclear térmico, moderado a grafite e refrigerado por hélio. Para seu desenvolvimento, há a necessidade de utilização de ferramentas computacionais eficientes para a análise de aspectos de modelagem, operação e segurança. A proposta deste trabalho é estudar o comportamento do VHTR por meio de análise paramétrica, alterando-se modelo de turbulência, perfil de geração de energia nos blocos combustíveis e a influência de modificações na própria geometria. Busca-se também avaliar a implementação de uma metodologia simplificada que reduza o esforço computacional e a duração de uma simulação. Procedeu-se à análise do escoamento do fluido refrigerante através dos canais refrigerantes e canais by-pass em uma seção de 1/12 de uma coluna de blocos combustíveis, utilizando-se diferentes modelos de turbulência. Os resultados obtidos com essas simulações foram comparados àqueles obtidos por meio de correlações do número de Nusselt descritos na literatura. Observou-se que a simulação na qual se utiliza o modelo -ε possibilita a obtenção de resultados que convergem bem com aqueles fornecidos pelas correlações, para ambos os tipos de canais. O modelo -ω proporciona bons resultados para os canais refrigerantes e, o SSG, para o canal by-pass. Utilizou-se geometria contendo canais by-pass de diferentes dimensões, além de uma que possuía apenas os canais refrigerantes, sem canal by-pass. Verificou-se que a existência de um escoamento by-pass induz a um aumento no gradiente de temperatura no bloco combustível. Realizaram-se estudos comparativos entre os resultados obtidos em simulações realizadas com diferentes perfis de geração de energia térmica (uniforme e senoidal) nos canais combustíveis. Verificou-se que, quando há a mesma geração de energia térmica total no bloco combustível, a máxima temperatura constatada em cada um dos materiais é menor para o caso da geração de energia com perfil senoidal. Quando utilizado, no perfil senoidal, um fator radial de pico (1,25), há um aumento considerável na temperatura de todos os materiais, possibilitando a ocorrência de regiões em que a temperatura pode ultrapassar o limite usualmente aceito para o combustível do reator (1250°C) em operação normal. O canal refrigerante localizado no centro do bloco combustível tem diâmetro inferior aos demais canais existentes nesse bloco. Para verificar a hipótese de que a existência de um gradiente de temperatura no bloco combustível, com a temperatura mais elevada ao centro e a temperatura mais baixa estando na periferia desse bloco, deve-se fortemente à menor dimensão desse canal central, realizaram-se simulações computacionais utilizando-se uma geometria com canal central de diâmetro igual ao dos demais. A condição de entrada escolhida para essa nova estrutura foi, primeiramente, o mesmo fluxo mássico total e, depois, a mesma diferença de pressão entre entrada e saída verificados na simulação da geometria padrão. Os resultados obtidos confirmam a hipótese aventada. Realizou-se simulação utilizando uma metodologia simplificada, que consiste em uma análise unidimensional do fluido em um canal refrigerante acoplada à análise tridimensional da condução do calor no grafite e nos canais combustíveis. Os resultados obtidos com a metodologia simplificada apresentaram excelente convergência com aqueles obtidos com a simulação completamente tridimensional, e em um tempo de simulação cerca de 45 vezes menor. / The VHTR is a thermal, graphite moderated and helium cooled reactor. For its development, there is a need to use efficient computational tools to analyze aspects of modeling, operation and safety. The purpose of this work is to study the behavior of the VHTR by means of parametric analysis, altering the turbulence model, the energy generation profile in the fuel blocks and the influence of modifications in the geometry itself. It also seeks to evaluate the implementation of a simplified methodology that reduces the computational effort and duration of a simulation. The coolant flow through the coolant channels and by-pass channels were analyzed in a 1/12 section of a fuel block column using different turbulence models. The results obtained with these simulations were compared to those obtained by means of Nusselt number correlations described in the literature. It was observed that the simulation using the -ε model makes it possible to obtain results that converge well with those provided by the correlations, for both types of channels. The -ω model provides good results for the coolant channels and the SSG for the by-pass channel. Geometry was used with by-pass channels of different dimensions, besides one that had only the cooling channels, without by-pass channel. It has been found that the existence of a by-pass flow induces an increase in the temperature gradient in the fuel block. Comparative studies were performed between the results obtained in simulations carried out with different profiles of thermal energy generation (uniform and sinusoidal) in the fuel channels. It was verified that when there is the same total thermal energy generation in the fuel block, the maximum temperature observed in each of the materials is smaller for the generation of energy with sinusoidal profile. When a peak radial factor (1,25) is used in the sinusoidal profile, there is a considerable increase in the temperature of all materials, allowing the occurrence of regions where the temperature may exceed the limit usually accepted for reactor fuel (1250° C) in normal operation. The coolant channel located in the center of the fuel block has a smaller diameter than the other channels in this block. To verify the hypothesis that the existence of a temperature gradient in the fuel block, with the highest temperature at the center and the lowest temperature being at the periphery of this block, is due to the smaller dimension of this central channel, computer simulations were performed using a geometry with a central channel with the same diameter as the others. The input condition chosen for this new structure was, firstly, the same total mass flow and then the same pressure difference between input and output found in the simulation of the standard geometry. The results confirm the hypothesis. Simulation was performed using a simplified methodology, which consists of a one-dimensional analysis of the coolant flow in a coolant channel coupled to the three-dimensional analysis of heat conduction within the graphite and fuel channels. The results obtained with the simplified methodology were in excellent agreement with those obtained with the fully three-dimensional simulation and the time required to complete the simulation with the simplified methodology was about 45 times less than the time that the fully three-dimensional simulation lasted.

Made available in DSpace on 2018-08-02T00:00:53Z (GMT). No. of bitstreams: 1 tese_3859_DissertacaoMestradoJesseGomesdosSantos.pdf: 1635307 bytes, checksum: 4b377fb82afb8122f9903a637214c4c9 (MD5) Previous issue date: 2011-05-04 / Embora centenária, a tecnologia óptica para transmissão em espaço livre ainda pode ser considerada bastante desconhecida, pois durante décadas as pesquisas nesta área do conhecimento permaneceram restritas aos meios militares. Esta restrição é justificada em virtude de o sistema óptico no espaço livre depender intensamente do ambiente atmosférico e, portanto, está sujeito às intempéries existentes neste meio. Porém, a partir do século XXI, o desenvolvimento da tecnologia voltada à transmissão por fibra óptica, similar a em discussão, vem contribuindo, ainda que de forma lenta, para que o sistema óptico no espaço livre expanda seus domínios. A utilização da técnica de transmissão Ortoghonal Frequency Division Multiplexing (OFDM) é mais um instrumento capaz de ajudar este sistema de comunicação a enfrentar as adversidades existentes no ambiente atmosférico. Diante desta constatação, esta dissertação apresenta os resultados de testes experimentais realizados em laboratório que mostram o desempenho obtido pela utilização em conjunto destas duas tecnologias para interligar ponto a ponto duas estações sem fio em meio a ambientes com e sem turbulência. Os resultados apresentados neste trabalho de pesquisa mostram que a utilização do OFDM no sistema de comunicação óptico em espaço livre é possível e possibilita em parte do tempo manter o enlace de comunicação ativo, mesmo durante a ocorrência de fenômenos adversos como a turbulência óptica.

Orientador: Eugenio Spano Rosa / Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Mecanica / Made available in DSpace on 2018-07-28T23:56:11Z (GMT). No. of bitstreams: 1 MelgarejoMorales_RigobertoEleazar_D.pdf: 8900310 bytes, checksum: 9f57b0d7b80e8430b0d0c8941dda51e1 (MD5) Previous issue date: 2000 / Resumo: Neste trabalho é realizado uma simulação numérica do escoamento com superficie livre completamente desenvolvido em um canal helicoidal de seção retangular, em regime laminar e turbulento. As equações de conservação foram escritas para um sistema de coordenadas ortogonais locais. O sistema de equações foi discretizado e resolvido pelo método de volumes fmitos com o esquema ln'brido de interpolação, implementados no PHOENICS-CFD. A interface livre é calculada utilizando o algoritmo HOL (Height-Of-Liquid). As simulações numéricas foram realizadas para fluidos com viscosidade de 1 a 100cP e Reynolds de 352 a 45500. A turbulência é modelada com o modelo de duas equações 1(-E para baixo números de Reynolds com uma correção devido ao efeito da curvatura. As simulações mostram que o método utilizado, quando comparado com dados experimentais, calcula satisfatoriamente a localização da interface. Apresenta-se os campos da velocidade média, do escoamento secundário, da energia cinética turbulenta e da dissipação e produção da energia cinética turbulenta. A partir dos resultados numéricos calcula-se o fator de atrito local e médio / Abstract: A numerical simulation of the fully developed flow in an open helical channel with rectangular cross section is accomplished, for the laminar and turbulent regime. The conservation equations are written in a local orthogonal coordinate system. The conservation equations are solved by the finite volume method with the hybrid scheme of interpolation, implemented in PHOENICS-CFD. The ftee surface is calculated using the HOL algorithm (Height-Of-Liquid). The numerical simulations were accomplished for fluids with viscosity varying ftom 1 to 100cP and Reynolds ftom 352 to 45500. The turbulence is modeled by two equations k-E model for low Reynolds numbers with a correction due to the effect of the curvature. The numerical results for the tree surface position agrees within :t4 mm against the experimental data. The averaged axial velocity and the secondary flow fields are presented, as well as the turbulent kinetic energyand the dissipation of the turbulent kinetic energy. Finally the local and the averaged ftiction factors are presented. / Doutorado / Doutor em Engenharia Mecânica

As propriedades da turbulência induzida em um fluido viscoso através da oscilação de uma grade foram investigadas experimentalmente utilizando a técnica DPIV (Digital Particle Image Velocimetry). Perfis verticais da energia cinética turbulenta, taxa de dissipação de energia, viscosidade turbulenta e escala de comprimento foram obtidos e comparados com soluções analíticas existentes. Os dados experimentais mostram uma boa concordância com as predições teóricas. Adicionalmente, foi observado que há uma variação significativa da intensidade turbulenta para distâncias próximas da grade. Com o aumento da distância, a turbulência se torna mais homogênea no plano horizontal, e estas variações tendem a desaparecer. Os resultados mostram também que o escoamento somente pode ser considerado livre de cisalhamento para grandes distâncias da grade, onde as tensões de Reynolds se aproximam de zero. Além disso, descobriu-se que são necessários no mínimo 450 campos de vetores para assegurar a precisão das medidas. Também foram realizadas medidas de turbulência em uma configuração de duas grades. Os resultados mostram que a região central entre as duas grades possui certas propriedades similares à turbulência isotrópica. Adicionalmente, foram realizadas comparações com o modelo k-&#949, mostrando que o mesmo pode ser aplicado a uma configuração de duas grades. / The properties of turbulence induced in a viscous fluid by oscillating a grid were investigated experimentally using the digital particle image velocimetry (DPIV). Vertical profiles of the turbulent energy, the dissipation rate, the eddy viscosity and a lengthscale have been obtained and compared with available analytical solutions. The experimental data agree well with the theoretical predictions. In addition, it could be observed that there are significant variations of the turbulent intensities at a small distance from the grid. With increasing distance from the grid, the turbulence becomes more homogeneous in the horizontal plane, and the variations in the turbulent intensities are reduced. The results also show that the turbulence can be considered to be shear-free only at a distance sufficiently far away from the grid, where the Reynolds shear stress aproaches zero. It became evident, furthermore, that at least 450 vector maps should be taken to ensure the accuracy of the measured velocity fluctuations. Turbulence was also measured for a two-grid configuration. It was found that the central region between the grids has certain properties similar to that of isotropic turbulence. The results show good agreement with the k-&#949 model, validating the application of the k-&#949 model to a pair of oscillating-grids.

Orientador: Sávio Souza Venâncio Vianna / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Química / Made available in DSpace on 2018-08-26T06:41:15Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Matos_RenataPintodaSilva_M.pdf: 3725147 bytes, checksum: 25df8714a04182bf23945239ed396ad9 (MD5) Previous issue date: 2014 / Resumo: A máxima sobrepressão de uma explosão de gás é um dos principais parâmetros estimados em uma Análise de Consequências. Muitas vezes é necessário fazer estimativas iniciais do seu valor, principalmente na fase conceitual de projeto. Portanto um modelo para estimativa da máxima sobrepressão gerada em uma explosão de gás que é de fácil implementação e que possui uma abordagem teórica foi desenvolvido. Ele foi implementado no software de planilhas eletrônicas Microsoft Excel e apresenta tempo de resposta curto. O modelo desenvolvido é baseado no conceito flamelet como apresentado por BML (Bray, Moss e Libby). Ele considera o efeito de obstáculos na aceleração da chama em uma explosão dentro de uma câmara em larga escala com vent. A modelagem da energia cinética turbulenta e da sua taxa de dissipação é baseada em fluidodinâmica computacional (CFD). Simulações numéricas foram conduzidas no FLACS (Flame Acceleration Simulator). O desempenho do modelo foi avaliado em três diferentes conjuntos de dados experimentais de explosões de gás em larga escala dentro de câmaras parcialmente confinadas e obstruídas similares a um módulo offshore: os experimentos da British Gas, Shell e DNV. O modelo foi capaz de representar o aumento da área da chama devido à turbulência causada pela presença de obstáculos para os três experimentos em questão. Espera-se que o modelo seja capaz de representar o mesmo comportamento em geometrias similares à da British Gas sem o ajuste de constantes. Comparações com modelos existentes que não são de CFD mostraram um desempenho muito promissor e uma boa concordância com dados experimentais foi observada / Abstract: The maximum overpressure of gas explosion is one of the main parameters estimated in the Consequence Analysis. Quite often it is necessary to make some initial estimative of its value, particularly in the conceptual design phase. Therefore a model to estimate the maximum overpressure of gas explosion that is easy to implement and have a theoretical approach has been developed. It has been implemented in the Microsoft Excel spreadsheet and it presents a short response time. The developed model is based on the flamelet concept as put forward by BML (Bray, Moss and Libby). It takes into account the effect of obstacles on the flame acceleration in the explosion inside a large scale chamber with vent. The modelling of the turbulent kinetic energy as well as the rate of dissipation of turbulent kinetic energy is based on computational fluid dynamics (CFD). Numerical simulations were conducted in FLACS (Flame Acceleration Simulator). The performance of the model has been verified for three different sets of experimental data from large scale gas explosions inside partially confined and obstructed chambers which are similar to an offshore module: the experiments from British Gas, Shell and DNV. The model was capable of representing the increase of the flame area due to the turbulent field ahead of the flame caused by the presence of obstacles for the three experiments. It is expected that the model is able to represent the same behaviour in geometries similar to the British Gas without the constant adjustment. Comparisons with existing non CFD models have shown a very promising performance and good agreement with experimental data was observed / Mestrado / Sistemas de Processos Quimicos e Informatica / Mestra em Engenharia Química