Dissertação (mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnologico / Made available in DSpace on 2016-01-08T21:41:28Z (GMT). No. of bitstreams: 1 108926.pdf: 2175119 bytes, checksum: 7afd6e31b8175d67956389df8eb7456e (MD5) Previous issue date: 1997 / Nesta dissertação descreve-se a discretização das equações de Navier-Stokes e a resolução é feita através do uso de malhas não-estruturadas geradas por diagramas de Voronoi, em problemas envolvendo escoamentos de fluídos. São testados alguns gradientes de pressão disponíveis na literatura quanto a seu desempenho, como também sugere-se uma nova forma de avaliar tal gradiente de pressão.

Dissertação (mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnologico / Made available in DSpace on 2016-01-08T21:47:21Z (GMT). No. of bitstreams: 1 108177.pdf: 2040537 bytes, checksum: f1ed4f651ba64a96c7769a93e8b25a2b (MD5) Previous issue date: 1997 / Este trabalho apresenta uma metodologia em Volumes Finitos para a solução de problemas envolvendo escoamentos em corpos de águas rasas. Foram usados dois esquemas de interpolação, WUDS para os problemas unidimensionais e QUICK para os bidimensionais, mas nenhuma comparação é feita entre eles. O procedimento usado baseou-se no algoritmo para qualquer velocidade ("All-Speed"), usado na solução de escoamentos compressíveis, que consiste basicamente numa linearização da equação da conservação da massa para que se possa considerar simultaneamente os efeitos da pressão sobre a densidade e campo de velocidades. Os resultados comprovam a eficiência da proposta na reprodução de vários escoamentos usados como teste (unidimensionais e bidimensionais, permanentes e transientes). Também fica evidente a necessidade de tratar com mais cuidado as condições de contorno, especialmente nos escoamentos onde o tráfego de ondas é livre em qualquer direção e sentido.

Made available in DSpace on 2014-06-12T17:36:49Z (GMT). No. of bitstreams: 2 arquivo2161_1.pdf: 2077169 bytes, checksum: 0bf71c26533a8fac771861bc1264633d (MD5) license.txt: 1748 bytes, checksum: 8a4605be74aa9ea9d79846c1fba20a33 (MD5) Previous issue date: 2010 / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / A Rizicultura, ou seja, a cultura de arroz é uma atividade muito antiga. O arroz é um grão muito consumido em todo o mundo. Seu ciclo produtivo é composto de várias etapas, tais como: plantio, colheita, recebimento, secagem, armazenamento, polimento, separação e classificação, embalagem e distribuição. Quando colhido, apresenta alto teor de umidade, em torno de 25 a 40% (b.s). Devido a esse fato, o grão deve ser submetido ao processo de secagem, chegando a um teor de mais ou menos 12% (b.s), com a finalidade de impedir ou minimizar a proliferação de microorganismo que venha a prejudicar a qualidade do arroz. Dessa forma o produto pode ser armazenado por longos períodos. Dentro desse contexto, o presente trabalho tem como objetivos modelar matematicamente o processo de secagem em leito fixo para descrever as trocas de energia e massa entre o arroz longo em casca e o ar no interior do secador e simular computacionalmente o processo para várias condições de temperatura, umidade relativa, vazão específica do ar e alturas do leito. As equações são resolvidas numericamente, usando o método dos volumes finitos. A validação da simulação é realizada através de experimentos propostos na literatura. Os resultados simulados e experimentais apresentam boa concordância para os valores do teor de umidade do produto ao longo do leito durante a secagem. Verifica-se que o teor de umidade do produto diminui com o passar do tempo, o tempo de secagem dos grãos depende da espessura da camada utilizada, o aumento de temperatura do ar de secagem proporciona aumento na velocidade de secagem e a metodologia aplicada para análise do processo, bem como o programa utilizado para a simulação são bem aceitos

Made available in DSpace on 2014-06-12T17:38:14Z (GMT). No. of bitstreams: 2 arquivo6381_1.pdf: 6889311 bytes, checksum: 60638ec664ff7be12d636096e315065d (MD5) license.txt: 1748 bytes, checksum: 8a4605be74aa9ea9d79846c1fba20a33 (MD5) Previous issue date: 2005 / A modelagem e a simulação de escoamentos multifásicos e multicomponentes em meios porosos heterogêneos e anisotrópicos se constitui num grande desafio de ordem matemática e numérica. Neste contexto, são de especial interesse o estudo do transporte de contaminantes em aqüíferos e a simulação de escoamentos bifásicos de óleo e água em reservatórios de petróleo. A utilização de metodologias numéricas capazes de lidar com malhas flexíveis (nãoestruturadas) pode oferecer algumas vantagens sobre as formulações baseadas em malhas estruturadas, possibilitando que poços inclinados e estruturas geológicas com características geométricas complexas, tais como, falhas selantes, canais e camadas estratificadas inclinadas, sejam modeladas naturalmente e de maneira mais acurada. Dentre os métodos numéricos que usualmente fazem uso de tais malhas, podemos citar: o método dos elementos finitos (MEF) e o método dos volumes finitos (MVF). Este último é particularmente atrativo devido às suas propriedades de conservação local e global. No presente trabalho, apresentamos uma nova formulação do método dos volumes finitos com estrutura de dados por aresta (MVFA), considerando volumes de controle construídos pelo método das medianas (median dual). Esta formulação é capaz de lidar com meios heterogêneos e anisotrópicos (tensor completo) de maneira inovadora, utilizando malhas estruturadas e não-estruturadas. É bastante conhecido na literatura que a estrutura de dados por arestas é mais eficiente em termos de economia de memória e tempo de CPU, alem disso ela permite uma implementação elegante e eficiente da formulação numérica desenvolvida. A discretização dos termos elípticos (difusivos) é realizada utilizando uma formulação não óbvia do método dos volumes finitos. Tais termos são calculados em dois laços (loops) nas arestas das malhas. Esta formulação permite que os fluxos através das faces dos volumes de controle sejam calculados adequadamente, mesmo em malhas não-ortogonais, e em meios anisotrópicos e heterogêneos, mantendo uma aproximação de segunda ordem. Para a discretização dos termos advectivos, utilizamos duas técnicas de alta ordem: um método de Difusão Numérica Artificial (DNA) e um método Total Variation Diminishing (TVD), baseado na extrapolação de variáveis, conhecido como Monotone Upstream Scheme for Conservation Laws (MUSCL-TVD). Estes métodos são adaptados para utilização com malhas estruturadas e não-estruturadas, em problemas de transporte de fluidos em meios porosos. A metodologia que desenvolvemos é bastante geral, no sentido em que, tanto a discretização dos termos difusivos, quanto a discretização dos termos advectivos que caracterizam as equações de transporte em meio poroso, são feitas com base nos mesmos princípios de conservação e utilizando a mesma estrutura de dados por arestas. Toda formulação desenvolvida foi verificada numericamente através da solução de alguns problemas modelos encontrados na literatura. Sempre que possível os resultados são comparados com resultados analíticos ou outras soluções numéricas disponíveis na literatura. Os resultados obtidos no presente trabalho se compararam de maneira bastante favorável com outros resultados fornecidos por diferentes metodologias encontradas na literatura

Made available in DSpace on 2014-06-12T17:39:28Z (GMT). No. of bitstreams: 2 arquivo7336_1.pdf: 1559868 bytes, checksum: 343cbe4a79bc3bb42a57042b8cc84f9f (MD5) license.txt: 1748 bytes, checksum: 8a4605be74aa9ea9d79846c1fba20a33 (MD5) Previous issue date: 2003 / Diversos procedimentos médicos, inclusive aqueles cirúrgicos que utilizam laser, têm como principal fator limitante o aumento de temperatura no tecido vivo fato que pode causar danos irreversíveis ao mesmo, chegando até à sua evaporação. A hipertermia pode ser o processo terapêutico em si (tratamento de tumores com laser, com radiofreqüência e ablação) ou decorrente dele (cirurgias oftalmológicas refrativas com uso de laser). Ferramentas numéricas e computacionais, utilizadas na engenharia, são cada dia mais usadas na simulação de tais procedimentos com o intuito de calcular o campo de temperaturas, tendo como propósito guiar o médico mais precisamente antes de uma intervenção. Algumas aplicações podem ser simuladas com o uso de coordenadas cilíndricas ou esféricas. Em outras, o uso de malhas não-estruturadas é mais adequado devido à presença maciça de geometrias irregulares no corpo humano. Tumores não-operáveis podem ser irradiados com fontes de laser por via endoscópica. Sua função é causar uma elevação de temperatura local a fim de destruir as células cancerígenas, sem, no entanto, causar dano térmico à região sadia circunvizinha. A precisão desta análise está ligada à utilização de métodos numéricos adequados. O presente trabalho visa o desenvolvimento de uma ferramenta computacional através da utilização do método dos volumes finitos (MVF) para solucionar a equação da biotransferência de calor em malhas bidimensionais triangulares não-estruturadas. Serão feitas descrições: do modelo físico-matemático pertinente; da função dano; da técnica para obtenção do domínio geométrico de interesse; das propriedades termofísicas dos tecidos envolvidos na questão; bem como da escolha da fonte de laser mais adequada à utilização no procedimento a ser simulado. Em seguida será descrita a formulação do método dos volumes finitos com estrutura de dados por arestas, e apresentada a aproximação usada na solução das integrais envolvidas no modelo. Descreve-se então todo o ciclo envolvido na modelagem e implementação computacional da metodologia adotada, que compreende as seguintes etapas: captura e digitalização da imagem; modelagem geométrica e geração da malha discreta; préprocessamento dos dados; programa de análise via Método dos Volumes Finitos (MVF); pósprocessamento e visualização dos resultados. Alguns exemplos usados para validação do programa de análise são apresentados. Finalmente, apresenta-se o problema analisado, onde um tumor de duodeno de 2cm de diâmetro foi aquecido, através de uma sonda de laser Nd:YAG, em três pontos diferentes, durante um tempo total de 120s, divididos em dois ciclos de 60s. As temperaturas nos pontos mais críticos atingiram valores da ordem de 135°C, com o dano alcançando valores da ordem de 1018. Porém a interface entre o tumor e o tecido sadio, não apresentou dano térmico, sob as condições supracitadas

Made available in DSpace on 2014-06-12T17:39:51Z (GMT). No. of bitstreams: 2 arquivo7539_1.pdf: 1990808 bytes, checksum: f77b30c064a0de4138e8211285447e3b (MD5) license.txt: 1748 bytes, checksum: 8a4605be74aa9ea9d79846c1fba20a33 (MD5) Previous issue date: 2007 / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / O câncer de mama é o tipo de tumor mais freqüente entre as mulheres e a segunda causa de morte no Brasil, ficando atrás apenasda hipertensão arterial. O diagnóstico precoce podeproporcionar grandes chances de cura. Atualmente, o procedimento mais usado e o mais im-portante para o rastreamento do câncer, é a mamografia, que tem uma sensibilidade de 85%.Tal sensibilidade está diretamente relacionada à idade da mulher. Mulheres mais jovens apre-sentam uma mama mais densa, ao contrário das mulheres que se aproximam da menopausa que têm uma maior quantidade de tecido adiposo. Dessa forma, a análise visual da mamogra-fia de uma mama densa torna-se mais suscetível a enganos. Onúmero de casos de câncer de mama em mulheres jovens tem aumentado consideravelmente, e a termografia pode ter umpapel importante no diagnóstico precoce do mesmo. Como esta técnica é não-invasiva e não emite radiações ionizantes, ela tem várias aplicações na medicina e uma delas é a sua utiliza-ção na detecção de tumores mamários. O crescimento de tumores cria uma neovascularização,e a nova perfusão sangüínea proporciona um aumento da temperatura da mama. Esse aumento pode ser detectado na pele da paciente dependendo do tamanho e da profundidade do tumor.De maneira geral, conjuntamente com exame clínico, a termografia tem uma sensibilidade de 84%,, e somada ao uso da mamografia e do exame clínico, essa sensibilidade cresce para 98% na detecção de câncer. O presente trabalho está inserido em um projeto que pretende verificara aplicabilidade do uso da termografia na identificação precoce de câncer de mama em climatropical e efetua uma comparação entre a análise numérica da transferência de calor na mama,através de uma simulação computacional, onde inicialmente foi utilizado um modelo bidi-mensional. Em seguida, efetua uma análise tridimensional simplificada usando o programa comercial de CFD, o FLUENT, que usa o Método dos Volumes Finitos para resolver a Equa-ção de Biotransferência de Calor (BHTE). Estas ferramentas possibilitam uma comparaçãoentre os valores das temperaturas, medidas através de imagens de infravermelho, e aquelas calculadas através de simulações computacionais. A análise tridimensional é efetuadacom geometrias bastante simplificadas. Apesar disto, obteve-se uma boa precisão na temperatura máxima dos tumores, quando comparada com a obtida pela termografia. Portanto o presente trabalho fornece subsídios para uma comparação posterior mais realista, após a reconstrução da imagem tridimensional real de uma mama, através de ferramentas de CAD

O uso da mecânica de fluidos computacional no estudo de processos envolvendo o escoamento de fluidos poliméricos está cada vez mais presente nas indústrias de transformação de polímeros. Um código computacional voltado a esta função, para que possa ser aplicado com sucesso, deve levar a predições mais próximas possível da realidade (modelagem), de uma forma relativamente rápida e eficiente (simulação). Em relação à etapa de modelagem, o ponto chave é a seleção de uma equação constitutiva que represente bem as características reológicas do fluido, dentre as diversas opções existentes. Para a etapa de simulação, ou seja, a resolução numérica das equações do modelo, existem diversas metodologias encontradas na literatura, cada qual com suas vantagens e desvantagens. Neste tópico se enquadra o trabalho em questão, que propõe uma nova metodologia para a resolução das equações governantes do escoamento de fluidos viscoelásticos. Esta se baseia no método dos volumes finitos, usando o arranjo co-localizado para as variáveis do problema, e na utilização de aproximações de alta ordem para os fluxos médios lineares e não-lineares e para outros termos não lineares que surgem da discretização das equações constitutivas. Nesta metodologia, trabalha-se com os valores médios das variáveis nos volumes durante todo o processo de resolução, sendo que os valores pontuais são obtidos ao final do procedimento via deconvolução. A solução do sistema de equações não lineares, resultante da discretização das equações, é feita de forma simultânea, usando o método de Newton São mostrados então, resultados da aplicação da metodologia proposta em problemas envolvendo escoamentos de fluidos newtonianos e fluidos viscoelásticos. Para descrever o comportamento reológico destes últimos, são usadas duas equações constitutivas, que são o modelo de Oldroyd-B e o modelo de Phan-Thien-Tanner Simplificado. Por estes resultados pode-se ver que a metodologia é muito promissora, apresentando algumas vantagens frente às metodologias convencionais em volumes finitos. A implementação atual da metodologia desenvolvida está restrita a malhas uniformes e, consequentemente, soluções para problemas com geometrias complexas, que necessitam de refinamento localizado da malha, foram obtidas somente para baixos números de Weissenberg, devido a limitação do custo computacional. Esta restrição pode ser contornada, tornando o seu uso competitivo.

Dissertação (mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico. / Made available in DSpace on 2012-10-17T19:25:19Z (GMT). No. of bitstreams: 0Bitstream added on 2014-09-25T18:26:04Z : No. of bitstreams: 1 172944.pdf: 2245953 bytes, checksum: 21d140f74d46e0aa76e28536075c69ea (MD5) / A previsão teórica de escoamentos compressíveis geralmente é feita admitindo-se a hipótese de fluido caloricamente perfeito. Quando as temperaturas alcançadas pelo escoamento são elevadas deve-se utilizar hipóteses mais realísticas, que contemplam as variações dos calores específicos e da composição química. Nesta dissertação são apresentados os modelos matemático e numérico empregados para simular os escoamentos congelado e em equilíbrio químico local no interior de bocais do tipo convergente-divergente. O modelo matemático quase-unidimensional é constituído pelas equações de conservação da massa, da quantidade de movimento linear e da energia, além da equação de estado dos gases perfeitos. Como a equação de conservação da energia é escrita em termos da entalpia, também é utilizada uma expressão que relaciona essa propriedade com a temperatura e pressão. O método das constantes de equilíbrio é empregado para determinar a composição química. O modelo numérico, baseado no método dos volumes finitos com solução segregada, utiliza uma formulação adequada a qualquer regime de velocidade e funções de interpolação de segunda ordem aplicadas com correção adiada. O objetivo do trabalho, utilizar o método dos volumes finitos para simular escoamentos em equilíbrio químico local, é alcançado com êxito. Os resultados aqui obtidos concordam bem com os da solução analítica para fluidos caloricamente perfeitos e com os do programa NASA SP-273 para escoamentos congelado e em equilíbrio químico local.

Tese (doutorado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico, Programa de Pós-Graduação em Engenharia Mecânica, Florianópolis, 2011 / Made available in DSpace on 2012-10-25T18:36:03Z (GMT). No. of bitstreams: 1 298015.pdf: 10618285 bytes, checksum: 844ad2734e2c44f9d9fdd308ecbf67f0 (MD5) / Nas últimas duas décadas, pesquisas sobre a aplicação de métodos numéricos que utilizam o conceito de volume de controle, na área estrutural, tem sido foco de diversos trabalhos. Este trabalho, por sua vez, faz um apanhado abrangente de diversas referências nesta área, buscando caracterizar de uma forma mais clara o que foi desenvolvido até o momento em termos de volumes finitos aplicados a problemas de mecânica estrutural. Além disso, procura desenvolver uma documentação detalhada, sobre o procedimento de discretização do problema utilizando a técnica de Volumes Finitos Baseado em Elementos (EbFVM), onde consta os conceitos físicos, matemáticos e computacionais envolvidos. A seguir, apresenta uma série de novos testes, na maioria deles ainda não constantes na literatura, são resolvidos alguns problemas convenientemente escolhidos, os quais verificam o desempenho do método juntamente com os testes. Assim, como ocorre nas referências consultadas, os resultados aqui apresentados se demonstraram promissores e encorajadores, no sentido de que o método se demonstra estável e coerente em relação a soluções-referências disponíveis, tanto com relação às variáveis primárias (deslocamentos) como nas variáveis recuperadas (tensões), também apresenta uma implementação numérica e computacional relativamente simples. Além disso, o principal elemento impulsionador do trabalho nesta área tem sido a solução de problemas de multifísica, como é o caso da interação fluido-estrutura. O trabalho conclui com uma análise detalhada dos testes e problemas propostos, mostrando que os resultados obtidos são equiparados com as soluções fornecidas pelo método de elementos finitos lineares e apresentam baixíssimos erros quando comparados com soluções analíticas. Por fim, o EbFVM é recomendado para soluções de problemas estruturais. / In the last two decades, research on the application of numerical methods using the concept of control volume to the structural area has been the focus of several works. This study provides a comprehensive overview of various references in this area, seeking to characterize more clearly what has been developed on the application of the finite volume method to problems of structural mechanics. It also aims at developing a detailed documentation on the discretization procedure of the problem using the Element based Finite Volume Method (EbFVM), encompassing physical, mathematical and computational concepts. This work presents a series of new verification tests, most of which still not reported in the literature. The test problems were carefully defined in order to verify the performance of the method against analytical solutions and the finite element method. The computational implementation proposed in this work is relatively simples and the simulations have shown promising and encouraging results, yielding stable and consistent solutions with respect to both displacements and nodal stresses (obtained using stress recovery techniques). Based upon the aforementioned assessment, the EbFVM was found suitable to application to structural problems in large scale computation and also in multi-physics problems

Este trabalho tem como objetivo principal determinar a troca de calor em uma torre de resfriamento de grande porte, do tipo seca. A força motriz deste sistema é o empuxo resultante da diferença de temperatura entre o ar interior e exterior da torre. A partir de uma certa velocidade o vento externo também desempenha um papel importante. A convecção natural ocorre em regime turbulento, devido às grandes dimensões. A modelagem numérica é feita pelo Método dos Volumes Finitos com malhas criadas sobre Elementos Finitos, através dos softwares comerciais Fluent e CFX. Os resultados são obtidos para diferentes potências dissipadas no trocador de calor. A partir dos resultados são realizados estudos sobre a viabilidade de mudanças na geometria da torre, a fim de se obter melhorias no escoamento, bem como uma troca de calor mais eficiente. Faz-se ainda uma regressão a fim de obter correlações entre a potência dissipada no trocador de calor e a vazão mássica de ar necessária para a troca. Estas correlaçõoes são de utilidade, para aplicações posteriores, na implantação de um simulador para o processo de troca de calor nesta torre. O trocador de calor também é enfocado a fim de se determinar o coeficiente global de troca térmica, a fim de disponibilizá-lo para aplicação em outros trabalhos