Este trabalho discute a questão da interação entre o casco do navio e o propulsor em funcionamento conjunto, e sua simulação por ferramentas computacionais. O texto se concentra em descrever os principais efeitos dessa interação, as principais dificuldades em se estimar esses efeitos, os métodos tradicionalmente usados, e como ferramentas computacionais podem ser aplicadas de maneira vantajosa. No texto também pode ser encontrada uma análise crítica dos métodos mais comuns e dos resultados, baseada em trabalhos de diversos autores, publicados nacional e internacionalmente. É apresentado o método dos volumes finitos, usado nesta pesquisa, algumas de suas particularidades principais, vantagens e desvantagens, e os resultados das simulações realizadas, interpretados à luz dos valores experimentais usados para comparação e das limitações do método dos Volumes Finitos. A comparação é feita analisando-se grandezas integrais, como a resistência do casco ou o empuxo do propulsor; e também as características do escoamento, como o perfil de velocidade na esteira, presença de vórtices, e outras estruturas típicas. Os resultados obtidos têm a mesma ordem de precisão dos que tem sido obtidos por outros pesquisadores, internacionalmente, e são coerentes qualitativamente; mas algumas questões referentes aos modelos físico e numérico escolhidos ainda limitam a precisão dos resultados e restringem sua adoção em atividades de engenharia. Entretanto, diversas características observadas no escoamento contribuem para aumentar o conhecimento de alguns fenômenos envolvidos no problema. / This work is about the hull and propeller interaction in joint functioning, and its simulation by computational tools. The text concentrates in describing the main effects of such interaction, the main difficulties in the estimation of these effects, the methods traditionally adopted, and how computational tools can be applied in advantageous way. A critical analysis of the most common methods and results, based on paperworks of several different authors worldwide, can also be found. The Finite Volumes method, used in this research, is presented - its main issues, advantages and disadvantages, and the simulations outcomes, compared to the experimental values and explained by the knowledge of the Finite Volumes method limitations. The comparison is made by means of both integral values, such as the hull\'s resistance or the propeller thrust; as well as the characteristics of the flow, like the wake velocity profile, presence of vortex, and other typical structures. The results shows the same error band than the ones which has been obtained by other researchers, worldwide, and most of the typical characteristics of the flow were observed. But some issues concerned to the chosen physical and numerical models still limit the precision of the outcomes, and restrict the application of such models at engineering activities. But several insights about the flow, obtained at this study, can be useful to the understanding of some phenomena involved in the propeller operation.

The present thesis is focused on the development of a thorough mathematical modelling and computational solution framework aimed at the numerical simulation of journal and sliding bearing systems operating under a wide range of lubrication regimes (mixed, elastohydrodynamic and full film lubrication regimes) and working conditions (static, quasi-static and transient conditions). The fluid flow effects have been considered in terms of the Isothermal Generalized Equation of the Mechanics of the Viscous Thin Films (Reynolds equation), along with the massconserving p-Ø Elrod-Adams cavitation model that accordingly ensures the so-called JFO complementary boundary conditions for fluid film rupture. The variation of the lubricant rheological properties due to the viscous-pressure (Barus and Roelands equations), viscous-shear-thinning (Eyring and Carreau-Yasuda equations) and density-pressure (Dowson-Higginson equation) relationships have also been taken into account in the overall modelling. Generic models have been derived for the aforementioned bearing components in order to enable their applications in general multibody dynamic systems (MDS), and by including the effects of angular misalignments, superficial geometric defects (form/waviness deviations, EHL deformations, etc.) and axial motion. The bearing exibility (conformal EHL) has been incorporated by means of FEM model reduction (or condensation) techniques. The macroscopic in fluence of the mixedlubrication phenomena have been included into the modelling by the stochastic Patir and Cheng average ow model and the Greenwood-Williamson/Greenwood-Tripp formulations for rough contacts. Furthermore, a deterministic mixed-lubrication model with inter-asperity cavitation has also been proposed for full-scale simulations in the microscopic (roughness) level. According to the extensive mathematical modelling background established, three significant contributions have been accomplished. Firstly, a general numerical solution for the Reynolds lubrication equation with the mass-conserving p - Ø cavitation model has been developed based on the hybridtype Element-Based Finite Volume Method (EbFVM). This new solution scheme allows solving lubrication problems with complex geometries to be discretized by unstructured grids. The numerical method was validated in agreement with several example cases from the literature, and further used in numerical experiments to explore its exibility in coping with irregular meshes for reducing the number of nodes required in the solution of textured sliding bearings. Secondly, novel robust partitioned techniques, namely: Fixed Point Gauss-Seidel Method (PGMF), Point Gauss-Seidel Method with Aitken Acceleration (PGMA) and Interface Quasi-Newton Method with Inverse Jacobian from Least-Squares approximation (IQN-ILS), commonly adopted for solving uid-structure interaction problems have been introduced in the context of tribological simulations, particularly for the coupled calculation of dynamic conformal EHL contacts. The performance of such partitioned methods was evaluated according to simulations of dynamically loaded connecting-rod big-end bearings of both heavy-duty and high-speed engines. Finally, the proposed deterministic mixed-lubrication modelling was applied to investigate the in fluence of the cylinder liner wear after a 100h dynamometer engine test on the hydrodynamic pressure generation and friction of Twin-Land Oil Control Rings. / O presente trabalho é focado no desenvolvimento de uma modelagem matemática abrangente e um conjunto de ferramentas computacionais destinadas à simulação numérica de mancais hidrodinâmicos sujeitos a diferentes regimes de lubrificação (misto, elastohidrodin^amico e completamente hidrodinâmico) e condições operacionais (estático, quasi-estático e transiente). O escoamento do fluido lubrificante é descrito matematicamente através da Equação Generalizada da Mecânica dos Filmes Finos Viscosos (equação de Reynolds), juntamente com o modelo de cavitação p - Ø proposto por Elrod-Adams que incorpora automaticamente as condições de contorno complementares de JFO para a completa conservação dos fluxos mássicos na presença de ruptura de filme lubricante (cavitação). As variações das propriedades reológicas do lubrificante devido aos efeitos de piezo-viscosidade (equação de Barus e Roelands), \\shear-thinning\" (equações de Eyring e Carreau-Yasuda) e piezo-densidade (equação de Dowson-Higginson) são também contempladas na modelagem. Modelos genéricos de mancais de deslizamento s~ao propostos de forma a possibilitar suas aplicações em problemas de dinâmica multicorpos, assim como a consideração dos efeitos de desalinhamento angular, defeitos de superfícies (forma/ondulação, deformações EHL, etc.) e movimento axial. A flexibilidade dos mancais em situações envolvendo elastohidrodinâmica é incorporada por meio de técnicas de condensação de sistemas empregadas no MEF. A in fluência na escala macroscópica dos fenômenos de lubrificação mista é incluída na modelagem através das formulações estatísticas de Patir & Cheng para a perturbação do escoamento devido à rugosidade das superfícies, e Greenwood-Williamson/Greenwood-Tripp para o contato rugoso. Adicionalmente, um modelo determinístico é também proposto no trabalho de forma a possibilitar simulações do regime misto de lubrificação diretamente na escala (microscópica) de rugosidade. A partir da extensa modelagem matemática desenvolvida, três principais contribuições são propostas. Inicialmente, uma formulação genérica para a solução da equação de Reynolds com o modelo de cavitação p - Ø foi desenvolvida de acordo com o Método dos Volumes Finitos Baseado em Elementos (MVFbE). Este novo método permite a solução de problemas de lubrificação com geometrias complexas e discretizados por malhas não estruturadas.O método foi validado a partir da comparação com diversos exemplos da literatura, e posteriormente utilizado para a simulação de mancais texturizados. A segunda contribuição da pesquisa diz respeito à proposição de técnicas mais robustas e estáveis para a solução particionada do problema fluido-estrutura estabelecido em contatos EHL conformes. As técnicas de acoplamento apresentadas são: Método de Gauss-Seidel com Ponto Fixo (PGMF), Método de Gauss-Seidel com Aceleração de Aitken (PGMA) e Método de Quasi-Newton de Interface (IQN-ILS). O desempenho de tais métodos foi avaliado por meio de simulações dinâmicas de dois mancais de biela, o primeiro utilizado em motores de combustão interna (MCI) de alta velocidade (high-speed engine), e o segundo em motores sujeitos a elevado carregamento (heavy-duty diesel engine). Finalmente, a modelagem determinística proposta para o regime misto de lubri- ficação foi aplicada na investigação da influência do desgaste superficial de cilindros de motores de combustão interna, obtidos após 100h de teste em dinamômetro, na geração de sustentação hidrodinâmica e atrito em anéis de controle de óleo (TLOCRs).

Orientador: Mansur, Sergio Said / Coorientador: Militzer, Julio / Banca: Silva, João Batista Campos / Banca: Saito, Marcelo Batista / Resumo: O jato impingente constitui um problema clássico da mecânica dos fluidos, cuja dinâmica é fortemente dependente do número de Reynolds, do grau de confinamento e de outros parâmetros que caracterizam geometricamente o problema. No presente trabalho, jatos impingentes com diferentes níveis de confinamento foram investigados numericamente. Para tanto, utilizou-se um código computacional baseado no método dos volumes finitos, que resolve as equações de Navier-Stokes escritas em coordenadas cilíndricas bidimensionais. Com a finalidade de diminuir custos computacionais, a simetria azimutal do problema foi considerada na definição do domínio de cálculo. O disco frontal, sobre o qual incide o jato, foi modelado de duas formas distintas: a) com o auxílio do método da fronteira imersa baseado no modelo físico virtual ou b) mediante a imposição de viscosidade infinita na região por ele ocupada. A comparação entre resultados destas simulações permitiram avaliar a eficiência do método da fronteira imersa, no que diz respeito ao tempo de cálculo e à sua capacidade para representar fisicamente o problema abordado. Além disso, testes de performance do código foram também realizados utilizando-se diferentes esquemas de transporte advectivo - power law, upwind, central difference e híbrido. Simulações foram realizadas variando-se o diâmetro de ambos os discos (impingente e confinante), o afastamento entre eles e o número de Reynolds do escoamento. Para a representação de escoamentos com números de Reynolds elevados, a metodologia de simulação de grandes escalas foi implementada, com o uso da modelagem clássica de Smagorinsky e da função de amortecimento de van Driest / Abstract: The impingent jet is a classical problem of fluid mechanics, whose dynamics is strongly dependent on the Reynolds number, the confinement level and other parameters that characterize the geometrically problem. In this study impingent jets with different confinement levels have been numerically investigated. For this purpose, an in-house computational code based on finite volume method, which solves the Navier-Stokes equations written in two-dimensional cylindrical coordinates has been used. To save computational costs the problem has been treated as azimuthally symmetrical. The frontal disc was modeled in two different ways: a) by means of an immersed boundary method based on the virtual physical model b) by imposing infinite viscosity in the region occupied by the disc. Comparison among results has allowed to evaluate the performance of the immersed boundary method in terms of computational costs and ability to represent the physical features of the flow. Besides, tests of the code performance have also been carried out employing different advective schemes, i.e. power law, upwind, central difference, and hybrid. Simulations have been performed by varying the diameter of both disks (impingent and confining), the gap between them, and the Reynolds number. To represent turbulent flows, Large Eddy Simulation has been implemented in the code, using the classical Smagorinsky model and the damping function of van Driest / Mestre

Made available in DSpace on 2016-12-23T14:08:11Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Dissertacao de Mestrado - Santorio.pdf: 761770 bytes, checksum: 86b46f222321b69ee27655705bc85bff (MD5) Previous issue date: 2002-12-17 / In this report, a new scheme of discretization for the method of finite bulks, called FLEX which was proposed for a simulation of problems ruled by differential equations as type of elliptic and hyperbolic. Its performance was appraised through tests from the literature of numeric methods and through tests developed for all the report. The new scheme showed features of convergence and compatible and comparable stabilities to the traditional schemes of Central Difference, Power Law and Flux-Spline . Its accuracy appeared to depend on the type de physical problem. Physical problems ruled by differential partial elliptic equations implied convectiondiffusion which owns a distribution of the variable flux like one purpose by the FLEX scheme which showed a solution with the level of the error minor, in comparison with the remaining schemes. In the traditional problems case of this class, where there isn t the presence with this specific featuring the results proved to be intermediaries. To hyperbolic problems even with a poor discretization within limits of finite difference to the transient term the new scheme appeared interesting features for a simulation of this kind of phenomena in the same sense to non-refined mails to converge to the solution of reference in the rate greater than the others two schemes which were mentioned here and used in the comparison. / Neste trabalho, um novo esquema de discretização, para o método de volumes finitos, denominado FLEX, foi proposto para a simulação de problemas governados por equações diferenciais do tipo elíptico e hiperbólico. Seu desempenho foi avaliado através de problemas testes oriundos da literatura de métodos numéricos e por testes construídos ao longo do trabalho. O novo esquema mostrou características de convergência e estabilidade compatíveis e comparáveis aos esquemas tradicionais de Diferença Central, Power Law e Flux-Spline. Sua precisão mostrou-se depender do tipo de problema físico. Problemas físicos governados por equações diferenciais parciais elípticas envolvendo convecção-difusão, que possuem uma distribuição da variável fluxo, similar àquela proposta pelo esquema FLEX, apresentaram uma solução com um nível de erro menor, em comparação com os esquemas restantes. No caso de problemas tradicionais desta classe, onde não haja a presença de tal característica específica, os resultados se mostraram intermediários. Para problemas hiperbólicos, mesmo com uma pobre discretização em termos de diferença finita para o termo transiente, o novo esquema mostrou características interessantes para a simulação deste tipo de fenômeno, no sentido de, mesmo para malhas não refinadas, convergir para a solução de referência numa taxa maior que os dois outros esquemas aqui mencionados e usados na comparação.

Made available in DSpace on 2016-12-23T14:08:11Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Dissertacao de Mestrado - Santorio.pdf: 761767 bytes, checksum: 38b4688b7c7a1c1838e736c58f9e1ed6 (MD5) Previous issue date: 2002-12-17 / Neste trabalho, um novo esquema de discretização, para o método de volumes finitos, denominado FLEX, foi proposto para a simulação de problemas governados por equações diferenciais do tipo elíptico e hiperbólico. Seu desempenho foi avaliado através de problemas testes oriundos da literatura de métodos numéricos e por testes construídos ao longo do trabalho. O novo esquema mostrou características de convergência e estabilidade compatíveis e comparáveis aos esquemas tradicionais de Diferença Central, Power Law e Flux-Spline. Sua precisão mostrou-se depender do tipo de problema físico. Problemas físicos governados por equações diferenciais parciais elípticas envolvendo convecção-difusão, que possuem uma distribuição da variável fluxo, similar àquela proposta pelo esquema FLEX, apresentaram uma solução com um nível de erro menor, em comparação com os esquemas restantes. No caso de problemas tradicionais desta classe, onde não haja a presença de tal característica específica, os resultados se mostraram intermediários. Para problemas hiperbólicos, mesmo com uma pobre discretização em termos de diferença finita para o termo transiente, o novo esquema mostrou características interessantes para a simulação deste tipo de fenômeno, no sentido de, mesmo para malhas não refinadas, convergir para a solução de referência numa taxa maior que os dois outros esquemas aqui mencionados e usados na comparação. / In this report, a new scheme of discretization for the method of finite bulks, called FLEX which was proposed for a simulation of problems ruled by differential equations as type of elliptic and hyperbolic. Its performance was appraised through tests from the literature of numeric methods and through tests developed for all the report. The new scheme showed features of convergence and compatible and comparable stabilities to the traditional schemes of Central Difference, Power Law and Flux-Spline . Its accuracy appeared to depend on the type de physical problem. Physical problems ruled by differential partial elliptic equations implied convectiondiffusion which owns a distribution of the variable flux like one purpose by the FLEX scheme which showed a solution with the level of the error minor, in comparison with the remaining schemes. In the traditional problems case of this class, where there isn t the presence with this specific featuring the results proved to be intermediaries. To hyperbolic problems even with a poor discretization within limits of finite difference to the transient term the new scheme appeared interesting features for a simulation of this kind of phenomena in the same sense to non-refined mails to converge to the solution of reference in the rate greater than the others two schemes which were mentioned here and used in the comparison.

Made available in DSpace on 2014-06-12T17:36:05Z (GMT). No. of bitstreams: 2 arquivo2293_1.pdf: 5284544 bytes, checksum: 98b62391a7b9cf3c490a1dd02e905d21 (MD5) license.txt: 1748 bytes, checksum: 8a4605be74aa9ea9d79846c1fba20a33 (MD5) Previous issue date: 2008 / Agência Nacional do Petróleo, Gás Natural e Biocombustíveis / A busca por técnicas de alto desempenho por engenheiros e pesquisadores no campo da simulação numérica em reservatórios de petróleo é um caminho que vem sendo percorrido desde o início da década de 1950 com o advento dos primeiros computadores digitais. Prever o comportamento de um reservatório ao longo de sua vida produtiva e extrair a máxima quantidade de hidrocarbonetos economicamente viável é uma tarefa que exige um conhecimento mais detalhado das características dos fluidos (líquidos e/ou gasosos) e do meio poroso por onde escoam. A modelagem matemática da física envolvida no escoamento de fluidos em meios porosos resulta em equações diferenciais parciais (EDPs) nãolineares que apenas apresentam soluções analíticas em casos muito simplificados. Métodos numéricos como os de diferenças finitas e de volumes finitos, e mais recentemente de elementos finitos, têm sido aplicados neste campo e exigem um tratamento especial quando se deseja empregá-los em simulações com o auxílio de computadores paralelos partindo desde a fase de pré-processamento, passando pela estrutura de dados do simulador, até a resolução das equações discretas. O uso de computadores paralelos de memória distribuída é apresentado como uma ferramenta de alto desempenho que pode permitir uma redução significativa no tempo total de simulação ou pode viabilizar a simulação de problemas de grande porte, ou seja, problemas que excedem a capacidade de memória de uma única máquina devido a enorme quantidade de dados envolvidos. Neste trabalho, é apresentado um simulador de reservatórios de petróleo paralelo desenvolvido em C++ e que faz uso de pacotes gratuitos de código aberto voltados à programação paralela como FMDB, ParMetis e Petsc que desempenham tarefas específicas importantes como o gerenciamento de malhas distribuídas, o balanço de carga entre processadores e a utilização de resolvedores (solvers) iterativos paralelos, respectivamente. Uma formulação de volumes finitos centrada nos vértices e baseadas em uma estrutura de dados por arestas (Carvalho, 2005), aqui chamada de EBFV1 (Edge Based Finite Volume), é utilizada na discretização das equações governantes para simular o escoamento incompressível óleo-água em meios porosos heterogêneos e anisotrópicos tanto em malhas de triângulos quanto de tetraedros. Nesta formulação, a heterogeneidade do meio está associada a subdomínios. O método de integração no tempo IMPES (IMplicit Pressure Explicit Saturation) é adotado nas simulações em conjunto com um procedimento adaptativo no passo de tempo (Hurtado et al., 2006). Uma segunda formulação de volumes finitos (EBFV2) também com volumes de controle centrados nos vértices e onde a heterogeneidade do meio está associada aos elementos da malha é apresentada e comparada com a formulação EBFV1 para tratar problemas elípticos em malhas 2-D. Exemplos obtidos da literatura e tratados por outras formulações de volumes finitos são usados para avaliar o erro e a taxa de convergência para malhas com diferentes níveis de refinamento. Mostram-se como as duas formulações são capazes de lidar com problemas envolvendo meios porosos com razão de heterogeneidade e anisotropia elevada

Made available in DSpace on 2014-06-12T17:39:56Z (GMT). No. of bitstreams: 2 arquivo7546_1.pdf: 4605862 bytes, checksum: 4ed4e70877f0b091f38b763ca545e9b2 (MD5) license.txt: 1748 bytes, checksum: 8a4605be74aa9ea9d79846c1fba20a33 (MD5) Previous issue date: 2007 / A hipertermia é um dos procedimentos médicos usados para tratar diversos tumores não-operáveis. Alguns tumores da próstata encontram-se nessa categoria, podendo ser submetidos, por exemplo, à radiofreqüência. Este procedimento pode elevar a temperatura em tecidos sadios vizinhos ao tumor, chegando a causar dano térmico aos mesmos. A dificuldade na medição das temperaturas in vivo motivou o desenvolvimento de um modelo numérico bidimensional para cálculo do campo de temperaturas na região de interesse, usando o método dos volumes finitos (MVF), aplicado a malhas não-estruturadas. Para tal, foram usadas a Equação da Biotransferência de Calor (BHTE) e a função dano térmica. Estudos anteriores efetuaram cálculos transitórios de temperaturas em tumores de duodeno irradiados por fontes de laser, a partir de imagens obtidas em um atlas médico. No presente trabalho, foi desenvolvido um processo de aquisição de pontos do domínio das imagens de forma semi-automática, além de dar início ao uso de imagens reais, no caso uma imagem de ressonância magnética (RM) de um tumor de próstata. Estes dois pontos significam uma melhoria em relação ao processo anteriormente adotado, no qual a definição do domínio era feita manualmente, através de um programa de CAD. Tal melhoria faz com que alguns possíveis erros envolvidos na simulação numérica sejam minimizados. Para a obtenção dos pontos das regiões da imagem foi desenvolvido o programa APID Aquisição de Pontos em Imagens Digitais, utilizando a plataforma MATLAB. Nesta plataforma, foi desenvolvida uma interface gráfica com o usuário, onde os pontos do contorno das regiões a serem analisadas são adquiridos de forma mais automatizada, se comparada com a metodologia anteriormente utilizada. Em seguida, utilizando um gerador bidimensional de malhas não-estruturadas, denominado GERAMIX, é gerada a malha nos domínios pré-estabelecidos e as temperaturas são calculadas utilizando o programa HEATFVM2D, desenvolvido neste programa de pós-graduação. A técnica desenvolvida permite obter o campo de temperaturas de forma precisa, desde que se utilizem imagens radiográficas reais do tumor, independentemente de sua forma. São também necessários dados reais sobre a fonte de calor utilizada no processo de hipertermia e de parâmetros físicos dos tecidos vivos. A idéia subjacente desenvolvida no presente trabalho é se obter uma distribuição de temperaturas a partir daquela já conhecida, usando técnicas Monte Carlo (MC), ou seja, utilizando uma função densidade de probabilidade uniforme bidimensional, onde a média e o desvio padrão são ajustados para os valores anteriormente calculados. Finalmente, é feita uma avaliação dos resultados obtidos utilizando cada um dos métodos numéricos: o MVF e o MC

Made available in DSpace on 2014-06-11T19:23:38Z (GMT). No. of bitstreams: 0 Previous issue date: 2011-10-11Bitstream added on 2014-06-13T19:47:44Z : No. of bitstreams: 1 barbosa_is_me_ilha.pdf: 2113993 bytes, checksum: 6a83caac772eb27b9cfa05adca637b69 (MD5) / Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico (CNPq) / O jato impingente constitui um problema clássico da mecânica dos fluidos, cuja dinâmica é fortemente dependente do número de Reynolds, do grau de confinamento e de outros parâmetros que caracterizam geometricamente o problema. No presente trabalho, jatos impingentes com diferentes níveis de confinamento foram investigados numericamente. Para tanto, utilizou-se um código computacional baseado no método dos volumes finitos, que resolve as equações de Navier-Stokes escritas em coordenadas cilíndricas bidimensionais. Com a finalidade de diminuir custos computacionais, a simetria azimutal do problema foi considerada na definição do domínio de cálculo. O disco frontal, sobre o qual incide o jato, foi modelado de duas formas distintas: a) com o auxílio do método da fronteira imersa baseado no modelo físico virtual ou b) mediante a imposição de viscosidade infinita na região por ele ocupada. A comparação entre resultados destas simulações permitiram avaliar a eficiência do método da fronteira imersa, no que diz respeito ao tempo de cálculo e à sua capacidade para representar fisicamente o problema abordado. Além disso, testes de performance do código foram também realizados utilizando-se diferentes esquemas de transporte advectivo - power law, upwind, central difference e híbrido. Simulações foram realizadas variando-se o diâmetro de ambos os discos (impingente e confinante), o afastamento entre eles e o número de Reynolds do escoamento. Para a representação de escoamentos com números de Reynolds elevados, a metodologia de simulação de grandes escalas foi implementada, com o uso da modelagem clássica de Smagorinsky e da função de amortecimento de van Driest / The impingent jet is a classical problem of fluid mechanics, whose dynamics is strongly dependent on the Reynolds number, the confinement level and other parameters that characterize the geometrically problem. In this study impingent jets with different confinement levels have been numerically investigated. For this purpose, an in-house computational code based on finite volume method, which solves the Navier-Stokes equations written in two-dimensional cylindrical coordinates has been used. To save computational costs the problem has been treated as azimuthally symmetrical. The frontal disc was modeled in two different ways: a) by means of an immersed boundary method based on the virtual physical model b) by imposing infinite viscosity in the region occupied by the disc. Comparison among results has allowed to evaluate the performance of the immersed boundary method in terms of computational costs and ability to represent the physical features of the flow. Besides, tests of the code performance have also been carried out employing different advective schemes, i.e. power law, upwind, central difference, and hybrid. Simulations have been performed by varying the diameter of both disks (impingent and confining), the gap between them, and the Reynolds number. To represent turbulent flows, Large Eddy Simulation has been implemented in the code, using the classical Smagorinsky model and the damping function of van Driest

Submitted by Emanuel Varela Cardoso (emanuel.varela@ufcg.edu.br) on 2018-06-12T19:31:20Z No. of bitstreams: 1 KALINA LÍGIA CAVALCANTE DE ALMEIDA FARIAS AIRES – TESE (PPGEP) 2016.pdf: 7086376 bytes, checksum: ce8ee772605ddf2f1d7b2f7bfe772b8f (MD5) / Made available in DSpace on 2018-06-12T19:31:20Z (GMT). No. of bitstreams: 1 KALINA LÍGIA CAVALCANTE DE ALMEIDA FARIAS AIRES – TESE (PPGEP) 2016.pdf: 7086376 bytes, checksum: ce8ee772605ddf2f1d7b2f7bfe772b8f (MD5) Previous issue date: 2016-08-26 / No presente trabalho, foi realizado um estudo acerca da desidratação osmótica e secagem convectiva de maçã, cortada em forma de paralelepípedo, descrita por meio de modelos difusivos, considerando-se o encolhimento da fruta e a difusividade de massa variável. A solução numérica da equação de difusão tridimensional em coordenadas cartesianas foi obtida através do método dos volumes finitos, com uma formulação totalmente implícita e condição de contorno de primeiro tipo. Experimentos laboratoriais de desidratação osmótica, em solução de sacarose, e secagem convectiva, foram realizados em diversas condições operacionais, aplicando-se uma determinada metodologia. Um código computacional foi desenvolvido na linguagem FORTRAN, composto por um otimizador, baseado no método inverso, acoplado à solução numérica da equação de difusão , com interface gráfica . O programa referente à solução numérica fornece a cinética da transferência de massa de água ou de sacarose, quando são conhecidos os parâmetros de processo. Os parâmetros de processo são determinados por otimização usando um conjunto de dados experimentais, através da minimização de uma função objetivo, denominada qui-quadrado. Vários testes de validação do programa computacional foram executados, os quais apresentaram resultados satisfatórios e coerentes quando comparados com a literatura. Para a secagem convectiva, a condição de contorno de terceiro tipo foi considerada mais adequada . Foram apresentados os resultados das cinéticas relativas à desidratação osmótica (água e sacarose) e à secagem convectiva. A temperatura de processo e a concentração da solução osmótica exerceram influência sobre os dois fenômenos, porém, a temperatura foi preponderante. Foi realizado um estudo da distribuição de massa de água e sacarose durante a desidratação osmótica e da distribuição de água, durante a secagem convectiva. Os resultados obtidos através dos modelos matemáticos que consideraram a difusividade variável e o encolhimento tiveram uma maior adequação aos dados experimentais. / In the present work, a study was conducted on the osmotic dehydration and convective drying of apple, sliced in parallelepiped shape, described by diffusion models, considering fruit shrinkage and variable mass diffusivity. The numerical solution of three -dimensional diffusion equation in Cartesian coordinates has been obtained by the method of finite volumes with fully implicit formulation and first kind boundary condition. The experiments on osmotic dehydration (sucrose solution) and convective drying were performed a t several operating conditions. A computer code was developed in FORTRAN, comprising an optimizer based on the inverse method, coupled with the numerical solution of the diffusion equation , with a graphical user interface. The program concerning the numerical solution provides the kinetics of the mass transfer of water or sucrose, when the process parameters are known. The process parameters for optimization are determined by using a set of experimental data, through minimizing an objective function, known as chi-square. Several validation tests have been performed on the program. These tests produced satisfactory and consistent results when compared to other experiments cited in the literature. For convective drying, the boundary condition of the third kind has been considered more appropriate. Results are presented on the kinetics of osmotic dehydration (water and sucrose) and convective drying. The process temperature and osmotic solution concentration had an impact on the two phenomena, but the temperature was most predominant. A study on mass distribution of water and sucrose during the osmotic dehydration and on water distribution during convective drying was accomplished. The results obtained through mathematical models , considering variable mass diffusivities and shrinkage proved to be a better match to the experimental data.

Orientador: Marcos Valério Ribeiro / Coorientador: Cláudio De Conti / Banca: Carlos de Oliveira Afonso / Banca: João Batista Turrioni / Resumo : A secagem de madeira é um importante processo no beneficiamento e utilização deste material. Através da retirada da água da madeira aumenta-se sua estabilidade dimensional, sua trabalhabilidade e sua resistência mecânica. Este trabalho tem por objetivo apresentar um modelo numérico para simular este processo com descrição da resolução deste modelo. Também como objetivo é apresentado uma simulação que possibilite o melhor entendimento do processo de secagem e a influencia das variáveis envolvidas. O modelo utilizado aqui envolve equações de transporte de calor e massa num plano bidimensional, e para sua resolução numérica o método dos volumes finitos, apropriado para equações destes tipos, fora utilizado. Ao aplicar esse método as equações são discretizadas e representadas por um sistema de equações lineares, onde as incógnitas descrevem a temperatura ou a umidade da madeira no centro de cada um dos volumes introduzidos na divisão do corpo de prova. Utilizou-se um código numérico no ambiente SCILAB 5.5.0, de licença livre, para a resolução deste sistema de equações resultante. O código apresentou perfis de temperatura e teor de umidade com comportamentos concordantes com os comportamentos relatados na literatura. Analisou-se a influência no tamanho da malha de volumes de controle e do tamanho do passo no tempo chegando-se a uma recomendação de uso de malhas superiores a 25x25 volumes de controle e passos de tempo inferiores a 240 minutos. Os resultados foram então comparados aos obtidos experimentalmente por Martinović et al. (2001). Obteve-se que a maior diferença entre os dados experimentais e os simulados para dois pontos diferentes da malha considerada, foi de 3,33% para a variável temperatura, e para o teor de umidade a maior diferença foi de 10,72%. Observou-se que as curvas obtidas com a simulação possuem o mesmo comportamento dos dados ... (Resumo completo, clicar acesso eletrônico abaixo) / Abstract: Drying wood is an important process for utilization of this material. By removing water, dimensional stability, workability and mechanical properties of lumber are increased. This paper aimed the presentation of a numeric model to simulate this process with its resolution. Also the paper aimed a simulation that could provide a better understanding of drying process and the influence of involved variables. The model used here involves transport equations of heat and mass in a two-dimensional plane, and for its numerical resolution, finite volume method, appropriate for these types equations, had been used. When applying this method the equations are discretized and represented by a system of linear equations, where the unknowns describe the temperature or humidity of the wood in the center of each of the volumes entering the division of the specimen. Were used a code in SCILAB 5.5.0 environment, free license, solving the equations. The program presented profiles of temperature and moisture content with behaviors consistent with the behavior reported in the literature. An analyze of the influence of the mesh size of the control volumes and the time step size were made and using higher 25x25 control volumes mesh and step time lower than 240 minutes is recommended. The results were compared to those obtained experimentally by Martinović et al. (2001). It was found that the biggest difference between the experimental and simulated data for two different grid points considered, was 3.33% for temperature, and moisture content was the biggest difference of 10.72%. It was observed that the curves obtained with the simulation have the same behavior of the experimental data. The simulation performed in this work describes the drying of European beech wood / Mestre