Mecânica dos Fluidos

CON10-1336 - A NEW POLYNOMIAL UPWIND CONVECTION SCHEME FOR FLUID FLOW SIMULATIONS
Corrêa, Laís¹; Lima, Giseli Aparecida Braz¹; Sartori, Patrícia¹; Candezano, Miguel Antonio Caro¹; Ferreira, Valdemir Garcia^1
1ICMC-USP (Instituto de Ciências Matemáticas e de Computacão - Universidade de São Paulo)
Resumo: The simulation of fluid flow problems involving strong convective character is a difficult problem to be solved and has attracted many researchers in the CFD community. In this scenario, we present in this work a new polynomial upwind scheme, called SDPUS-C1, for numerical solution of conservation laws and related fluid dynamics problems. The scheme is developed in the context of normalized variables (NV) of Leonard and satisfies the CBC and TVD stability criteria of Gaskell and Lau, and Harten, respectively. The scheme was implemented into the CLAWPACK and Freeflow codes. The numerical solutions obtained with this scheme can achieve second/third order of accuracy in smooth regions and first order near to discontinuities (shocks). The performance of the SDPUS-C1 is assessed in the solution of linear and nonlinear hyperbolic systems, such as shallow water, acoustics, and Euler equations. As application, the scheme is then used in the solution of incompressible Navier-Stokes equations in cylindrical coordinate system. From numerical results, one can clearly see that the SDPUS-C1 scheme is a robust tool for resolving both compressible and incompressible complex flow problems.
Palavras-chave: convective schemes; conservation laws; Navies-Stokes equations.
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CON10-1566 - ANÁLISE DE PROPRIEDADES INTENSIVAS DO ÓLEO DA CASTANHA DO CAJÚ
Rodrigues, Luanda Kívia de Oliveira¹; Lima, Rudson de Souza Lima¹; Ribeiro, Fernanda Alves¹; Mendes, Ubiragi Lima¹; Cavalcanti, Synara Lucien de Lima^1
1UFRN
Resumo: Este artigo, de caráter comparativo ao publicado no COBEM 2009, tem por objetivo analisar a densidade e a viscosidade do óleo in-natura da castanha de caju, uma vez que este tem suas propriedades alteradas com o tempo. Além da análise comparativa, a pesquisa avança para caracterização mais ampla com testes como os de ponto de fulgor, de combustão e fluidez, concomitante ao teste de desgaste relativo ao seu uso sem sistemas mecânicos. Desta forma, em três etapas de ensaios (extração e determinação de propriedades básicas; determinação propriedades específicas complementares e ensaio de desgaste), pôde-se obter e caracterizar o fluido de trabalho, fusão dos óleos da amêndoa e da casca da castanha. Assim, além de trabalhar com o que acredita-se ser uma fonte de óleo lubrificante economicamente viável, já que refere-se a um produto abundante na nossa região, também incentiva-se a engenharia limpa e a exploração do potencial local
Palavras-chave: OLEO DO CAJU; FLUIDEZ; PONTO DE FULGOR; PONTO DE COMBUSTÃO; LUBRIFICANTE.
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CON10-1835 - ANÁLISE DO COMBATE À INCRUSTAÇÃO ATRAVÉS DO FENÔMENO DA CAVITAÇÃO E PRESSÃO DINÂMICA
Lima, Rudson de Souza¹; Ribeiro, Fernanda Alves¹; Ford, Elmo Thiago Lins Cöuras¹; Mendes, José Ubiragi de Lima^1
1Universidade Federal do Rio Grande do Norte
Resumo: Existem dois fenômenos bastante relevantes presentes no transporte de fluidos: a incrustação e a cavitação. No setor petrolífero, em especial, a incrustação em dutos gera, entre outros problemas, altos custos de manutenção para desobstrução das passagens do óleo. A cavitação, que causa o efeito inverso ao da incrustação, acontece a partir de pequenas bolhas oriundas da tubulação posterior à bomba de indução de vazão, devido a uma queda de pressão no escoamento. O choque das bolhas, surgidas no processo de cavitação, nas paredes dos dutos provocam microtrincas que tendem a propagar-se provocando o desgaste da superfície destes. Em face do exposto, esse trabalho objetiva utilizar o processo de cavitação através de um controle de pressão para a destruição das incrustações provocadas pelo fluido, de modo que os fragmentos desprendidos sejam levados ao longo da tubulação pela pressão dinâmica associada ao escoamento. Para isto, o processo é simulado através de um sistema de tubulação incrustada com material parafínico (principal componente responsável pela incrustação em dutos de petróleo), no qual o fluido escoa à pressão e velocidade específicas equivalentes a situação real, possibilitando conclusões em função da idéia proposta.
Palavras-chave: Petróleo; Cavitação; Incrustação; Pressão Dinâmica.
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CON10-2032 - ANALISE DO COMPORTAMENTO HIDRODINÂMICO DE SISTEMAS DE ENCHIMENTO E ESVAZIAMENTO DE ECLUSAS DE NAVEGAÇÃO
Dalla Corte, Marcelo¹; Oliveski, Rejane de Cesaro¹; Marques, Marcelo Giulian²; Buffon, Franco^2
1Unisinos; ²UFRGS
Resumo: As comportas segmento invertida são muitas vezes utilizadas como controle de fluxo em sistemas de enchimento e esvaziamento de eclusas de navegação de alta queda. Objetivando o melhor entendimento da dinâmica do escoamento a jusante deste tipo de comporta, vem sendo realizada uma pesquisa que procura associar a modelagem numérica com a analise experimental, de forma a identificar as características do escoamento e possibilitar o desenvolvimento de soluções que evitem danos à estrutura uma vez que as mesmas estão submetidas a fenômenos hidráulicos nocivos (esforços extremos e cavitação entre outros). A comparação entre os resultados de pressão previstos pelo modelo numérico e os dados experimentais mostra que o modelo numerico reproduz com boa aproximaçao o escoamento através da comporta.
Palavras-chave: eclusa de navegação; comporta segmento invertida; simulação numérica; CFX.
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CON10-1051 - ANÁLISE DO DESEMPENHO DO MÉTODO MULTIGRID GEOMÉTRICO COM A FORMULAÇÃO FUNÇÃO DE CORRENTE E VELOCIDADE
Santiago, Cosmo Damião¹; Marchi, Carlos Henrique²; Souza, Leandro Franco de^3
1Universidade Tecnológica Federal do Paraná (UTFPR); ²Universidade Federal do Paraná (UFPR); ³Universidade de São Paulo
Resumo: O objetivo principal deste trabalho é implementar e analisar o desempenho do método multigrid com a formulação função de corrente e velocidade, forma alternativa recente para resolver as equações de Navier-Stokes e na qual ainda não foi testado o método multigrid. A metodologia é testada no problema clássico da cavidade quadrada com tampa móvel. A equação diferencial da função de corrente é discretizada com o método de diferenças finitas em malhas uniformes, com aproximações numéricas de segunda ordem de acurácia. O sistema de equações algébricas é resolvido com o solver successive over relaxation (SOR) associado ao método multigrid geométrico, com ciclo V e esquema de aproximação completa (FAS). As informações são transferidas entre as malhas com ponderação completa na restrição e interpolação bilinear na prolongação, utilizando-se razão de engrossamento dois. São apresentados resultados em função do número de pontos (N) da malha, número de iterações internas no solver, número de malhas (L) e número de Reynolds (Re). Verificou-se que o método multigrid na nova formulação tem desempenho semelhante a outras formulações.
Palavras-chave: diferenças finitas; Navier-Stokes; CFD; função de corrente.
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CON10-1996 - ANÁLISE DOS EFEITOS DE BORDA EM VISCOSÍMETROS DE QUEDA DE CILINDRO COM FLUIDOS VISCOPLÁSTICOS
ZANARDI, MAURICIO ARAUJO¹; CARVALHO, FABIO EDUARDO FERRAZ^1
1UNESP-CAMPUS DE GUARATINGUETÁ
Resumo: Existem diversos tipos de dispositivos que se prestam a medir as propriedades reológicas dos fluidos. Os mais comuns são os viscosímetros capilares ou de orifícios, os de cilindros ou cones rotativos, os de queda ou de rolamento de esferas, os de queda de agulha, cilindro ou tubos, entre outros. As formulações matemáticas para cada um destes dispositivos vêm sendo estudadas há bastante tempo, sendo bem estabelecidas quando se trata de fluidos newtonianos. Mais recentemente, estes estudos estão sendo direcionados para os vários tipos de fluidos não newtonianos. Os trabalhos encontrados normalmente na literatura tratam com cilindros longos para os quais os efeitos das bordas do cilindro são pequenos. Neste trabalho se estuda a queda de cilindros em fluidos newtonianos e não newtonianos, considerando o escoamento bidimensional e se compara os resultados com aqueles para cilindros infinitos
Palavras-chave: FLUIDOS VISCOPLASTICOS; MEDIDAS REOLOGICAS; VISCOSÍMETROS DE QUEDA DE CILINDRO.
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CON10-1991 - ANÁLISE NUMÉRICA DO ESCOAMENTO SOBRE UM VEÍCULO RODOVIÁRIO IDEALIZADO, CORPO DE AHEMED.
Silva, Cristiano Vitorino¹; Balestra, Gregori¹; Souza, Sandi I. S. de^2
1URI; ²UFRN
Resumo: No segmento da indústria brasileira, que atua no ramo da fabricação de automóveis, ônibus e caminhões, existe a necessidade do conhecimento detalhado das características do escoamento ao redor destes veículos de superfície (carros, caminhões, trens, motos, bicicletas, etc). Este conhecimento é importante durante a realização dos projetos de engenharia destes veículos, pois permite que ações no sentido de maximizar a eficiência energética sejam tomadas além de prever o comportamento das características dinâmicas do veiculo devido a alterações estruturais. Neste sentido os resultados experimentais obtidos em túneis de vento ou canais hidráulicos são de grande valia. No Brasil, mais precisamente na região noroeste do Rio Grande do Sul e oeste do Paraná, estão localizadas duas grandes montadoras de ônibus onde a utilização deste tipo de ensaio é pouco utilizado, senão desconhecido, certamente devido aos custos envolvidos. Uma alternativa para estas empresas montadoras de ônibus é a utilização da simulação numérica, CFD (computational Fluid Dynamic), que pode fornecer importantes informações do escoamento ao redor dos ônibus. Neste sentido este trabalho apresenta os esforços realizados para simular numericamente o escoamento sobre um veiculo rodoviário, utilizando como modelo físico idealizado o corpo de Ahmed, adotado pela indústria automobilística, e que possui grande quantidade de referência na literatura. Neste trabalho empregou-se a técnica de volumes finitos para solução das equações governantes, para tanto foi empregado o pacote ANSYS-CFX, e como resultados são apresentados: o arrasto de pressão e de atrito, campos de pressão e de velocidade, vetores de velocidade, linhas de corrente de velocidade e vorticidade, avaliações do comportamento da camada limite e seu descolamento, Yplus e as recirculações. Também comparações com soluções experimentais são apresentadas. Este trabalho será utilizado como calibrador dos modelos numéricos a serem adotados nas simulações futuras que serão desenvolvidas sobre os ônibus.
Palavras-chave: Corpo de Ahmed; Simulação Numérica; CFD; Aerodinâmica Veicular.
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CON10-0532 - ANÁLISE TEÓRICA PARA O DESENVOLVIMENTO HIDRODINÂMICO DE FLUIDOS NÃO-NEWTONIANOS NO INTERIOR DO CANAL DE PLACAS PLANAS
santos, jacques cesar dos¹; Veronese, Jean Pierre^2
1UFPB; ²IFPI
Resumo: No presente trabalho, o escoamento laminar de fluidos não newtonianos, com modelo lei de potencia, é estudado no interior do canal de placas planas. O Método das Linhas é utilizado para solucionar as equações de camada limite no desenvolvimento hidrodinâmico. A formulação em variáveis primitivas é adotada. É utilizado o Método das Linhas para transformar o sistema de equações diferenciais parciais em um sistema acoplado de equações ordinárias não-lineares, que pode ser solucionado numericamente. São apresentados resultados e comparações com dados disponíveis na literatura.
Palavras-chave: escoamento; não newtoniano; Método das Linhas.
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CON10-1052 - ANALOGIA ENTRE CIRCUITOS ELÉTRICOS E HIDRÁULICOS EM REGIME TURBULENTO E LAMINAR A PARTIR DE SIMULAÇÃO VIRTUAL
Sena, Alexander Patrick chaves¹; Alencar, Ronildo Inácio Soares de¹; Júlio, Élida Fernanda Xavier^1
1UFPB
Resumo: De forma superficial é possível notar algumas similaridades entre os sistemas hidráulicos e elétricos, de forma, que ao se fazer uma analogia, pode-se avaliar, por exemplo, a vazão do fluido através do fluxo de elétrons, a energia cedida pela bomba hidráulica a partir da energia cedida por uma fonte de tensão. Porém, para validação desta analogia será necessário um estudo mais aprofundado sobre a equivalência das variáveis de tais sistemas, considerando as condições em que esta seria aplicável. O objetivo de se obter essa analogia está na simplificação de alguns cálculos quanto à associação de tubulações e bombas em circuitos complexos, pois a especificação de uma bomba estaria relacionada à perda de carga resultante deste, assim, através das leis elétricas de análise de circuito, seria possível além de uma melhor visualização das grandezas envolvidas, uma forma mais fácil de obter os parâmetros buscados. O equacionamento proposto pelo físico francês Poiseuille para o escoamento de um fluido com certa viscosidade em regime laminar no interior de um tubo cilíndrico horizontal e reto, com raio interno constante, pode ser comparado à relação entre a queda de tensão e a corrente elétrica aplicada a um componente elétrico que obedece a lei proposta por George Simon Ohm, a analogia hidráulica ao fenômeno da perda de potencia por efeito Joule poderá ser descrita através da fórmula universal, também conhecida como fórmula de Darcy - Weisbach, aplicada tanto a regime laminar, quanto ao turbulento. Para comprovação da analogia, será utilizado o simulador de circuitos eletrônicos MultiSIM®, o qual possui alta flexibilidade quanto aos valores dos componentes ou layout do circuito, podendo gerar gráficos sobre o comportamento das variáveis analisadas, e medir vários parâmetros simultaneamente através de uma variedade de instrumentos de medição.
Palavras-chave: Mecânica dos fluidos; Analogia eletro-hidráulica; Simulador virtual.
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CON10-0952 - APLICAÇÃO DA CFD NA ANÁLISE DO EFEITO DA GEOMETRIA EM UM AMORTECEDOR TÉRMICO
Neto, Ronaldo Horácio Cumplido¹; Campos, Julio Cesar Costa¹; Tibiriçá, Álvaro Messias Bigonha^1
1UFV - Universidade Federal de Viçosa
Resumo: Na engenharia, a área que estuda e descreve os vários tipos de escoamentos de fluidos e os fenômenos de transporte associados a eles, é a Mecânica dos Fluidos. Porém, as equações matemáticas governantes dos fenômenos desta ciência apresentam elevado grau de complexidade. Em conseqüência disso, na Engenharia, se faz uso de técnicas e ensaios experimentais em laboratórios, podendo assim, determinar as características de um escoamento. Por outro lado, práticas laboratoriais exigem tempo e custos excessivos. Com o desenvolvimento da CFD (Computational Fluids Dynamics) à partir da década de 1950, técnicas mais práticas foram desenvolvidas. Versteeg e Malalasekera (1995) enfatizam que o código CFD gera um grande volume de resultados a um custo relativamente barato, principalmente em termos de otimização de desempenho de equipamentos, sendo muito relevante para aplicações industriais. O código CFD trabalha com algoritmos numéricos para solução de problemas de escoamento de fluido. Portanto, esse código apresenta três elementos principais: o pré-processador, solução e o pós-processador. O método numérico forma a base de solução do código e abrange as etapas de discretização das equações conservativas e a solução das equações algébricas. Muitos autores, entre eles Fortuna (2000), Maliska (2004) e Patankar (1980), definem etapas para a discretização das equações governantes, assim como o grau de refinamento necessário da malha (conjunto dos pontos obtidos pela discretização). De fato, a diferença entre os métodos reside no fato de como a variável do escoamento é aproximada e como é feita a discretização. Neste trabalho, o método de discretização das equações governantes consistiu em um balanço integral destas em uma região, ou volume, do espaço. Esta técnica, denominada Método dos Volumes Finitos (MVF), é muito utilizada nos códigos da CFD. Utilizando o MVF e técnicas computacionais, foi possível estudar o escoamento interno em um Amortecedor Térmico cilíndrico e o efeito da geometria no mesmo. As simulações foram feitas utilizando três geometrias distintas e números de Reynolds específicos. Além da determinação da malha mais adequada, notou-se que, para um eficiente amortecimento de temperatura, são necessários grandes recirculações de massa e regiões de turbulência, proporcionando uma dissipação da energia térmica. Através de simulações realizadas com ar e água, concluiu-se que o amortecimento da temperatura é diretamente proporcional à diferença entre os diâmetros dos cilindros do mecanismo (degrau). Para obter resultados mais coerentes, foram utilizados adimensionais como Reynolds e Grashof, possibilitando criar as condições de contorno mais apropriadas para cada caso. De fato, para valores pequenos de Reynolds, a convecção livre predomina sobre a forçada, e as forças de empuxo são mais relevantes. Analogamente, para Reynolds altos, os efeitos de empuxo são menos aparentes, e a convecção forçada é mais influente no escoamento.
Palavras-chave: CFD; Escoamento; Discretização; Geometria.
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CON10-1178 - BALANÇA AERODINÂMICA DE PRINCÍPIO ELETROMECÂNICO PARA INSTRUMENTAÇÃO EM TÚNEL DE VENTO
Ribeiro, Fernanda Alves¹; Lima, Rudson de Souza¹; Ford, Elmo Thiago Lins Couras¹; Mendes, José Ubiragi de Lima^1
1UFRN
Resumo: Balanças aerodinâmicas são empregadas para a determinação das cargas aerodinâmicas atuantes nos modelos ensaiados em túnel de vento; sendo seus resultados, devido a sua confiabilidade, em muitas situações utilizados como base de comparação frente aos de outros métodos como os da variação da quantidade de movimento e da integração do campo de pressão. Neste projeto desenvolveu-se um modelo de balança aerodinâmica cujo princípio de funcionamento é baseado na deformação mecânica das molas e os ajustes e posicionamentos necessários são feitos automaticamente a partir de acionamento elétrico integrado. Com isto, trabalha-se com um modelo alternativo, de medição simples e direta, sem interferência do operador e de baixo custo, para a determinação de grandezas como a resistência aerodinâmica e a sustentação.
Palavras-chave: Balança Aerodinâmica; Arrasto; Sustentação.
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CON10-0178 - CARACTERIZAÇÃO EXPERIMENTAL DE UM INJETOR DE COMBUSTÍVEL LÍQUIDO DO TIPO CÔNICO ASSISTIDO POR AR
Venson, Giuliano Gardolinski¹; Pimenta, Amilcar Porto¹; Aristizabal, Julian^1
1Instituto Tecnológico de Aeronáutica
Resumo: Este trabalho apresenta o estudo experimental de um injetor de combustível líquido do tipo cônico assistido por ar. O objetivo do trabalho é caracterizar o injetor de combustível obtendo o coeficiente de descarga do orifício do injetor, tamanho médio das gotas geradas e ângulo de abertura do spray. A função do ar assistido é auxiliar na quebra do jato líquido na saída do canal cônico do injetor. Para caracterizar experimentalmente o injetor é utilizado um banco de ensaios de injetores líquidos baseado em um equipamento do tipo laser de difração. O líquido de teste utilizado nos ensaios é a água destilada. Os parâmetros de interesse são obtidos considerando a presença ou não de ar assistido, com pressões de injeção de líquido variando de 100 a 600 kPa e pressões de ar variando de 80 a 200 kPa. O coeficiente de descarga do é calculado através da vazão mássica de líquido e da diferença de pressão do líquido através do injetor. Os tamanhos médios das gotas, caracterizado através do diâmetro médio de Sauter, são obtidos através do laser de difração. Os ângulos de abertura do spray são obtidos através de técnicas fotográficas aplicadas ao jato de spray. Os resultados apresentam os diâmetros médios de Sauter e os ângulos do spray em função das pressões de injeção de líquido e ar. O coeficiente de descarga do injetor é aproximadamente constante para todas as vazões mássicas ensaiadas. Os diâmetros médios de Sauter produzidos pelo injetor variam de 15 a 200 micrômetros e o ângulo de abertura do spray varia de 129º a 76º, sem ar e com ar assistido, respectivamente
Palavras-chave: injetor cônico; diâmetro de Sauter; coeficiente de descarga; laser de difração.
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CON10-1998 - COMPARAÇÃO ENTRE MÉTODOS DE DIMENSIONAMENTO DE DUTOS DE SISTEMAS DE VENTILAÇÃO E AR CONDICIONADO
Zanardi, Mauricio Araujo¹; Oliveira, Rodrigo Monteiro^1
1UNESP-Campus de Guaratinguetá
Resumo: Estudos mostram que sistemas de dutos de Refrigeração, Ventilação e Ar Condicionado (RVAC) são um dos maiores consumidores de energia elétrica em instalações industriais e comerciais. um dimensionamento pobre dos dutos de um sistema de ventilação levará a um desperdício de energia ou um super-dimensionamento dos dutos deste sistema, aumentando assim o custo do ciclo de vida do sistema.Neste trabalho são comparados três métodos de dimensionamento de dutos em sistemas de refrigeração, ventilação e ar condicionado denominados de método da velocidade, método da igual perda de carga e método IPS. Para isso é realizada a aplicação dos métodos em um sistema que é indicado pela ASHRAE como padrão para estudos de métodos de dimensionamento de dutos.
Palavras-chave: Dutos de RVAC; Dimensionamento de dutos; Metodos de custo de ciclo de vida.
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CON10-1321 - DESENVOLVIMENTO DE UMA BANCADA DE TESTES PARA VALIDAÇÃO DE UM TANQUE DE ONDAS NUMÉRICO
Ferreira, Leonardo Rangel Dias¹; Larrea, José Andrés Santisteban¹; Moreira, Roger Matsumoto¹; Nicolato, Paolo Contim¹; David, Domingos de Farias Brito^1
1Universidade Federal Fluminense
Resumo: Em reservatórios que transportam e armazenam líquidos, ondas com grande energia podem ser geradas a partir de uma simples excitação do sistema. Quando embarcados em um veículo, essas ondas podem eventualmente causar danos estruturais, podendo também dificultar a sua manobrabilidade. Em particular, o "sloshing" é um fenômeno de interesse, onde uma onda com grande quantidade de energia impacta sobre uma parede de um reservatório. Esse tipo de fenômeno tem sido estudado numericamente por alguns autores via método de volumes finitos (Moreira et al. 2006, Nicolato & Moreira 2009) e sua validação depende de experimentos. O presente trabalho objetiva desenvolver uma bancada de testes para a verificação experimental da formação de ondas não-lineares em um reservatório prismático para a validação dos resultados numéricos. A bancada consiste de uma plataforma móvel controlada por um motor elétrico que, por sua vez, é comandada por um computador para seguir determinadas trajetórias de deslocamento que gerem as ondas desejadas no reservatório. No experimento, são utilizadas interfaces eletrônicas que permitem um controle do tipo digital, implementado com auxílio do programa de desenvolvimento Labview. Os perfis da superfície livre são registrados na forma de fotos e filmes, para posterior comparação com as ondas simuladas. Resultados preliminares mostram uma boa concordância entre os perfis.
Palavras-chave: Fluidodinâmica computacional; Escoamento com superfície livre; Controle digital.
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CON10-0177 - DETERMINAÇÃO DO PERFIL DE VELOCIDADES E DO TAMANHO MÉDIO DE GOTAS DE UM INJETOR DE COMBUSTÍVEL PLANO ASSISTIDO POR AR
Venson, Giuliano Gardolinski¹; Escalante, Hebert Adrián Ruiz¹; Pimenta, Amilcar Porto^1
1Instituto Tecnológico de Aeronáutica
Resumo: Este trabalho apresenta o método experimental utilizado para obtenção do perfil de velocidades e do tamanho médio das gotas de um injetor de combustível plano assistido por ar. O objetivo do trabalho é obter o perfil de velocidades do ar assistido na saída do injetor, em diferentes condições de operação, e caracterizar o tamanho médio das gotas sem e com a presença do ar assistido. Outros parâmetros importantes para caracterização do spray são obtidos, como o coeficiente de descarga do injetor e o ângulo de abertura do spray. Nos ensaios do injetor plano é utilizado um banco de ensaios de injetores contendo um equipamento do tipo laser de difração, utilizando água destilada como líquido de teste. As velocidades locais na saída do injetor são obtidas através de um tubo pitot. O tamanho médio das gotas, caracterizadas através do diâmetro médio de Sauter, são obtidas através do equipamento laser Malvern Mastersizer X. Esse diâmetro representativo é calculado através de um modelo matemático, aplicado a distribuição cumulativa percentual dos diâmetros encontrados na população de gotas geradas. Nas medições dos tamanhos de gotas são empregadas pressões de injeção de líquido de 100 a 600 kPa e pressões de ar de 100 a 400 kPa. Os resultados mostram o perfil de velocidades do ar assistido na saída do injetor, em dois planos perpendiculares, e os tamanhos médios das gotas nas condições de presença ou não de ar assistido. Os tamanhos médios das gotas variam de 260 a 130 micrômetros para a condição sem ar assistido e 230 a 70 micrômetros com ar assistido.
Palavras-chave: injetor de combustível; laser de difração; perfil de velocidades; diâmetro de Sauter; ângulo de spray.
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CON10-0041 - ESCOAMENTO LAMINAR DE JATO IMPINGENTE SOBRE CAMADA POROSA COM NÃO EQUILIBRIO TÉRMICO. PARTE 1. EFEITO DA ESPESSURA DA CAMADA POROSA
Dórea, Felipe Tannús¹; De Lemos, Marcelo Jose Santos^1
1Instituto Tecnológico de Aeronáutica - ITA
Resumo: Este trabalho tem como objetivo o estudo da transferência de calor de um jato impingente em uma camada porosa utilizando o modelo de não equilibrio térmico também conhecido como modelo de duas equações de energia já que utiliza duas equações de energia macroscópicas: Uma para o fluido e outra para o sólido considerando a transferência de calor entre as fases e consequentemente sem considerar o equilibrio térmico local, em regime laminar e utilizando simulações númericas. O meio Poroso foi modelado como proposto por Pedras e de Lemos (2000a) e é definido como rígido, homogêneo e isotrópico. As equações de transporte macroscopicas foram escritas para um volume elementar representativo e assim se obteve um conjunto de equações válidas para todo o dóminio computacional. Estas equações são discretizadas utilizando o método do volume de controle e o sistema de equações algébricas resultantes é resolvido pelo algoritmo SIP utilizando o método SIMPLE para o acoplamento pressão velocidade. Os resultados obtidos para várias espessuras de camadas porosas foram comparados com os resultados obtidos com o modelo de uma equação de energia quando se considera o equilibrio térmico local e consequentemente não é considerado a troca de calor entre as fases fluida e sólida, foi observado que para grandes espessuras da camada porosa a influência do modelo de transferência de calor é pequena e o número de Nusselt ao longo da parede foi similar para os modelos de uma e duas equações de energia. Para pequenas espessuras da camada porosa o modelo de uma equação de energia pode não ser representativo e nesse caso é mais apropriado utilizar o modelo de duas equações de energia.
Palavras-chave: Jato Impingente; Não equilibrio térmico; Efeito da espessura da camada porosa; Meio Poroso.
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CON10-1452 - ESCOAMENTO LAMINAR DE JATO IMPINGENTE SOBRE CAMADA POROSA COM NÃO EQUILIBRIO TÉRMICO. PARTE 2. EFEITO DA RAZÃO DE CONDUTIVIDADE TÉRMICA DO SÓLIDO PELA CONDUTIVIDADE TÉRMICA DO FLUIDO.
Dórea, Felipe Tannús¹; De Lemos, Marcelo J. S.^1
1Instituto Tecnológico de Aeronáutica - ITA
Resumo: O presente trabalho visa avaliar a influência da razão de condutividade térmica do sólido pela condutividade térmica do fluido no modelo de transferência de calor utilizado para o escoamento de um jato impingente sobre uma camada porosa em que o jato está a uma temperatura diferente da camada porosa. Foram avaliados dois modelos de transferência de calor: O modelo de uma equação de energia em que se considera o equilíbrio térmico local, ou seja, as duas fases, fluida e sólida, estão em equilíbrio e portanto não há troca de calor entre elas, e o modelo de duas equações de energia em que se considera o não equilíbrio térmico local, ou seja, as duas fases tem temperaturas diferentes e portanto trocam calor entre si. Os modelos foram avaliados em base a dois parâmetros: O número de Nusselt ao longo da placa de incidência e a relação de calor extraído da placa sem a camada porosa sobre o calor extraído da placa de incidência com a camada porosa, através do número de Nusselt observa-se que a camada porosa diminui os gradientes de temperatura na região de incidência, essa característica pode ser desejada em muitas aplicações tecnológicas em que não se deseja altos gradientes na região de incidência e através da relação de calor extraído da placa de incidência sem a camada porosa sobre o calor extraído com a camada porosa, observa-se para quais características da camada porosa o fluxo de calor no meio poroso é maior que no meio limpo.
Palavras-chave: Jato Impingente; Não equilibrio térmico; Efeito da relação ks/kf; Meio Poroso.
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CON10-1477 - ESTUDO DA FUNÇÃO DENSIDADE DE PROBABILIDADE DAS DIFERENÇAS DE VELOCIDADE EM UM SISTEMA DE COUETTE-TAYLOR, SOB TURBULÊNCIA, SIMULADO EM CFD.
Souza, Leonardo Silva¹; Borges, Ernesto Pinheiro^1
1Universidade Federal da Bahia
Resumo: A formulação clássica do experimento Couette-Taylor tem sido objeto de estudos teóricos e experimentais. Este experimento consiste em um fluido incompressível contido no espaço anular entre dois cilindros concêntricos, onde o interno gira com uma velocidade angular constante ω e o externo é mantido fixo. Investigamos as distribuições de probabilidade da vorticidade, diferenças de velocidade e pressão, coletados em uma simulação computacional do experimento de Couette-Taylor e comparamos com modelos reportados na literatura baseados na mecânica estatística não aditiva
Palavras-chave: Turbulência; Experimento de Couette-Taylor; superestatística; Fluidodinâmica computacional..
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CON10-1227 - ESTUDO DA INFLUÊNCIA DAS FORÇAS DE CORIOLIS EM UM MODELO DE CAMADA LIMITE ATMOSFÉRICA UTILIZANDO UM SOFTWARE COMERCIAL DE SIMULAÇÃO NUMÉRICA
Coelho, André Leandro Rodrigues¹; Moreira, Gilberto Augusto Amado¹; Santos, André Campagnole dos¹; Valle, Ramon Molina¹; Nascimento, Carlos Alexandre Meireles^2
1Universidade Federal de Minas Gerais; ²CEMIG
Resumo: O estudo sobre a Camada Limite Atmosférica (CLA), que busca a compreensão de processos de transporte nas proximidades do limite inferior do domínio atmosférico, é de grande interesse em vários campos do conhecimento, tanto na engenharia quanto na meteorologia, no ambiental, entre outros. Alguns exemplos de interesse deste estudo é sobre a dispersão de poluentes, posicionamento de turbinas eólicas e efeitos destrutivos em estruturas devido a ações do vento. O objetivo deste trabalho é implementar o efeito da força de Coriolis em um modelo numérico hidrodinâmico já validado. O efeito é causado pela rotação da Terra e o resultado de sua atuação é que ele altera a direção do vento. Para validação do modelo numérico, utiliza-se dados experimentais obtidos em Askervein, onde foram realizadas medições no ano de 1983 e são amplamente utilizados para avaliar modelos numéricos de CLA. Com o modelo validado, foi possível realizar um estudo sobre o domínio geofísico situado em uma região do estado de Minas Gerais, com o intuito de conhecer as condições de vento para implantação de Turbinas Eólicas.
Palavras-chave: CLA; Modelo Numérico; Força de Coriolis.
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CON10-0310 - ESTUDO EXPERIMENTAL DE COMPARAÇÃO DA PERDA DE CARGA, ENTRE TROCADORES DE CALOR DE TUBOS CIRCULARES E ELÍPTICOS ALETADOS EM REGIME TURBULENTO.
Matos, Rudmar Serafim¹; Vargas, José Viriato Coelho¹; Rossetim, Marcos Antonio¹; Mainardes, Roque Luis Sutil^1
1UFPR
Resumo: Este trabalho apresenta um estudo de otimização geométrica experimental para minimizar a potência de bombeamento do ventilador, entre um feixe de tubos aletados em um dado volume e um determinado fluxo externo, ambos para arranjos de tubos circulares e elípticos, para configurações gerais. O procedimento de otimização começou pelo reconhecimento da disponibilidade limitada do espaço de projeto como uma restrição do volume fixo. Os resultados são apresentados para o ar como o fluido externo, onde o Número de Reynolds variou na faixa de 2650 a 10600 baseado no eixo menor do tubo de seção elíptica. Arranjos circulares e elípticos com a mesma área de obstrução da seção transversal do fluxo foram comparados com base na mínima potência de bombeamento do ventilador. Resultados da otimização experimental para tubos aletados em arranjos circular e elíptico são apresentados e para a perda de carga há uma perda mínima, que comparada com os valores obtidos para e = 1.0 (tubos circulares) e e = 0.5 (tubos elípticos) verifica-se uma redução da potência de bombeamento de aproximadamente 8% para os tubos elípticos, otimizados com dois graus de liberdade.
Palavras-chave: Transferência de Calor; Perda de Carga; Otimização de Parâmetros de Projeto.
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CON10-1376 - ESTUDO REOLÓGICO DE ÓLEO VEGETAL, GLICERINA E BIODIESEL PARA CARACTERIZAÇÃO ENTRE OS FLUIDOS NÃO-NEWTONIANOS
Filho, Vamberto Barbosa Ferreira¹; Santos, Carlos Antonio Cabral¹; Santana, Jailton Martins¹; Cavalcante Neto, Pedro Paulo¹; Souza, Weiber Lima¹; Abrêu, Rosimeri Barbosa¹; Silva, Felipe Vilar^2
1UFPB; ²Universidade Federal da Paraíba
Resumo: Este trabalho apresenta um estudo na área de reologia de fluidos, para a identificação das propriedades reológicas dos fluidos não-newtonianos para os seguintes fluidos: óleo de soja, glicerina e biodiesel proveniente destes óleo vegetal. As análises foram feitas utilizando o reômetro da Haake modelo VT550 com sensor cilindro coaxiais modelo MV1, juntamente com um banho termostático, para controle de temperatura.
Palavras-chave: Fluidos não-newtonianos; Reologia; Biodiesel.
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CON10-1556 - INFLUENCIA DA TEMPERATURA NO COMPORTAMENTO REOLÓGICO DA POLPA DE ACEROLA
Silva, Mirtes Aparecida da Conceição¹; Silva, Zaqueu Ernesto da¹; Oliveira, Edilma Pereira¹; Oliveira, Andrea Samara Santos¹; Silva, Cristiane Kelly Ferreira da^1
1Universidade Federal da Paraíba
Resumo: O conhecimento do comportamento reologico é de grande importância no processamento, manuseio, controle de qualidade e desenvolvimento de produtos alimentícios. Neste trabalho foi realizada a caracterização reológica da polpa de acerola, utilizando um reômetro de cilindros concêntricos modelo VT550 da Haake equipado com um banho termostático para controle da temperatura das amostras, nas temperatura de 20, 35 e 50ºC. A polpa foi extraída no Laboratório de Tecnologia de Alimentos. Os dados experimentais do reograma foram ajustados aos modelos reológicos de: Ostwald-de-Walle, Herschel-Bulkley e Bingham. Observou-se um comportamento pseudoplastico para a polpa de acerola.
Palavras-chave: reologia; temperatura; polpa de acerola.
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CON10-1230 - MODELAGEM DOS EFEITOS TÉRMICOS EM UM MODELO DE CAMADA LIMITE ATMOSFÉRICA
Pinheiro, Stella Marys Silva¹; Santos, André Campagnole dos¹; Moreira, Gilberto Augusto Amado¹; Valle, Ramon Molina¹; Nascimento, Carlos Alexandre Meireles²; Huebner, Rudolf^3
1Universidade Federal de Minas Gerais; ²CEMIG; ³Universidade Federal de Minas Gerais
Resumo: Este trabalho tem como objetivo implementar os efeitos térmicos na análise da Camada Limite Atmosférica (CLA) em topografias reais. Tendo como base um modelo numérico hidrodinâmico já validado, faz-se um balanço de energia na superfície a fim de captar os efeitos do solo na convecção natural e a influência no campo de velocidades e pressão. Dada uma determinada hora do dia (pois o modelo estudado é em regime permanente) foi possível calcular os campos de velocidades e de temperatura em uma topografia complexa em escala real. A região de interesse foi a de Acuruí situada no estado de Minas Gerais a 50 km de Belo Horizonte. O modelo considerou a cobertura e os fluxos de calor do solo variável apresentando assim resultados promissores.
Palavras-chave: CLA; Modelo Numérico; Efeitos Térmicos; CFX.
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CON10-1012 - MODELAGEM E SIMULAÇÃO DE UM REATOR DE CLORAÇÃO DE ETENO PARA PRODUÇÃO DE EDC
Vasconcelos, Angela Lucínia Urtiga Vasconcelos¹; Alves, José Jailson Nicácio¹; Vasconcelos, Luis Gonzaga Sales¹; Brito, Romildo Pereira^1
1UFCG
Resumo: Este trabalho teve por objetivo aplicar técnicas da fluidodinâmica computacional (CFD) na simulação de um reator de cloração de eteno para produção de EDC utilizado na indústria de produção de polímeros. O modelo do reator foi implementado no software CFX e poderá ser útil na definição de novas condições operacionais para o reator bem como direcionar para a modificação da geometria do distribuidor de eteno no sentido de minimizar a perda de eteno não reagido. O modelo foi testado em várias confiigurações através de um estudo de caso, usando o reator de cloração da Unidade de Cloro-Soda da BRASKEM, localizada em Maceió, Brasil.
Palavras-chave: Modelagem; Simulação Numérica; EDC; Eteno; Fluidodinâmica Computacional; Reator.
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CON10-1242 - MODELAGEM NUMÉRICA DOS EFEITOS DA CONVECÇÃO NATURAL E RUGOSIDADE VARIADA DO TERRENO EM MODELO DE CAMADA LIMITE PLANETÁRIA
Morato, Lucas Fagundes¹; Santos, André Campagnole dos¹; Moreira, Gilberto Augusto Amado¹; Valle, Ramon Molina¹; Nascimento, Carlos Alexandre Meireles^2
1Universidade Federal de Minas Gerais; ²CEMIG
Resumo: O estudo sobre a Camada Limite Atmosférica (CLA), que busca a compreensão de processos de transporte nas proximidades do limite inferior do domínio atmosférico, é de grande interesse em vários campos do conhecimento, tanto na engenharia, quanto na meteorologia, no ambiental, entre outros. Alguns exemplos de interesse deste estudo é sobre a dispersão de poluentes, posicionamento de turbinas eólicas e efeitos destrutivos em estruturas devido a ações do vento. Este trabalho tem como objetivo implementar os efeitos térmicos na análise da CLA em topografias reais, com cobertura topográfica variada. Tendo como base um modelo numérico hidrodinâmico já validado, faz-se um balanço de energia na superfície a fim de captar os efeitos do solo na convecção natural e a influência no campo de velocidades e pressão, além de um trabalho de sensoriamento remoto a fim de descobrir qual a real cobertura do solo da região de interesse. Dada uma determinada hora do dia (pois o modelo estudado é em regime permanente), foi possível calcular os campos de velocidades e de temperatura em uma topografia complexa em escala real. A região de interesse foi à região de Acuruí situada no estado de Minas Gerias. Desta forma o modelo estudado reagiu bem apresentando resultados promissores.
Palavras-chave: CLA; Modelo Numérico; Efeitos Térmicos; Rugosidade do solo.
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CON10-1526 - MODELING GASIFICATION OF BRAZILIAN COALS AND BIOMASS IN A BUBBLING BED REACTOR
Castro, Jose Adilson¹; Oliveira, Mabelle Biancardi¹; Pereira, Bruno Amaral^1
1Pós-Graduação em Engenharia Metalúrgica. Núcleo de Simulação de Processos e fenômenos
Resumo: In this investigation a bubbling bed reactor is proposed as a key equipment for gasification of coal with high ash content, typical of Brazilian coals combined with biomass to produce gas for thermoelectric applications. The process variables are modeled based on transport equations of momentum, energy and chemical species of 4 phases, where 3 phases are pulverized one and the other phase is gas. In order to discretise and solve the transport equations with appropriate initial and boundary conditions, the finite volume discretisation procedure is used. The SIMPLE algorithm is applied for coupling the velocity and pressure fields. The solution of the discrete algebraic equations is carried out with the alternate direction iteration algorithm combined with tridiagonal matrix solution. The concept of granular temperature is used to account for the solid to solid interactions. Rate equations for momentum, energy and chemical species exchanges are proposed to model the interphase interactions. The model is tested to investigate the combustion of biomasses and high ash Brazilian coals. A dessulfurising bed is used to control the gas product and keep thermal stability of the reactor. Numerical and experimental results from a pilot scale reactor indicated that is possible to produce gas with quality compatible with the requirements of those for thermal generation with high combustion rates, although complex flow pattern is developed within the reactor. The model indicated that that up to 25% of biomass and 75% of coal with high ash ( < 30 %) is possible with stable operation. This ratio also has been obtained in the pilot plant with coals and biomasses with up to 35% of volatile matter, as the volatile matter increases the process stability is deteriorated
Palavras-chave: Transport Equation; Heat and Mass Transfer; Mathematical Modeling; coal gasification.
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CON10-2262 - MODELOS PARA ESCOAMENTO DE FLUIDOS NÃO NEWTONIANOS EM MEIOS POROSOS
Carmo, Luana Valim do¹; Marques, Diogo Militão¹; Thompson, Roney Leon^1
1Universidade Federal Fluminense
Resumo: O processo de recuperação de óleo em reservatórios através da injeção de líquidos poliméricos no meio poroso constitui uma técnica importante, que tem impulsionado diversas pesquisas. A Lei Darcy se apresenta como uma expressão para a mobilidade do conjunto fluido-meio poroso na qual a permeabilidade e a viscosidade estão acopladas devido à complexidade do fluido. O modelo utilizado no trabalho pretende considerar os efeitos não newtonianos especialmente para escoamentos extensionais, que são predominantes nos meios porosos. O procedimento numérico foi elaborado de forma a permitir uma análise acerca da mobilidade e sua sensibilidade aos parâmetros reológicos do fluido e geométricos do poro, tratado como um canal convergente - divergente ou ainda como uma garganta entre duas esferas de mesmo raio cuja geometria fornece o escoamento extensional. As equações constitutivas para fluidos não newtonianos utilizadas são baseadas em modelos de Carreau. Foi estudado também a relação do "parâmetro de ponderação" com as características geométricas do poro e a mobilidade.
Palavras-chave: fluidos não newtonianos; meios porosos; mobilidade.
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CON10-0864 - NUMERICAL ANALYSIS OF A VENTILATION APPARATUS BASED ON A DELTA WING
Ribeiro, Frederico A. S.¹; Girardi, Roberto M.¹; Zaparoli, Edson L.¹; Andrade, Claudia R.^1
1ITA - Instituto Tecnológico de Aeronáutica
Resumo: This work presents a numerical analysis of a ventilation apparatus based on a delta wing. The apparatus consists of an exausting tube associated to a delta wing at high angle of attack. Under a freestream velocity, the delta wing originates a low pressure region near its leeward surface, producing a suction of the air from a room internal environment. The analysis was done considering the turbulent airflow as incompressible, steady-state with constant properties. Commercial CFD software was used to solve the RANS governing equations. Numerical results are compared with experimental available ones showing good agreement especially at low Reynolds number.
Palavras-chave: delta wing; natural ventilation; computational fluid dynamics.
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CON10-0699 - NUMERICAL MODELLING HYDRODYNAMICS AND WATER QUALITY APPLIED TO GUAPI-MACACU RIVER BASIN
Oliveira, Daiane Mesquita de¹; Moreira, Roger Matsumoto^2
1Universidade Federal Fluminense; ²Universidade Federal Fluminese
Resumo: The Guapi-Macacu river basin is located at Rio de Janeiro state, Brazil, within the municipalities of Cachoeiras de Macacu, Guapimirim and Itaboraí. Two of its rivers - namely Guapiaçu and Macacu - represent the main water resource for Niterói city, thus adding further responsability for water quality monitoring. The present study aims to model numerically the hydrodynamics and the dispersion of industrial and domestic effluents in these bodies of water. The simulations consider the dissolved oxygen (DO) concentration and biochemical oxygen demand (BOD) as indicators for the presence of organic matter in these rivers. River physical-chemical components are taken from field measurements, while effluent sources are established based on typical refinery data, and both used as an input of the implemented model. The numerical method involves a finite element scheme for 2D and 3D dispersion with a nonlinear convection-diffusion model. The simulation results are consistent with field observations and demonstrate that the model has been correctly calibrated. This approach proves to be useful for environmental assessment and for studies related to water resource capacity and feasibility for new industrial activities in the region.
Palavras-chave: Water quality; Convection-diffusion model; Computational fluid dynamics.
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CON10-1744 - NUMERICAL SIMULATION OF A VERTICAL SLUG FLOW USING THE FINITE VOLUME METHOD
Souza, Marco Antonio Sampaio Ferraz¹; Guillermo, Juan Jose Navarro¹; Flora, Bruno Fagundes^1
1Unicamp
Resumo: Numerical simulations were realized using a computer code developed to solve the system of Reynolds Averaged Navier-Stokes equations that can model the motion of a individual Taylor bubble propagating in vertical column in stagnant liquid and upward liquid flow. The domain was discretized in a structured-grid context and several refinements could be made. The finite volume method was used for the discredited system of differential equation. Initially, the velocity distribuition far ahead of the bubble was simulated in stagnant liquid and results were obtained for various distances ahead of bubble. The solutions were compared with experimental data available in literature. One of the cases was used to assess the influence of numerical parameters as mesh refinement. At last, the velocity profiles in front of a bubble in upward flowing liquid at various distances from the bubble tip were simulated and the solutions for the axial and radial velocity components and the variation of the axial velocity along the pipe axis were compared with experimental data.
Palavras-chave: Slug Flow; Taylor bubbles; Two-phase flow; Finite volume method.
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CON10-0990 - ON TURBULENT FLOW IN CLOSED COMPOUND CHANNELS
Goulart, Jhon Nero¹; Möller, Sergio Viçosa^2
1UnB Gama - Universidade de Brasília; ²Universidade Federal do Rio Grande do Sul - UFRGS
Resumo: Hot wire annemometry tchenique was employed to know main features of developing turbulent flow in two kinds of closed compound channel. The first one consist in two rectangular tubes attached on a side wall of a wind channel apart from one each other by a distance "d", forming a narrow gap. Second compound channel is formed by the same tubes, but this time attached on the top and bottom walls of the wind channel, building two main channels connected by a narrow gap with width "d". Results showed this sort of geometry gives rise an intersting flow, quite similar to the spatial developing mixing layer. Velocity profiles were also investigated. All of them presented high vorticity peaks at the main channel/subchannel interface, indicating large scales structures may be present in the flow. By using quantities from mean flow a Strouhal number was purposed. Regardless the kind of channel, the dimensionless frequency was almost constant for Strouhal number 0.10.
Palavras-chave: mixing layer; compound channels; hot wire annemometry.
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CON10-0168 - OTIMIZAÇÃO DE TURBINA FRANCIS E PREDIÇÃO DE SUAS CARACTERÍSTICAS HIDRODINÂMICAS
Santos, Marcos Antonio Rodrigues dos¹; Filho, Nelson Manzanares¹; Oliveira, Waldir de^1
1Universidade Federal de Itajubá
Resumo: A fim de aumentar o rendimento global de turbinas Francis, torna-se necessário minimizar as diversas perdas hidráulicas que ocorrem nos seus componentes hidromecânicos. Para atingir tal objetivo, são utilizados modelos apropriados de perdas hidráulicas e duas técnicas de otimização: programação quadrática sequencial e algoritmo genético. Por meio de um modelo conceptual, com base na linha de corrente média, parâmetros geométricos principais e correlações de perdas para cada componente hidromecânico da turbina Francis, busca-se a melhor configuração das variáveis de projeto para o par vazão-rotação referente ao ponto de rendimento global máximo, que resulte no maior rendimento global possível. As variáveis de projeto conceptual são: ângulos geométricos de entrada e saída das palhetas fixas do pré-distribuidor, ângulo de montagem das palhetas diretrizes do distribuidor e ângulos geométricos de entrada e saída das pás do rotor. Com as novas variáveis de projeto e as demais dimensões fixadas, é realizada uma predição de suas caracteristicas hidrodinâmicas para uma ampla faixa de vazões e rotações. Essas características hidrodinâmicas permitem avaliar o desempenho da turbina Francis, não só nas proximidades do seu ponto de máximo rendimento, mas também em pontos de operação em cargas parciais e sobrecargas. Os resultados obtidos são comparados com os resultdos experimentais do modelo reduzido de uma turbina Francis de rotação específica igual a 284.
Palavras-chave: Otimização; Predição Teórica; Turbinas Francis.
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CON10-0252 - OTIMIZAÇÃO GLOBAL COM BASE NA CONSTRUÇÃO DE METAMODELOS APLICADO AO PROJETO DE GRADES DE TURBOMÁQUINAS AXIAIS UTILIZANDO DINÂMICA DOS FLUIDOS COMPUTACIONAL (CFD).
Da Silva, Edna Raimunda¹; Ramirez Camacho, Ramiro G.¹; Manzanares-Filho, Nelson¹; Lima, Antonio Marcos G.^1
1UNIFEI - Universidade Federal de Itajubá
Resumo: Apresenta-se uma metodologia para otimização global com restrições de funções custosas utilizando modelos de superfícies de respostas para a aerodinâmica de grades representativas das turbomáquinas axiais com perfis da família NACA65. Para o cálculo de escoamento em grades de turbomáquinas, é utilizado software de CFD, que sem dúvida representa de forma local todas as variações do campo de escoamento. Tem-se verificado que pequenas variações geométricas nos ângulos de montagem, formato do perfil aerodinâmico e o espaçamento entre as pás, podem conduzir a alterações na eficiência no ponto de projeto. Nesse sentido, pretende-se integrar a solução do escoamento através de CFD com programas de otimização com base na construção de metamodelos, com objetivo de obter ganhos consideráveis em tempo computacional. Para a integração com os programas de otimização é necessária à construção de "script" de comando para geração automática da malha, onde as variáveis de projeto que definem a geometria da grade, como ângulo de montagem, passo da grade e o arqueamento serão modificadas dentre limites pré-estabelecidos com base nos algoritmos de otimização, de forma atingir uma função objetivo pré-definida, como obter a máxima relação de Cl/Cd (sustentação/ arrasto) e uma função de penalização dada pela deflexão do escoamento na grade. Esta metodologia de otimização global com base na construção de metamodelos em conjunto com o algoritmo de busca aleatória controlada (CRSA) é baseada na construção iterativa de superfícies de resposta com funções de base radial (multiquadrica inversa) e a aplicação de critérios heurísticos para atualização do banco de dados durante o processo de otimização. Padrões ciclícos de busca são iterativamente usados para determinar os pontos candidatos que serão incluidos no banco de dados.
Palavras-chave: Grades axiais; otimização; CRSA; modelos substitutos; CFD.
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CON10-0121 - PARÂMETROS DE FUNCIONAMENTO DE UMA TURBINA DE TESLA OPERANDO A AR COMPRIMIDO
Placco, Guilherme Moreira¹; Camillo, Giannino Ponchio¹; Guimarães, Lamartine Nogueira Frutuoso^1
1Instituto de Estudos Avançados
Resumo: A Divisão de Energia Nuclear (ENU) do Instituto de Estudos Avançados (IEAv) iniciou um programa denominado TERRA (Tecnologia em Reatores Rápidos Avançados) o programa visa construir e estudar um Ciclo Brayton Fechado (CBF) focado na aplicação em um reator espacial. Os objetivos principais do estudo são: estabelecer um conceito inicial para as especificações técnicas dos componentes do CBF, e desenvolver um simulador demonstrativo do CBF em condições de operações nominais em estado estacionário. Para a construção de uma modelo de testes do CBF, o programa conta com uma turbina aeronáutica NOELLE 60290. Neste trabalho estuda-se a possibilidade da substituição desta turbina para uma Turbina de Tesla. Uma série de experimentos foram desenvolvidos no IEAv operando a Turbina de Tesla inicialmente com ar comprimido, avaliando-se parâmetros como: torque, potência, relação de diâmetro dos discos, espaçamento dos orifícios, anglo de injeção, rotação, viscosidade dinâmica, pressão estática, pressão dinâmica, velocidade de escoamento, rugosidade de material, resistência dos discos. Este estudo proporcionou avanços no programa TERRA, possibilitando maior versatilidade no que diz respeito à extração de energia no espaço, através do ciclo térmico.
Palavras-chave: Turbina de Tesla; Mecânica dos Fluidos; Energia Nuclear.
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CON10-0057 - PROJETO E CONSTRUÇÃO DE UM TÚNEL DE VENTO PARA ENSAIOS AERODINÂMICOS
CÖURAS FORD, Elmo Thiago Lins¹; MENDES, José Ubiragi de Lima²; SOUZA, Elisângela Magalhães³; CÖURAS, Edilson^4
1UFRN - Universidade Federal do Rio Grande do Norte / FEUP - Universidade do Porto; ²UFRN - Universidade Federal do rio Grande do Norte; ³IESP; ⁴UFPB - Universidade Federal da Paraíba
Resumo: O estudo da aerodinâmica está relacionado à melhora no desempenho de aviões e automóveis com o objetivo de se reduzir o efeito do atrito do ar sobre estruturas, proporcionando maiores velocidades e menor consumo de combustível. A aplicação dos conhecimentos da aerodinâmica não mais se restringe às indústrias aeronáuticas e automobilísticas. Dessa forma, tentando adéqua-se as novas demandas com relação ao estudo aerodinâmico nas mais diversas áreas da engenharia, este trabalho apresenta as etapas do projeto e construção de um túnel de vento para aplicação em ensaios aerodinâmicos. Dentre as várias configurações de túneis de vento existentes, optou-se por construir um subsônico de circuito aberto, devido a menor complexidade de construção e instalação; simplicidade operacional e custo reduzido. Sendo do tipo soprador, para aproveitar uma maior eficiência do motor; e com difusor para que o fluído de ar ganhe velocidade antes de atingir a seção de ensaios. As diretrizes para projeto foram: práticas didáticas: estudo da camada limite e analise dos escoamentos sobre corpos de prova com diferentes geometrias. Para a variação de pressão na seção de teste foram utilizados um micromanômetro conectado a um tubo de pitot. Resultados quantitativos e qualitativos mostraram ser satisfatórios.
Palavras-chave: Túnel de Vento; Aerodinâmica; Escoamento de Ar.
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CON10-1653 - RESPOSTA ANGULAR DE ANEMÔMETROS DE COPOS EM TÚNEL DE VENTO
Alé, Jorge Antônio Villar¹; Simioni, Gabriel Cirilo da Silva¹; Oliveira, Cássia Pederiva de¹; Souza, Fabricio Petry de Abreu de^1
1PUCRS
Resumo: O Centro de Energia Eólica da PUCRS (CE-EÓLICA) conta com uma estrutura laboratorial capacitada para teste de aerogeradores de eixo vertical e eixo horizontal, além de túnel de vento específico para calibração de anemômetros de copos. No âmbito da calibração de anemômetros existem novos desafios como, por exemplo, conhecer a resposta destes anemômetros quando existe uma mudança angular em relação a sua posição vertical. Pode-se estudar o efeito da resposta angular dos anemômetros de copos no interior da seção de testes de um túnel de vento existindo atualmente recomendações européias específicas para realizar este tipo de ensaio. O presente trabalho aborda esta metodologia de maneira inédita no Brasil com resultados até agora promissores.
Palavras-chave: Anemômetro de copos; ângulo de inclinação; velocidade do vento.
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CON10-0287 - SIMULAÇÃO NUMÉRICA BIDIMENSIONAL DO FLUXO DA FRANJA DE CONTAMINAÇÃO DO SOLO EM LAGOAS DE TRATAMENTO DE ESGOTO
Acerbi, Joaqum Mário Caleiro^1
1Universidade Federal de Uberlândia
Resumo: Resumo. O fluxo de água contaminada decorrente da infiltração de esgotos urbanos, líquido contaminante, no solo de fundação, abaixo de lagoas de tratamento dos dejetos é simulado em diferenças finitas, através de modelos matemáticos que representam primeiramente o fluxo transiente em solo não saturado, formando uma franja de contaminação simétrica em relação ao eixo central da bacia de decantação e tratamento de esgoto. Posteriormente, com dados topográficos e geométricos retirados do projeto e do local de implantação da obra, e de ensaios de laboratório, um caso real é estudado. Analisa-se a possibilidade de essa franja contaminante atingir o lençol freático e um rio que passa próximo ao local das bacias de tratamento, através de análise bidimensional, fluxo permanente e em solo saturado. Constatou-se que em longo prazo, o lençol freático e o rio podem ser atingidos, embora novos estudos e simulações sejam necessários para verificar a influência da degradação do líquido percolado e o efeito dos microorganismos presentes naturalmente nos solos no líquido percolado.
Palavras-chave: Simulação; Contaminação; Solo; Fluxo; Transiente.
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CON10-0202 - SIMULAÇÃO NUMÉRICA DA AÇÃO DE UMA ONDA SOBRE UM PILAR VERTICAL DE SEÇÃO QUADRADA ATRAVÉS DE UM MODELO BASEADO NAS EQUAÇÕES DE NAVIER-STOKES
Vanini, Lucas¹; Teixeira, Paulo Roberto de Freitas^2
1Instituto Federal de Educação Ciência e Tecnologia Sul Rio-Grandense; ²Universidade Federal do Rio Grande
Resumo: Atualmente, o estudo da circulação e das ondas em oceanos, regiões costeiras, estuários, rios e lagunas e suas interações com estruturas é de fundamental importância para as áreas da engenharia oceânica e costeira. Em muitos desses casos, o movimento vertical do fluido não pode ser desprezado, necessitando de uma abordagem tridimensional através da integração direta das equações de Navier-Stokes. O objetivo deste trabalho é o de analisar, pelo uso de um modelo numérico 3D que se baseia nas Equações de Navier-Stokes, a ação de uma onda regular sobre um pilar vertical de seção quadrada. O modelo, denominado de FLUINCO, emprega um método fracionado semi-implícito de Taylor-Galerkin de dois passos para discretizar no tempo e no espaço as equações de Navier-Stokes. A superfície livre é móvel e governada pela sua condição de contorno cinemática. A formulação lagrangeana-euleriana arbitrária (ALE, Arbitrary Lagrangian-Eulerian) é utilizada para permitir que a malha acompanhe os movimentos da superfície livre. No caso analisado, a onda tem período de 4s, altura de 0.05 m e o pilar de seção 1m x 1m é fixado no fundo e localizado no centro de um canal de 10 m de largura e 1 m de profundidade. Os resultados mostrados incluem as características do escoamento e da superfície livre ao redor do pilar e um gráfico da variação da força horizontal total atuante sobre o pilar ao longo do tempo. Estes resultados foram comparados com os apresentados por outras referências, onde se notou semelhanças no que se refere à distribuição dos vetores de velocidade ao redor do pilar ao longo de um período de onda, bem como na dinâmica da superfície livre na região. A força horizontal total atuante sobre o pilar foi calculada analiticamente utilizando a equação de Morison, constatando-se que as forças de arrasto são desprezíveis em relação às de inércia. Na comparação com a força total obtida pelo algoritmo, observaram-se resultados muito próximos, embora apresentasse alguma não-linearidade não prevista pelo modelo analítico.
Palavras-chave: ondas; simulação numérica; elementos finitos; superfície livre; mecânica dos fluidos.
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CON10-0232 - SIMULAÇÃO NUMÉRICA DO ESCOAMENTO TURBULENTO EM UMA ESTRUTURA POROSA FORMADA POR UM ARRANJO PERIÓDICO DE HASTES CILÍNDRICAS
Oliveira, Rodolfo¹; Silva, Renato A.^1
1Universidade Federal do Espírito Santo
Resumo: Este trabalho pretende comparar os resultados numéricos encontrados na literatura com os resultados obtidos com código computacional comercial. Para isso será realizado o estudo do escoamento turbulento em um meio poroso formado por um arranjo infinito de hastes cilíndricas. Os resultados obtidos são então integrados no volume, através da aplicação da média volumétrica e posteriormente comparados aos dados encontrados na literatura. As equações que governam o escoamento são discretizadas pelo método de volumes finitos com arranjo co-localizado das variáveis. O sistema de equações algébricas é resolvido usando o método de solução segregado, sendo que para o acoplamento pressão-velocidade é utilizado o algoritmo SIMPLE. O presente trabalho mostra uma boa concordância entre os resultados obtidos e os dados encontrados na literatura. Além disso, observou-se que o aumento da porosidade da matriz porosa ocasiona uma diminuição na geração de energia cinética de turbulência e conseqüentemente de sua taxa de dissipação, o que por sua vez, indica que a geração da energia cinética é ocasionada pela presença da matriz porosa.
Palavras-chave: escoamento turbulento; matriz porosa; hastes sólidas; solução numérica.
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CON10-2341 - STEADY STATE CAVITATING FLOWS IN PIPELINES
Assumpção, Alexandre Hastenreiter¹; Rachid, Felipe Bastos de Freitas^1
1UFF
Resumo: This work aims to presenting a mechanical model to describe the cavitating flow in hydraulic pipelines. Although the model is capable to describe the cavitation phenomenon in unsteady as well as in steady states, the applications presented in this work are restricted to slack flows, which take place in steady flows. The flow is assumed to be homogeneous and isothermal. The fluid is treated as a pseudo-mixture, comprising the liquid and the vapor phases. Both phases are assumed to be compressible and to coexist at every material point and time instant. The balance equations of mass for each of the phases are considered in the model, along with only one balance equation of momentum for the mixture as a whole, within an onedimensional context. The phase change transformation is properly accounted for as an irreversible process. The main dimensionless groups are identified and their influence on the slack flow phenomenon quantified by means of numerical simulations. The obtained results show that the model is capable to mimic coherently both the opening as well as the closure of the vapor cavity.
Palavras-chave: Cavitation; Thermodynamics of Irreversible Processes; Pipelines.
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CON10-2172 - TÉCNICA DAS EQUAÇÕES INTEGRAIS ACOPLADAS PARA O CÁLCULO DE DE COEFICIENTES DE FRICÇÃO EM ESCOAMENTOS LAMINARES EM DUTOS E EM CAMADA LIMITE
Reis, Marcello Charpinel¹; Chaves, Máximo Santana¹; Sphaier, Leandro Alcoforado^1
1Universidade Federal Fluminense
Resumo: Este trabalho é focado na aplicação da chamada Técnica das Equações Integrais Acopladas (TEIA) para calcular o coeficiente de fricção em escoamento laminar (em diferentes seções) e o coeficiente de arrasto na camada limite sobre placa plana. Para o problema de escoamento em dutos, o fator de fricção é calculado resolvendo uma formulação por parâmetros concentrados melhorados obtida através da TEIA junto com uma média das equações de momentum. Por outro lado, para o escoamento laminar em camada limite, a solução integral clássica para placas planas é recalculada; no entanto, uma modificação é considerada: uma forma funcional não é escolhida para o perfil de velocidade. De maneira alternativa, a TEIA é empregada para fornecer relações aproximadas entre os valores médios e potenciais nas fronteiras. Valores numéricos para os coeficientes de fricção são calculados e os resultados são comparados com dados da literatura, mostrando que a metodologia da TEIA é razoavelmente eficaz para ambos os problemas considerados.
Palavras-chave: Coupled Integral Equations Approach; Improved Lumped Formulations; Irregular Geometry Ducts; Boundary Layer Flow.
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CON10-1873 - UMA EXTENSÃO DO MODELO BEM APLICADA À BAIXA RAZÃO DE VELOCIDADE
Vaz, Déborah Aline Tavares Dias do Rio¹; Blanco, Claudio José Cavalcante Blanco¹; Vaz, Jerson Rogério Pinheiro¹; Mesquita, André Luiz Amarante^1
1UFPA
Resumo: Neste trabalho, apresenta-se um esquema matemático otimizado da teoria clássica do momento do elemento de pá, para o dimensionamento de rotores lentos, como os que utilizam multiplas pás, onde é considerada a influência da esteira sobre o plano do rotor na sua forma mais geral. Tal influência, mostra-se considerável quando a razão entre a velocidade na ponta da pá e a velocidade não induzida do escoamento é pequena, justificando a necessidade de formulações que prevêem os efeitos da esteira sobre o rotor. O modelo matemático proposto no presente trabalho corresponde a uma extensão da teoria do momento do elemento de pá, utilizando o modelo de Glauert, sobre o qual impõem-se uma modificação.
Palavras-chave: Modelo de Glauert; RotoresLentos; Rotores com Multiplas Pás; Método BEM.
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