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Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior - CAPES Foi investigada a influência dos vórtices coerentes na estrutura da turbulência e no fluxo de momento dentro de uma floresta de coníferas em um planalto alpino na Itália. A presença das estruturas coerentes e suas escalas temporais características foram detectadas ajustando-se as funções de autocorrelação da velocidade com uma função teórica oscilante. A função permitiu diferenciar os dados turbulentos caracterizados por turbulência de escala fina dos dados nos quais a turbulência é dominada por vórtices coerentes gerados no topo do dossel. Foram considerados cinco diferentes regimes de estabilidade , desde a convecção livre (free convection) até a estratificação muito estável (very stable). Foi desenvolvida uma metodologia original e simples para ajustar a função de correlação cruzada (cross-correlation) na presença de comportamentos periódicos no fluxo turbulento de momento. A análise mostrou que perto das condições neutras a escala de tempo mais energética do fluxo de momento é determinada principalmente pela componente longitudinal da velocidade do vento, em vez da vertical. Em condições de convecção livre ou muito estáveis os vórtices coerentes não parecem influenciar o transporte de momento, dominado por estruturas de grande escala. Isso é confirmado pela eficiência da turbulência em escala fina, comparado as estruturas coerentes no transporte turbulento ao longo dos regimes de estabilidade. Por fim, a oscilação das funções de autocorrelação e correlação cruzada das componentes da velocidade do vento na presença de estruturas coerentes é justificada por meio de um modelo estocástico Lagrangiano simplificado The influence of coherent vortices on the turbulence structure and momentum flux is investigated inside a coniferous forest on an Alpine Plateau. The presence of coherence structure and their characteristic timescales are detected by fitting the vertical velocity auto-correlation functions with a theoretical oscillating function. This allowed to discriminate between turbulent data subsets characterized by fine-scale turbulence and data subsets in which turbulence is dominated by coherent vortices generated at the canopy top. Five different stability regimes, from free convection to very stable stratification, were considered in the analysis. An original methodology for fitting cross-correlation function in presence of periodic behaviours is developed and applied to the turbulent momentum flux. The analysis shows how not far from neutral conditions the most energetic time scale of the momentum flux is mainly determined by the longitudinal wind velocity component, rather than vertical one, while in free convection and very stable conditions coherent vortices do not seem to influence the momentum transport, dominated by large scale structures. This is confirmed by the fine-scale turbulence and coherent structures efficiency in turbulence transport throughout the stability regimes. Finally, the oscillation of the auto and cross-correlation functions of the wind velocity components in presence of coherent structures is justified by means of a simplified Lagrangian stochastic model.

Orientador: Hugo Enrique Hernandez Figueroa Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Eletrica e de Computação Resumo: Este trabalho descreve o modelamento computacional da propagação em vários guias de ondas ópticos, do tipo empregado em dispositivos ópticos integrados. Este mesmo modelamento envolve a utilização de elementos finitos na solução numérico-computacional das equações de onda de Maxwell, tais como, as equações de Fresnel ou a equação de Helmholtz. Dentro desse contexto, os métodos de propagação, também chamados de métodos da propagação do feixe (BPM), podem ser divididos em dois tipos: os métodos do operador completo (FOM's) e os métodos do operador particionado (SOM's). Recentemente, sérias instabilidades e problemas envolvendo precisão tornaram-se evidentes nos esquemas convencionais tridimensionais com elementos finitos do tipo 'split-operator'. Desse modo, um novo, estável e preciso esquema tridimensional (3D) baseado em elementos finitos e na técnica 'split-operator', é descrito aqui para a análise da propagação escalar de guias de onda ópticos com seção transversal arbitrária, incluindo estruturas z-variantes e com dielétricos não-lineares e não-homogêneos. O presente algoritmo supera estes problemas através da preservação de todas as características atrativas da técnica do operador particionado. Devido à discretização por elementos finitos, os recursos computacionais podem ser otimizados pelo uso de malhas adaptativas e técnicas de matrizes esparsas. Adicionalmente, é descrita a incorporação das condições de fronteiras transparentes (TBC) na equação de onda, de modo a suprimir reflexões não físicas indesejáveis provenientes das bordas da janela computacional virtual. Além disso, um esquema de propagação não paraxial basedo na aproximação de Padé é apresentado. Esquemas numéricos bidimensionais(2D) e tridimensionais(3D), com as técnicas expostas acima e baseado no método dos elementos finitos(FEM), são apresentados, comparados com resultados anteriores e discutidos. O método dos elementos finitos, como dito anteriormente, apresenta, entre outras vantagens, a propriedade do uso de malhas arbitrárias adaptativas. Além disso, são incluídas na presente análise aplicações específicas envolvendo meios lineares e não-lineares. No fim deste trabalho, sob forma conclusiva, é aberto um pequeno espaço para desenvolvimentos futuros dos métodos numéricos aqui abordados, que incluem a análise modal e de propagação vetorial e semi-vetorial, propagação de sólitons, modelamento de outros dispositivos da óptica integrada e a utilização de uma malha de contornos inteiramente arbitrários Abstract: This thesis describes the computer modelling of a wide range of optical waveguides, for integrated optics applications. The modelling described here involves the numerical solution of suitable Maxwell wave equations, such as Helmholtz and Fresnel. Within this context, the Beam Propagation Method (BPM) ar marching methods, can be divided into two general kinds: the fulloperator methods (FOM's) and the split-operator methods (SOM's). Recent1y, serious instability and inaccuracy problems were pointed out for the conventional 3-D split-operator finite-element scheme. The present algorithm overcomes these problems even though preserving all the attractive features of the split-operator technique. Due to the finite-element discretization, computer resources can be optimized by exploiting the use of adaptive meshes and sparse- matrix techniques. The implementation of the transparent boundary conditions (TBC) into the wave equation is also described. TBC are necessary to supress the undesirable nonphysical reflections from the computational window edges, and also to optimize the size of the numerical window. Furthermore nonparaxial propagation based on Padé aproximation is described. Current and novel numerical 2-D and 3-D schemes, based on finite element methods, are presented and discussed. The finite element method permits, among other advantages, the use of arbitrary adaptive meshes. Finally, the scope for further development of the numerical methods introduced here, has been included as conclusion remarks. That includes semi-vectorial, vectorial spatial propagation, soliton propagation, modelling of alternative integrated optical devices and employment of meshes of whole arbitrary boundary Doutorado Doutor em Ciências

Orientador: Isaías Vizotto Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Civil, Arquitetura e Urbanismo Resumo: O principal objetivo deste trabalho é o estudo do comportamento dos coeficientes de pressão causados pelo vento em uma estrutura em casca de forma livre pentagonal apoiada nos cinco vértices, através do uso de modelos físicos reduzidos e computacionais. A análise das estruturas de geometria excepcional submetido a cargas de vento não é usual e torna-se necessário determinar a distribuição dos coeficientes de pressão através da análise combinada de ensaios em túnel de vento e os resultados de simulação computacional. As estruturas em casca foram geradas utilizando um programa computacional desenvolvido por Vizotto (1993) para gerar geometrias otimizadas de cascas de formas livres utilizando um processo que combina métodos de elementos finitos e técnicas de programação matemática. Modelos em escala reduzida foram construídos com fibra de vidro numa escala de 1: 100 por Ferreira (2013). Os modelos em escala reduzida foram ensaiados no túnel de vento de camada limite atmosférica no LaCAF (Laboratório de Conforto Ambiental e Física Aplicada) da FEC / UNICAMP para obter os coeficientes de pressões internas e externas que atuam sobre a estrutura, considerando os regimes de fluxo laminar e turbulento. Três situações críticas foram consideradas para realizar as medições de pressão em vários pontos nas superfícies interna e externa da casca: estrutura completamente fechada submetida a cargas de vento incidindo a 0º e 180º; estrutura com uma abertura predominante a 0º submetida a cargas de vento a 0º e 180º; e a estrutura com duas aberturas predominantes, uma a 0º e outra a 225º, submetida a cargas de vento a 0º e 90º. Por meio do software de fluidodinâmica computacional Ansys-CFX®, os modelos de estruturas em casca de formas livres foram simulados considerando o modelo de fluxo de turbulência "SST (Shear Stress Transport Model)". A análise computacional foi realizada simulando condições da ação e os efeitos do fluxo de vento sobre a estrutura. A norma brasileira NBR-6123 (1988) não inclui coeficientes de pressão devido aos efeitos do vento em estruturas com este tipo de geometria. É necessário fornecer informações, metodologias e ferramentas de pesquisa para engenheiros a fim de simular os efeitos do vento sobre cascas de formas livres e usar os resultados para melhorar e fornecer maior confiabilidade aos projetos estruturais Abstract: The main objective of this work is the study of the behavior of pressure coefficients caused by the wind on pentagonal free form shell supported by five vertices using both scale physical and computational models. The analysis of structures of exceptional geometry subjected to wind loads is not widespread and it becomes necessary to determine the pressure coefficients distribution through the combined analysis of wind tunnel tests and computational simulation results. The shapes were generated using a computational program developed by Vizotto (1993) in order to generate optimized shell geometries using a process that combines finite element methods and programming techniques. Ferreira (2013) built physical scale models with fiberglass in a reduced scale of 1:100. The scale models were tested in the wind tunnel of atmospheric boundary layer at LaCAF (Laboratório de Conforto Ambiental e Física Aplicada) to obtain the coefficients of internal and external pressures acting on the structure, considering the laminar and turbulent flow regime. Three critical situations were considered to perform the pressure measurements on several points in both inside and outside sides of the shell: structure completely closed subjected to wind loads at 0º and 180º; shell with one predominant aperture at 0º subjected to wind loads at 0º and 180º; and shell with two predominant apertures, one at 0º e another at 225º, subjected to wind loads at 0º and 90º. By means of the computational fluid dynamic software tool Ansys-CFX®, the free form shell models were simulated considering the "SST (Shear Stress Transport Model)" turbulence flow. The computational analysis was performed simulating wind flow conditions and the effect on the structure. The Brazilian code NBR-6123 (1988) does not include pressure coefficients due to wind effects applicable on structures with this type of geometry. It is necessary to provide information, methodologies and research tools for engineers to simulate wind effects on free form shells and use the results to improve higher reliability to the structural projects Mestrado Estruturas e Geotécnica Mestre em Engenharia Civil

Orientadores: William Roberto Wolf, João Luiz Filgueiras de Azevedo Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Mecânica Resumo: O desenvolvimento de escoamentos turbulentos na presença de paredes ocorre tanto em aplicações industriais quanto na natureza. Essa classe de escoamentos turbulentos possui grandes diferenças comparando-se com turbulência livre e os avanços em técnicas experimentais e poder computacional estão permitindo entender mais profundamente sobre as estruturas turbulentas encontradas em tais escoamentos. Neste trabalho, estudamos escoamentos turbulentos incompressíveis e compressíveis em canais utilizando a técnica de simulação de grandes escalas. Escoamentos incompressíveis em canais com variações de forma são estudados com o propósito de se entender os efeitos de variação de gradiente de pressão e curvatura na formação de instabilidades de streaks. Além disso, os efeitos de variação de forma na anisotropia do escoamento também são investigados através de uma análise dos invariantes to tensor de Reynolds e do balanço espectral de energia cinética turbulenta. Escoamentos supersônicos em canais lisos também são analisados com o intuito de se compreender os efeitos de compressibilidade e número de Reynolds na turbulência e a importância dos modos hidrodinâmicos, térmicos e acústicos nas estruturas turbulentas coerentes. Para isso, uma análise dos efeitos de velocidade de advecção de estruturas de velocidade e propriedades termodinâmicas é apresentada. Finalmente, técnicas de análise modal são aplicadas para investigar a física das estruturas coerentes em escoamentos supersônicos na presença de paredes para diferentes números de Mach e Reynolds Abstract: The development of turbulent flows in the presence of walls occurs in both industrial and nature applications. This class of turbulent flows has great differences when compared to free turbulence and the advances in experimental techniques and computational power allow a deeper understanding of the turbulent structures found in such flows. In this work, we study incompressible and compressible turbulent flows in channels using the large eddy simulation technique. Incompressible flows in channels with shape modifications are studied in order to understand the effects of pressure gradient variations and curvature in the formation of streak instabilities. In addition, the effects of shape variation on flow anisotropy are also investigated through an analysis of the anisotropic Reynolds stress tensor invariants and the turbulent kinetic energy spectral balance. Supersonic flows over smooth channels are also analyzed in order to understand the effects of compressibility and Reynolds number on turbulence and the importance of the hydrodynamic, thermal and acoustic modes in the coherent turbulent structures. This analysis is performed through an assessment of the advection velocities of the velocity components and thermodynamic properties in different regions of the boundary layer. Finally, flow modal decomposition techniques are applied to investigate the physics of coherent structures in supersonic wall-bounded flows for different Mach and Reynolds numbers Doutorado Térmica e Fluídos Doutor em Engenharia Mecânica FAPESP 2014/07623-6; 2016/03985-6

Túnel de vento é um equipamento utilizado para estudar aerodinâmica, cuja principal função é fornecer um escoamento de ar com alta qualidade na sua seção de ensaios. Nele, podem ser estudados os efeitos do escoamento do ar ao redor de vários modelos aerodinâmicos ou não-aerodinâmicos (aerofólios, corpos rombudos, torres anemométricas, modelos reduzidos de estruturas civis e outros). As condições para se ter um túnel de vento de boa qualidade são: um baixo nível de intensidade turbulenta na entrada da sua seção de ensaios, significando uniformidade nos campos de velocidade e pressão e a altura da camada limite formada ao longo do comprimento da seção de ensaios. O conhecimento de ambas as variáveis para as várias faixas de utilização do túnel de vento garante as condições de contorno adequadas para os experimentos e o tornam um equipamento de medição confiável. Por exemplo, uma alta intensidade turbulenta pode interferir consideravelmente na transição da camada limite, gerando efeitos indesejáveis. Furnas Centrais Elétricas S.A. adquiriu dois túneis de vento, cujo objetivo é o estudo aprofundado do sistema de geração de energia eólica. Conhecer as características dos túneis é imprescindível no intercâmbio de informações técnicas e científicas, na comparação de resultados experimentais, na extrapolação dos dados do modelo para a escala real e na simulação de ensaios em Dinâmica dos Fluidos Computacional. Através de medidas experimentais, utilizando tubos de Pitot e ferramentas de estatísticas como técnicas de planejamento experimental e análise de variância (ANOVA), encontrou-se no túnel de vento (TV1), a intensidade turbulenta de aproximadamente 0,5% para velocidades acima de 12, 0m/s e para velocidades abaixo de 12, 0m/s, a intensidade turbulenta aumentou até alcançar valores de 3, 5% para velocidades em torno de 5, 0m/s. Também apresenta-se um método de controle da altura da camada limite, de tal forma a poder estudar o potencial eólico de um dado terreno. Wind tunnel is an equipment used to study aerodynamics, whose main function is to provide high quality air flow in its test section. It makes possible to study the effects of air flow around various aerodynamic or non-aerodynamic models (airfoils, blunt bodies, anemometric towers, reduced models of civil structures and others). The qualities to be satisfied when using a wind tunnel are: a low level of turbulent intensity at the entrance of its test section, meaning uniformity in the speed and pressure fields and the height of the boundary layer formed along the length of the test section. The knowledge of both variables for the various ranges of use of the wind tunnel guarantees the appropriate boundary conditions for the experiments and makes it a reliable measuring equipment. For example, a high turbulent intensity can interfere considerably in the transition of the boundary layer, generating undesirable effects. Furnas Centrais Elétricas S.A. acquired two wind tunnels, the purpose of which is the in-depth study of the wind power generation system. To know the characteristics of the tunnels is essential in the exchange of technical and scientific information, in the comparison of experimental results, in the extrapolation of model parameters to the real scale and in the simulation of tests in Computational Fluid Dynamics. Through experimental measures, using Pitot tubes and statistical tools such as experimental planning techniques and analysis of variance (ANOVA), the turbulent intensity of approximately 0.5% was found at wind tunnel (TV1) for speeds above 12.0m/s and for speeds below 12.0m/s, the turbulent intensity increased up to 3.5% for speeds around 5.0m/s. A method of controlling the height of the boundary layer is also presented, in order to be able to study the wind potential of a given terrain.

Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico - CNPq A tecnologia da propulsão hipersônica aspirada com combustão supersônica (tecnologia scramjet) tem alto potencial para ser empregada como estágio motor na propulsão de veículos aeroespaciais. Na medida que utilizam o ar atmosférico como fluido termodinâmico de trabalho e fonte do oxigênio, não precisam armazenar o oxidante como carga interna, o que resulta em veículos mais leves e econômicos. Um veículo aeroespacial que voa em velocidade hipersônica usando a tecnologia scramjet, requer um sistema altamente integrado, sem partes móveis, onde o sistema de propulsão e o veículo são indistinguíveis. A entrada de ar do scramjet contribui para a compressão do ar atmosférico, até condições necessárias para a combustão supersônica na câmara de combustão, enquanto a saída dos produtos da combustão do scramjet contribui para a expansão dos gases e geração de empuxo. O presente trabalho tem por foco um projeto analítico teórico (abordagem de engenharia) de um demonstrador da tecnologia scramjet idealizado para integrar um veículo acelerador hipersônico de três estágios, associado aos motores foguetes nacionais S30 e S31, e configurado para demonstrar a combustão supersônica na altitude de 30 km numa velocidade de 2051 m/s (correspondente ao número de Mach 6,8) consumindo combustível hidrogênio. Empregou-se metodologia unidimensional analítica, onde foram aplicadas rotinas de cálculo com as principais teorias que descrevem os processos fluidodinâmicos e termodinâmicos das seções de compressão, combustão e expansão do motor. O trabalho propôs projetar os principais componentes do scramjet utilizando critérios e otimizações objetivando vantagens operacionais. Determinou-se que três rampas planas de compressão, otimizadas pelo método da máxima pressão de recuperação, compusessem a seção de compressão externa do veículo. Objetivou-se obter um sistema de compressão capaz de comprimir o escoamento de ar até o nível de temperatura suficientemente elevada para autoignitar, na câmara de combustão, o combustível injetado (hidrogênio). Na seção de expansão, investigou-se uma configuração do ângulo de expansão capaz de produzir pressão no bordo de fuga do veículo, quando queimando hidrogênio, igual ao do escoamento não perturbado na altitude de projeto de 30 km, conforme o ciclo termodinâmico aberto de Brayton. Como forma de avaliação global do comportamento do scramjet projetado, as propriedades termodinâmicas e velocidade de uma linha de corrente que passa pelo bordo de ataque até o bordo de fuga do veículo foram avaliadas e o empuxo não instalado calculado como parâmetro de performance. Na seção de combustão, duas abordagens foram avaliadas: a primeira desconsiderou a injeção de combustível na câmara de combustão (power-off), resultando numa configuração incapaz de produzir empuxo positivo, sendo previsto a desaceleração gradual ao veículo. Na segunda abordagem foi considerado a injeção de hidrogênio em velocidade sônica dentro da câmara de combustão (power-on), o que resultou na queima espontânea do combustível e adição de energia ao sistema. Para este caso, os resultados analíticos indicaram empuxo positivo, corroborando para afirmar que o motor scramjet tem a capacidade de gerar propulsão ao veículo projetado. Para uma análise mais realística, foram considerados os efeitos viscosos do escoamento. Foi estimada a espessura da camada limite do bordo de ataque ao bordo de fuga do veículo e proposto um conjunto de modificações no projeto, objetivando contornar os efeitos relacionados ao crescimento da camada limite, como o reposicionamento da carenagem, o redimensionamento dos ângulos das rampas de compressão e o aumento da altura da câmara de combustão. A presença da camada limite alterou o comportamento dos níveis das propriedades termodinâmicas do escoamento, representando vantagem para garantir a autoignição do combustível na câmara de combustão. Entretanto, reduziu a capacidade propulsiva do veículo ao diminuir a velocidade do escoamento no bordo de fuga do veículo. The hypersonic airbreathing propulsion based on supersonic combustion (scramjet technology) has high potential to be use as intermediate stage for the aerospace vehicles. Using the atmospheric air as the working fluid and source of oxygen, they do not need to store the oxidant on-board, which results in lighter and more economical vehicles. An aerospace vehicle that flies at hypersonic velocities using scramjet technology requires a highly integrated system with no moving parts, where the propulsion system and the vehicle are indistinguishable. The inlet of the scramjet contributes to the compression of atmospheric air, up to necessary conditions for supersonic combustion in the combustion chamber, while the outlet of the scramjet contributes to the expansion of gases and thrust generation. This work is a theoretical analytical project (engineering approach) of a scramjet technology demonstrator designed to integrate a three-stage hypersonic accelerator vehicle, associated with the Brazilian rocket engines S30 and S31, and configured to demonstrated the supersonic combustion at an altitude of 30 km and velocity of 2051 m/s (corresponding to Mach number 6,8) using hydrogen fuel. One-dimensional analytical approach was used, where the main theories, that describe the fluid dynamic and thermodynamic processes of the compression, combustion and engine expansion sections, were applied. It was proposed to design the components of the scramjet using optimizations for operational advantages. The objective was obtain a compression system capable to compress the airflow to high temperature levels to auto-ignite, in the combustion chamber, the injected fuel (hydrogen). In the expansion section, was investigated the expansion angle capable to guarantee pressure at the trailing edge of the vehicle, equal to the freestream at the design altitude of 30 km (1197 Pa), according to the opened Brayton cycle. As global assessment of the behavior of the designed scramjet, the thermodynamic properties and velocities of a flow streamline that passes through the leading edge to the trailing edge of the vehicle were evaluated and the uninstalled thrust were calculated as a performance parameter. In the combustion section, two approaches were evaluated: the first disregarding the fuel injection in the combustion chamber (power-off), resulting in a configuration unable to produce positive thrust, with gradual vehicle deceleration. In the second approach, the injection of hydrogen at sonic velocity into the combustion chamber (power-on) was considered, which predicts spontaneous fuel burning and thermal energy addition to the system. For this case, the analytical results indicated positive thrust, corroborating to affirm that the scramjet engine has the propulsion capacity to the projected vehicle. For a more realistic analysis, the viscous flow effects were considered. The boundary layer thickness of the leading edge of the vehicle to the trailing edge of the vehicle was estimated and design modifications were proposed to accommodate it, such as the cowl repositioning, new compression ramp angles and the increase the height of the combustion chamber. The presence of the boundary layer modified the flow's thermodynamic properties, representing an advantage to guarantee the auto-ignition of the fuel in the combustion chamber. However, it reduced the propulsive capacity of the vehicle by decreasing the flow velocity at the trailing edge of the vehicle.

Orientador: Isaías Vizotto Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Civil, Arquitetura e Urbanismo Resumo: Esse trabalho apresenta os valores dos coeficientes de pressão para uma estrutura em casca de forma livre triangular apoiada em seus vértices. A forma otimizada da estrutura foi gerada por meio de modelo computacional desenvolvido por Vizotto (1993) utilizando-se o Método dos Elementos Finitos combinado com programação matemática, que se baseia na teoria da membrana e no Princípio da Mínima Energia Potencial Total, para determinar a geometria de estruturas em casca de formas livres. A análise fluidodinâmica computacional da ação do vento sobre a casca de forma livre triangular foi realizada com a utilização do software ANSYS®, desenvolvendo-se um estudo para três diferentes ângulos de incidência do vento sobre a estrutura. Ao longo de todas as etapas da modelagem numérica foram discutidas as considerações adotadas com o intuito de auxiliar projetistas a desenvolverem trabalhos similares. A validação dos resultados foi realizada a partir de uma comparação entre os resultados da análise numérica com os obtidos em ensaios em túnel de vento com modelo da casca de forma livre triangular em escala reduzida. A comparação dos resultados mostra que a análise numérica pode ser uma solução viável obtendo-se bons resultados, podendo servir como uma possibilidade para se analisar outros tipos de estruturas. Os resultados obtidos podem ser utilizados pela comunidade científica como contribuição para a elaboração de normas específicas permitindo a utilização do software ANSYS®, ou outros programas consolidados de simulação fluidodinâmica computacional (CFD) Abstract: This works presents the values of the pressure coefficients for a triangular free-form shell supported on the vertices. The optimized form of the structure was generate by a computer model developed by Vizotto (1993) using the Finite Element Method combined with mathematical programming, based on the Theory of the Membrane and the Principle of the Minimum Total Potential Energy, to determine the geometry of free-form shell structures. The computational fluid dynamics analysis of the wind action on the triangular free-form shell was performed using the ANSYS® software, developing a study for three different angles of wind incidence on the structure. Throughout all the steps of numerical modeling, the considerations adopted with the intention of assisting designers to develop similar work were discussed. The validation of the results was made from a comparison between the results of the numerical analysis with those obtained in wind tunnel tests with a triangular free-form shell model on a reduced scale. The comparison of the results shows that the numerical analysis can be a viable solution obtaining good results, being able to serve as a possibility to analyze other types of structures. The results obtained can be used by the scientific community as a contribution to the elaboration of specific standards allowing the use of ANSYS® software or other consolidated programs of computational fluid dynamics (CFD) Mestrado Mestre em Engenharia Civil

Orientador: Erick de Moraes Franklin Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Mecânica Resumo: Esta dissertação de mestrado apresenta um estudo da transição de camadas limite turbulentas completamente desenvolvidas sobre paredes lisas ao passar para superfícies rugosas, e também a transição de volta para a parede lisa...Observação: O resumo, na íntegra, poderá ser visualizado no texto completo da tese digital Abstract: This MSc thesis presents an experimental study on turbulent boundary layers at the transition from smooth to rough walls, and back to the smooth wall. This transition causes a shift on flow velocity profiles that changes its parameters when compared to the flow over a smoothwall...Note: The complete abstract is available with the full electronic document Mestrado Térmica e Fluídos Mestre em Engenharia Mecânica

O Laboratório de Mecânica de Fluidos e Termodinâmica Aplicada (LMFTA) encontra-se equipado com um túnel aerodinâmico de circuito fechado, utilizado para investigação científica e para estudos encomendados. Devido ao cuidado e aos custos que a sua operação requer, não se encontra disponível para utilização não supervisionada por parte dos estudantes. Existe a necessidade de dotar o LMFTA com um túnel aerodinâmico de pequenas dimensões para fins didáticos. Este trabalho visa ser um estudo inicial para o seu projeto. Para este trabalho, tomou-se como objetivo identificar a melhor geometria para o convergente do túnel aerodinâmico, recorrendo à ferramenta dos fluidos computacional, FLUENT®, tomando como ponto de partida um ábaco disponível na literatura, desenvolvido para redução da área da secção circular de condutas, definindo o contorno do convergente por dois ramos de parábola cúbica, coincidentes no ponto de inflexão (PI) do convergente. São estudadas diversas posições para este ponto ao longo do comprimento do convergente, com vista a identificar eventuais formas do convergente que conduzam a perturbações indesejáveis no escoamento. Os objetivos do estudo CFD são: analisar o escoamento em convergentes de secção circular, quer na região interdita, quer na permitida do ábaco e determinar a geometria do convergente que apresenta os melhores resultados para o escoamento à entrada da secção de teste; determinar a melhor razão de áreas, entre a entrada e a saída do convergente, 4:1 ou 9:1; compreender qual a melhor forma de estender as indicações do ábaco a convergentes de secção não circular. Identificam-se modelos de turbulência, disponibilizados pela ferramenta computacional, para o estudo do escoamento no interior do túnel aerodinâmico. Foi ainda objetivo do trabalho, modelar a queda de pressão na rede a jusante do divergente do túnel, recorrendo a User Defined Function escrita propositadamente, atuando numa zona delimitada do domínio, em que a pressão decresce com a velocidade do escoamento. O escoamento dos diferentes convergentes estudados é comparado através de diversos critérios: variação do Cp, do Cf e parâmetros que permitem determinar se a camada limite se encontra prestes a separar – a espessura da quantidade de movimento longitudinalmente (θ), a espessura de deslocamento (􀄯*) e o fator de forma (H) são obtidos através de medições num pequeno número de secções antes, depois e no PI do contorno. Para avaliar estas medidas é necessário obter primeiro uma espessura da camada limite (􀄯). A definição habitual de u=0,99U mostra-se inadequada para os perfis de velocidades que apresentam deformações em relação ao escoamento completamente desenvolvido. Foi desenvolvido um processo robusto para obter valores de delta com mais significado. Concluiu-se que a ferramenta computacional identificou com sucesso a zona do ábaco onde ocorre separação do escoamento, para os convergentes mais curtos. O contorno do convergente associado a c/L=0,3 apresenta o melhor compromisso entre um escoamento de qualidade e o menor comprimento. A melhor razão de áreas a aplicar entre a entrada e a saída do convergente é a 9:1. Para condutas de secção retangular, deve ser utilizado o seu diâmetro hidráulico para a interpretação do ábaco. Foi criada com sucesso a UDF que permite modelar numericamente os elementos de redução de turbulência do escoamento.

Orientador: Gabriela Del Valle Planas Dissertação (mestrado) Universidade Estadual de Campinas, Instituto de Matemática, Estatística e Computação Científica Resumo: As equações de Navier-Stokes modelam o movimento de um fluido Newtoniano (isto é, com viscosidade não nula) incompressível. As equações de Euler descrevem o comportamento de fluidos incompressíveis com viscosidade nula, denominados fluidos ideais. Em que condições ocorre a convergência da solução das equações de Navier-Stokes para a das equações de Euler quando a viscosidade tende a zero? Em primeiro lugar, deve-se deixar claro o tipo de solução das equações de Navier-Stokes a que se refere. O problema de achar soluções clássicas para essas equações no espaço euclideano com dimensão maior ou igual a 3 ainda está em aberto (até a presente data); de fato, é um dos problemas do milênio do Clay Institute. As soluções aqui adotadas são ditas \textit{fracas}, isto é, são soluções de formulações mais fracas das equações de Navier-Stokes. Já para a equações de Euler, existência e unicidade de solução clássica já são conhecidas desde a década de 1960. O limite invíscido de soluções fracas das equações de Navier-Stokes ainda é um problema em aberto. O que existem são critérios para que esse limite ocorra, e esse é o principal assunto desta dissertação. Em 1984, Kato provou que o limite invíscido ocorre no espaço de energia e uniformemente no tempo, se as derivadas primeiras das soluções fracas das equações de Navier-Stokes forem devidamente controladas numa vizinhança próxima à fronteira do domínio, a \textit{camada-limite}, à medida que a viscosidade tende a zero. Em 2007, Kelliher promoveu pequenas alterações na demonstração de Kato para relacionar o limite invíscido ao controle da vorticidade, uma importante grandeza física relacionada à rotação local de fluidos, na camada-limite. Os dois critérios estão detalhadamente demonstrados na dissertação Abstract: Navier-Stokes equations describe the flow of an incompressible Newtonian (i.e., with non-zero viscosity) fluid, while the Euler equations describe the movement of an ideal (zero viscosity) fluid. An interesting question in this context is: under which conditions does the solution of the Navier-Stokes equations converge to the one of the Euler equations when the viscosity approaches to zero? It is important to establish the type of solutions of Navier-Stokes equations mentioned. The problem of existence and uniqueness of classical solutions for these equations in a Euclidean domain in dimension higher than two remains unsolved up to this date; in fact, it is one of the Clay Institute's Millennium Problems. Solutions here are understood to be, in some sense, \textit{weak}: they are, in fact, solutions of weaker formulations of the Navier-Stokes problem. For the Euler equations, existence and uniqueness of a classical solution are known since the 1960's. The inviscid limit for weak solutions of the Navier-Stokes equations remains an unsolved problem. However, there exist some criterion for the convergence to take place, which is the subject of this dissertation. In 1984, Kato proved that the convergence holds on the Lebesgue space of square-integrable functions (on the Euclidean domain) and uniformly on time if and only if it is possible to control the weak derivatives of first order of the weak solutions of Navier-Stokes equations on a thin neighborhood of the boundary, the \textit{boundary layer}, while viscosity approaches zero. In 2007, Kelliher slightly changed Kato's demonstration to associate the inviscid limit to the control of the vorticity of the fluid on the boundary layer. Both criterion are minutely demonstrated on the dissertation Mestrado Matemática Mestre em Matemática CNPQ 131778/2014-5

Submitted by Morgana Andrade (morgana.andrade@ufes.br) on 2016-03-22T17:05:04Z No. of bitstreams: 2 license_rdf: 23148 bytes, checksum: 9da0b6dfac957114c6a7714714b86306 (MD5) Pedro Henrique Bonfim Pantoja.pdf: 1965227 bytes, checksum: c6e11a3e91300bad3c95be08b469415f (MD5) Approved for entry into archive by Patricia Barros (patricia.barros@ufes.br) on 2016-03-23T14:21:49Z (GMT) No. of bitstreams: 2 license_rdf: 23148 bytes, checksum: 9da0b6dfac957114c6a7714714b86306 (MD5) Pedro Henrique Bonfim Pantoja.pdf: 1965227 bytes, checksum: c6e11a3e91300bad3c95be08b469415f (MD5) Made available in DSpace on 2016-03-23T14:21:49Z (GMT). No. of bitstreams: 2 license_rdf: 23148 bytes, checksum: 9da0b6dfac957114c6a7714714b86306 (MD5) Pedro Henrique Bonfim Pantoja.pdf: 1965227 bytes, checksum: c6e11a3e91300bad3c95be08b469415f (MD5) Neste trabalho, apresenta­se uma solução para equação de difusão­advecção considerando o termo contragradiente que é um termo adicional. Esse termo adicional contém informações sobre a assimetria, escala de tempo Lagrangeana e velocidade turbulenta vertical. A solução da equação foi obtida pela utilização da técnica de Transformada de Laplace, considerando a Camada Limite Planetária (CLP) como um sistema de multicamadas. Os parâmetros turbulentos foram derivados da teoria de difusão estatística de Taylor, combinada com a teoria da similaridade. Assim, são apresentadas simulações para diferentes valores de assimetria, o que propiciou a obtenção de uma concentração de contaminantes em diferentes alturas, em uma camada limite convectiva. A avaliação do desempenho do modelo, considerando a assimetria no processo de dispersão de poluentes atmosféricos, foi realizada através de um experimento de tanque convectivo tradicional. Nesse experimento, o termo contragradiente influenciou a concentração de poluentes para uma camada limite convectiva. Entretanto, com as parametrizações utilizadas, o modelo não conseguiu captar de forma eficiente o comportamento da concentração em pontos mais distantes da fonte. In this paper presents a solution to the advection­diffusion equation considering the term is an additional term countergradient. This additional term contains information asymmetry, Lagrangian time scale and vertical turbulent velocity. The solution of the equation was obtained by using the technique of Laplace transform, considering the planetary boundary layer (PBL) as a multilayer system. The turbulent parameters were derived from statistical distribution theory Taylor, combined with the theory of similarity. Hence, Simulations for different values of asymmetry, which allowed to obtain a concentration of contaminants at different heights in a convective boundary layer is displayed. The evaluation of model performance, considering the asymmetry in the dispersion of air pollutants process was conducted through an experiment of traditional convective tank. In this experiment, the countergradient influenced the concentration of pollutants in a convective boundary layer. However, with the parameterizations used, the model failed to capture efficiently the behavior of concentration at points further away from the source.

CAPES - Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior FAPESPA - Fundação Amazônia de Amparo a Estudos e Pesquisas Estuda-se a Camada Limite Noturna – CLN sobre área de floresta tropical primária a nordeste do Estado do Amazonas, a Reserva de Desenvolvimento Sustentável Uatumã distante 15 km ao rio Uatumã, a cerca de 380 km a nordeste da cidade de Manaus, no Amazonas. Pretende-se determinar algumas das características da CLN, particularmente regimes noturnos de turbulência através da identificação das diferenças existentes relacionadas a trocas verticais de CO2, de acordo com a metodologia proposta por Sun et al. (2012). Serão utilizados dados de resposta rápida das grandezas escalares e vetoriais da atmosfera, como por exemplo, a concentração do CO2 e a velocidade do vento, respectivamente. A metodologia aplicada permite a caracterização da CLN em três regimes de estabilidade dinâmica: 1º) de turbulência fraca, com velocidade média do vento baixa; 2º) de turbulência forte, com velocidade do vento alta e, 3º) de turbulência intermitente, com ocorrência de eventos “top-down”. A partir dessa caracterização, foram investigadas algumas das principais características estatísticas de cada regime turbulento. Como seria de se esperar, os fluxos turbulentos de CO2 aumentam com a elevação do valor da escala característica de velocidade turbulenta, VTKE, associada à energia cinética turbulenta medida acima da superfície. Assim, eles aumentam consideravelmente com o regime 2, associado a maiores valores da velocidade média do vento, |V|, e caracterizado pela ocorrência de mistura na camada limite atmosférica, CLA, gerada por forçantes não predominantemente superficiais. We study the nocturnal boundary layer - NBL above an area of primary tropical forest northeast of the state of Amazonas, the Sustainable Development Reserve of Uatumã, distant 15 km of the Uatumã River, located about 380 km northeast of the city of Manaus, Amazonas. It is intended to determine some of the characteristics of the NBL, particularly nocturnal turbulence regimes by identifying the differences related to vertical exchanges of CO2, according to the methodology proposed by Sun et al. (2012). Fast response data will be used for the atmospheric scalar and vector quantities, as CO2 concentration and wind speed, respectively. The methodology allows characterization of NBL in three regimes of dynamic stability: 1) weak turbulence, mean low wind speed; 2) strong turbulence, with high wind speed, and 3) intermittent turbulence events with "top -down ". From this characterization, we have investigated some of the main statistical characteristics of each turbulent regime. As would be expected, the turbulent fluxes of CO2 increases with the characteristic scale of turbulent velocity, VTKE, associated with turbulent kinetic energy measured above the forest canopy. The CO2 exchange increases considerably with the regime 2,with higher values of the mean wind speed, | V |, and with the occurrence of strong mixing in the atmospheric boundary layer, ABL, not predominantly generated by surface forcings .

Submitted by Elizabete Silva (elizabete.silva@ufes.br) on 2015-11-24T18:15:48Z No. of bitstreams: 1 ESTUDO COMPARATIVO ENTRE COEFICIENTES DE DIFUSÃO VERTICAIS NA SIMULAÇÃO DA DISPERSÃO DE POLUENTES EM UMA CAMADA LIMITE CONVECTIVA.pdf: 1674681 bytes, checksum: 111c79f422763f889235b823c0db31cd (MD5) Approved for entry into archive by Morgana Andrade (morgana.andrade@ufes.br) on 2016-01-08T11:34:06Z (GMT) No. of bitstreams: 1 ESTUDO COMPARATIVO ENTRE COEFICIENTES DE DIFUSÃO VERTICAIS NA SIMULAÇÃO DA DISPERSÃO DE POLUENTES EM UMA CAMADA LIMITE CONVECTIVA.pdf: 1674681 bytes, checksum: 111c79f422763f889235b823c0db31cd (MD5) Made available in DSpace on 2016-01-08T11:34:06Z (GMT). No. of bitstreams: 1 ESTUDO COMPARATIVO ENTRE COEFICIENTES DE DIFUSÃO VERTICAIS NA SIMULAÇÃO DA DISPERSÃO DE POLUENTES EM UMA CAMADA LIMITE CONVECTIVA.pdf: 1674681 bytes, checksum: 111c79f422763f889235b823c0db31cd (MD5) Previous issue date: 2014 FAPES O presente trabalho apresentou simulações para a dispersão de poluentes na Camada Limite Convectiva (CLC) com uma solução semi-analítica tridimensional estacionária, obtida através da resolução da equação de difusão-advecção. A equação foi resolvida combinando as técnicas ADMM (Advection Diffusion Multilayer Method), baseada na discretização da CLC em subcamadas, onde em cada subcamada a equação de difusão-advecção é resolvida pela técnica da Transformada de Laplace e, GITT (Generalized Integral TransformTechnique), um método híbrido que resolve uma ampla classe de problemas diretos e inversos. A nova técnica é então denominada GIADMT (Generalized Integral Advection Diffusion Multilayer Technique). O objetivo foi comparar e analisar alguns coeficientes de difusão vertical, e verificar sua aplicabilidade na equação de concentração tridimensional obtida pelo método GIADMT. Foi apresentada a comparação entres coeficientes de difusão vertical (Kz) adequados à atmosfera em condições instáveis. Os resultados obtidos foram confrontados com os dados experimentais de Copenhagen (Gryning e Lick, 1984; Gryning et al., 1987; Gryning e Lick, 2002), a fim de verificar o desempenho do modelo perante as diferentes parametrizações da turbulência atmosférica. As comparações apontaram melhores resultados ao empregar a parametrização sugerida por Degrazia et al. (2001) [A]. This work presents simulations for the pollutant dispersion in the Convective Boundary Layer (CBL) with a stationary three-dimensional semi-analytical solution, obtained by solving the advection-diffusion equation.The equation was solved by combining the techniques ADMM (Advection Diffusion Multilayer Method), based on the discretization of CLC in sublayers, each sublayer where the advection-diffusion equation is solved by the Laplace transform technique and GITT (Generalized Integral Transform Technique), a hybrid method that solves a broad class of direct and inverse problems. The new technique is then called GIADMT (Generalized Integral Advection Diffusion Multilayer Technique). The objective was to compare and analyze some of vertical diffusion coefficients, and their applicability in the three-dimensional concentration equation obtained by GIADMT method. Comparison entres appropriate to the atmosphere in unstable conditions vertical diffusion coefficients (Kz) was presented. The results were compared with experimental data of Copenhagen (Gryning and Lick, 1984; Gryning et al, 1987; Gryning and Lick, 2002) in order to verify the performance of the model under the various parameterizations of atmospheric turbulence. The comparisons showed better results when employing the parameterization suggested by Degrazia et al. (2001) [A].

Neste trabalho é analisada a variação da temperatura atmosférica próximo à superfície associada a efeitos antropogênicos, utilizando um modelo atmosférico simplificado. São utilizadas nas análises, alterações locais na cobertura de nuvens e quatro diferentes cenários de concentração atmosférica de dióxido de carbono. Os resultados mostram que as maiores variabilidades de temperatura ocorrem no estado desconectado e na região de transição entre os regimes de escoamento. Em concordância com esforços anteriores, os resultados indicam que grande parte da redução da variação diurna de temperatura (VDT) está relacionada com a bi-estabilidade atmosférica, característica da camada limite estável. Todavia, no regime desconectado, a presença de eventos intermitentes de turbulência pode tornar as variações de temperatura entre os diferentes cenários imprevisíveis. O que pode implicar que seja pouco provável que se consiga prever o comportamento da VDT em regiões caracterizadas pela presença de ventos fracos. In this work it is analyzed the variation of the atmospheric temperature near the surface associated with anthropogenic effects, by using a simplified atmospheric model. In the analyzes are used local changes in cloud cover and four different scenarios of atmospheric concentration of carbon dioxide. The results show that the highest variability in temperature occur in the disconnected state and in the transition region between the flow regimes. In agreement with previous efforts, the results indicate that the reduction of diurnal temperature range (DTR) is related to the atmospheric bi-stability, which is a characteristic of the stable boundary layer. However, in the disconnected state, the presence of intermittent burts of turbulence may make temperature variations between the different scenarios unpredictable. Which may imply that it should be hard to predict the behavior of the VDT in regions characterized by the presence of weak winds.

Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico In the present thesis, two distinct scientific problem in fluid mechanics are studied using laboratory observation techniques. In the first of them, a tank was used to simulate microburst propagation. In the experimental set-up, the flow was driven by combined impinging jet and density perturbations forcing with the aim of determining their relative influence on the overall microburst behaviour and, in particular, the initiation and structural evolution of the resulting vortex. These results were compared with those reported in previous simulation works. Such comparisons showed that the laboratory model may satisfactorily reproduce relevant aspects of a microburst. An expression for the characteristic microburst propagation velocity was derived, accounting for the combined effects of forced velocity and flotation forces generated by the density difference. The vortex structure is largely affected by the forcing type. The succession of vortex is best defined when a large density perturbation is combined with a weak jet impingement. The opposite configuration causes a main vortex to be succeeded by a wake where vortex structures are not clearly defined. In the second part, experiments were conducted in a wind tunnel above a cooled surface with the aim of determining the influence of the thermal stratification on turbulence-related quantities. The experimental apparatus consists of an aluminum plate inserted at the bottom surface of the test section, which is then cooled until 5ºC, so that a stably stratified surface is formed. As wind speeds increase, such a stable layer is soon destroyed. Data show that quantities such as temperature, variances, dissipation rates and turbulent fluxes are substantially reduced when a stratification is present. On the other hand, third and fourth order statistical moments, as well as the mean wind speed are very slightly affected by the stratification. Neste trabalho, dois problemas científicos distintos de mecânica dos fluídos são estudados utilizando-se técnicas de observação em laboratório. no primeiro deles, utilizou-se observações em tanque para simular microbursts. O escoamento foi induzido através da combinação de dois processos definidos como jato incidente e perturbações de densidade, com o objetivo de determinar a sua influência sobre o comportamento de forma geral do microbursts e, em particular, o começo e a evolução estrutural dos vórtices resultantes. Estes resultados foram comparados com trabalhos anteriores. Uma expressão para a velocidade característica de propagação do microburst foi obtida, representando os efeitos combinados de velocidade forçada e as forças de perturbação gerados pela diferença de densidade, cujas previsões estão em boa concordância com os dados experimentais. A estrutura do vórtice é em grande parte afetada pelo tipo de forçante. A sucessão de vórtices é melhor definida quando a influência da perturbação de densidade se destaca sobre a de jato incidente. A configuração oposta provoca um vórtice principal a ser sucedido por uma esteira, no qual as estruturas dos vórtices não são claramente definidas. Em uma segunda etapa, experimentos foram realizados em túnel de vento sobre uma superfície resfriada para verificar- se a influência da estratificação térmica sobre quantidades associadas a um escoamento turbulento. No aparato experimental, uma placa de alumínio foi inserida na superfície inferior da seção de testes e resfriada até atingir uma temperatura de 5ºC, com o objetivo de verificar a formação de uma camada limite térmica estável e a influência da mesma sobre as grandezas analisadas. É possível observar a formação de uma camada estratificada, e logo destruída conforme os valores de vento aumentam. Os dados analisados, mostram uma redução substancial nos casos de vento mais fraco para as grandezas como temperatura, variâncias, taxas de dissipação e fluxos turbulentos. Por outro lado, momentos estatísticos de terceira e quarta ordem, assim como a velocidade média do vento foram pouco afetados pela estratificação.

Orientador: Petronio Pulino Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Instituto de Matemática Estatística e Computação Científica Resumo: O Método dos Elementos Finitos representou nos últimos anos uma ferramenta fundamental no estudo de problemas de contorno. A evolução desde sua formulação fundamental a partir do Método de Galerkin clássico até sua versão com refinamento hp, se tornou na base dos métodos numéricos mais avançados como é o Método de Galerkin Descontinuo. O Método dos Elementos Finitos de Alta Ordem juntamente com os Métodos Espectrais usados na obtenção de soluções numéricas para problemas de contorno com fronteira descontinua, serão nosso objeto de estudo nesta Dissertação. Desde sua formulação matemática fundamental, por intermédio da escolha apropriada das funções hierárquicas que compõem os espaços de aproximação, assim como a montagem dos sistemas lineares locais e sua respectiva utilização no sistema linear global esparso, cuja solução é obtida pelo método iterativo de Gradiente Conjugado usando diversos Precondicionadores, será o caminho a seguir Abstract: The Finite Element Method developed in the last decades has been the most important tool in the study of Boundary Value Problems. Your evolution from its fundamental formulation using the Galerkin Method to the hp-adaptive finite element methods (hp-FEM), provided the necessary foundation for more advanced Numerical Methods like the Galerkin Discontinuous Method. The Finite Element Method of Higher Order, together with the Spectral formulation as a numerical method to solve Boundary Problems with Discontinuous Boundary, is the objective of study to this dissertation. The fundamental mathematical formulation of the finite element methods, passing through of to choose of hierarchical basis functions, also the assembly of local linear systems and it posteriorly use to construct a Sparse Linear System, whose solution is obtained for an iterative Preconditioner Gradient Method Mestrado Matemática Aplicada Mestre em Matemática Aplicada

A indústria aeronáutica tem grande interesse no estudo dos fluxos aerodinâmicos laminares, uma vez que produzem força de arrasto reduzida, resultando em economia de combustível nas aeronaves. Esse tipo escoamento em torno de superfícies aerodinâmicas e sua transição a turbulento torna-se, portanto, importante para o projeto aeronáutico e validação de modelos de Dinâmica dos Fluidos Computacional (CFD). No entanto, tal determinação apresenta dificuldades experimentais, muitas vezes relacionadas com métodos invasivos, que podem influenciar a camada limite do escoamento na superfície, tornando os dados não-representativos. Este artigo apresenta uma metodologia para determinar a transição da camada limite de laminar a turbulento usando câmeras de imageamento infravermelho de alta sensibilidade. Este método baseia-se no fato de que uma diferença de temperatura na superfície do perfil aerodinâmico sob escoamento laminar e turbulento é induzida por uma diferença na troca de calor entre os dois regimes: a troca de calor é maior em escoamentos turbulentos e pode ser detectada por estas câmeras. A principal vantagem deste método está no fato de que é não-invasivo e, portanto, fornece dados experimentais mais consistentes a fim de validar modelos teóricos com melhor precisão. O trabalho baseia-se em uma apresentação teórica dos conceitos aplicados e ensaios em túnel de vento conduzidos no Laboratório de Aerodinâmica da Escola de Engenharia de São Carlos - USP, por membros desta instituição, em conjunto com pesquisadores da Bombardier Aviation e Universidade Federal de São Carlos - UFSCar.

Dissertação (mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro de Ciências Físicas e Matemáticas, Programa de Pós-Graduação em Física, Florianópolis, 2010 A dependência funcional da força de arrasto viscoso sobre uma esfera que cai sob a ação da gravidade com resistência do ar na iminência da crise do arrasto é o primeiro e principal objeto deste trabalho teórico. Considera-se um regime de escoamento com camada-limite suficientemente desenvolvida e em processo de turbulência. Obtém-se analiticamente para a força de arrasto uma dependência quadrática com a velocidade-limite, sendo o valor do coeficiente de arrasto em função do número de Reynolds na região de crise do arrasto concordante com a experiência. De considerações termodinâmicas, obtém-se uma condição teórica necessária para a crise do arrasto que pode ser testada em laboratório. Na segunda parte, o objeto é estudarmos a estrutura axiomática da teoria de jogos com a possibilidade de interpretação da probabilidade no contexto da utilidade, como definida por John von Neumann e Oskar Morgenstern, vislumbrando aplicá-la na demonstração de que a sua estrutura de grupo é a mesma que a da função de medida proposta no artigo de Hugh Everett III.

Tese (doutorado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico, Programa de Pós-Graduação em Engenharia Mecânica, Florianópolis, 2009. A modelagem da excitação turbulenta sobre corpos imersos em um fluido é alvo de inúmeros trabalhos na indústria naval e aeroespacial. Ao longo dos anos, alguns modelos de flutuação de pressão foram estabelecidos a partir de ensaios e estudos analíticos. Nenhum destes modelos consegue descrever o comportamento do campo de pressão para todas as situações de interesse. Neste documento são apresentados alguns dos modelos de excitação aplicáveis à predição de ruído interno em aeronaves, bem como seus resultados comparando diferentes perfis de vôo, os quais incluem variações de velocidade, altitude e posicionamento. Além disso, os resultados destes modelos foram reavaliados a partir de informações retiradas de simulações numéricas através de mecânica dos fluidos computacional. Para aeronaves de pequeno porte, observa-se que o comportamento previsto pelos modelos semi-empíricos não representa fielmente o escoamento. Um procedimento de medição em vôo é descrito com o objetivo de capturar o espectro da flutuação de pressão e os demais parâmetros que caracterizam o fluxo. Técnicas de processamento dos dados são descritas ao longo deste trabalho. Adicionalmente, avaliações experimentais da excitação turbulenta foram realizadas através de medições de vibração na fuselagem em uma aeronave para alguns regimes de escoamento. Estes resultados são utilizados na identificação de um modelo de excitação turbulenta mais apropriado. Por fim, como forma de validação da excitação turbulenta, os níveis de vibração medidos em vôo são comparados com os níveis calculados a partir dos modelos turbulentos ajustados.

Resumo

The movements are characterized by turbulent fluctuations in instantaneous speed, temperature and other scalars. As a consequence of these fluctuations, the turbulent state in fluid contributes significantly to transport momentum , heat and mass. Turbulence is defined as a state of the flow in which the time dependent variables exhibit irregular fluctuations which are seemingly random such that, in practice, only statistical properties can be recognized and subjected to analysis. The study of transport phenomena is greatly hampered by the presence of these fluctuations. Any simplification in the analysis of the effects of turbulence is extremely advantageous in physical, mathematical and numerical terms. The constant search for such simplifications is one of the main goals in the developing of new models of turbulence. This article aims to review the phenomenon of turbulence and its modeling, focusing on its theoretical foundations and on the main technical approaches used in the modeling of the phenomenon. Os movimentos turbulentos sao caracterizados por flutuações instantâneas de velocidade, temperatura e outros escalares. Como consequência destas flutuações, o estado turbulento em um fluido contribui significativamente no transporte de momentum , calor e massa. Define-se a turbulência como um estado de escoamento do fluído no qual as variaveis instantâneas exibem flutuações irregulares e aparentemente aleatórias tal que, na prática, apenas propriedades estatísticas podem ser reconhecidas e submetidas a uma analise. O estudo dos fenomenos de transporte fica dificultado, sobremaneira, pela presença destas flutuações.Qualquer simplificação na análise dos efeitos da turbulência e extremamente vantajosa do ponto de vista físico,matemático e numérico. A busca constante por tais simplificações e um dos principais objetivos no desenvolvimento de novos modelos de turbulencia. Este artigo tem como objetivo fazer uma revisão sobre o fenômeno da turbulência e sua modelagem, onde são apresentados os seus fundamentos teóricos e as principais técnicas de abordagem utilizadas na modelagem do fenômeno.

Procura-se investigar a validade de um método de classificação de regimes de umidade, baseado na caracterização de diferentes "estados" da Camada Limite Atmosférica Tropical (CLAT), acima de uma área de floresta, de acordo com a metodologia proposta por Mahrt (1991). Para essas análises foram utilizados dados de radiossondagens e de uma torre micrometeorológica, coletados durante o período menos chuvoso da região, obtidos durante o experimento "COBRA-PARÁ" (realizado no período de 30/10 a 15/11 de 2006). A análise dos regimes de umidade consiste na representação em espaço de fase dos dados disponíveis da razão de Bowen (β), em função do parâmetro -h/L (onde h é a altura da camada de mistura turbulenta e L é o comprimento de Obukhov). Dependendo da localização dos dados nesse espaço foi possível caracterizar as seguintes classes: classe I - ar seco e instável; classe II - vento seco predominante; classe III - vento úmido; classe IV - condição úmida e instável; classe V - condensação de vapor d'água na superfície; classe VI - condição estável dominante; e classe VII -formação de orvalho induzido por radiação noturna resfriando a superfície. Das classes mencionadas, aquelas mais freqüentemente observadas em Caxiuanã, foram as III, IV e VI. We investigate the validity of a method of humidity regimes classification, based on different "states" characterization of the Tropical Atmospheric Boundary Layer (TABL), above a forest area, according to the methodology proposed by Mahrt (1991). To perform this investigation we used radiosonde information and micrometeorological tower data collected during the drier season of the region, during the experiment "COBRA-PARÁ" (carried out from 30/10 to 15/11, 2006). The analysis of moisture regimes is based on the "phase space" data representation, where the Bowen ratio (β) is plotted against the -h/L parameter (where h is the height of the turbulent mixing layer and L is the Obukhov length scale). According to the location of the data value in this "phase space" it was possible to identify the following classes: Class I - dry air and unstable conditions, Class II - dry wind, Class III - wet wind, Class IV - wet air and unstable conditions, Class V - occurrence of water condensation on the surface, Class VI - stable conditions predominance and Class VII - dew formation generated by nocturnal radiative losses with surface cooling. Among the mentioned classes, the III, IV and VI were the most frequently observed at Caxiuanã.

Tese de mestrado, Ciências Geofísicas (Meteorologia), Universidade de Lisboa, Faculdade de Ciências, 2009 Submitted by Teresa Boa (tdboa@fc.ul.pt) on 2011-05-20T15:11:10Z No. of bitstreams: 1 ulfc055583_tm_Miguel_Nogueira.pdf: 1925767 bytes, checksum: 02bd59968c94a631fc08477d357541a0 (MD5) Made available in DSpace on 2011-05-20T15:11:21Z (GMT). No. of bitstreams: 1 ulfc055583_tm_Miguel_Nogueira.pdf: 1925767 bytes, checksum: 02bd59968c94a631fc08477d357541a0 (MD5) Previous issue date: 2009

Nessa dissertação apresenta-se o desenvolvimento de um modelo espectral para o decaimento da turbulência na Camada Limite Convectiva (CLC). A equação dinâmica para o espectro de energia é obtida a partir das equações de Navier-Stokes [Rinze, 1975J, na qual o termo de produção de energia por efeito mecânico foi desprezado. Durante o período de transição dia-noite foi considerado que o fluxo de calor da superfície é interrompido instântaneamente, o que permite desconsiderar o termo de produção ou perda de energia por efeito térmico. Para parametrizar o termo de transferência de energia cinética, para um fluxo turbulento e isotrópico, foi utilizado o modelo de Heisenberg, que descreve o decaimento da turbulência como um processo em que os turbilhões de um certo tamanho transferem energia por efeito de uma viscosidade cinemática turbulenta, aos turbilhões menores através de interações em cascata. Para resolver a equação diferencial não linear, que descreve o decaimento da turbulência na Camada Limite Convectiva (CLC), fixa-se o parâmetro "z" e considera-se que o espectro de energia pode ser dividido como um produto de duas funções. Neste trabalho, foi utilizado o modelo de Kristensen [1989] para obter o espectro inicial tridimensional.Foi calculada a componente vertical do coeficiente difusão, considerando o espectro vertical, que foi obtido usando-se uma função peso, a qual informa a contribuição de cada componente na formação do espectro tridimensional. Finalmente, os resultados obtidos no trabalho foram confrontados com os dados de LES - Large Eddy Simulation [Nieuwstadt e Brost, 1986] existentes na literatura. This work presents the development of a spectral model for the decay of turbulence in the Convective Boundary Layer (CBL). The dynamic equation for the energy spectrum is obtained from the Navier-Stokes equations [Hinze, 1975J, in which the term of energy production by mechanical effect was disregarded. During the period of transition from day to night it was considered that the flow of heat from the surface is instantaneously interrupted, which aIlowed the dismissal of the term of production or loss of energy instantaneously. For the purpose of parameters for the kinetic energy term of transference in a turbulent isotropic flow, the Heisenberg model was used, which describes the decay of turbulence as a process in which certain sized eddy transfer energy to smaIler eddy by means of turbulent kinetic viscosity through cascading interactions. For the purpose of solving the non-linear differential equation describing the decay of turbulence in the Convective Boundary Layer (CBL), we established the "z" parameter and considered that the energy spectrum can be divided as a product of two functions. This paper uses the Kristensen model [1989] for obtaining the initial tridimensional spectrum. The vertical component of the diffusion coefficient was calculated considering the vertical spectrum, which in turn was obtained by means of a weight function, which informs the contribution of each component in the whole of the tridimensional spectrum.FinaIly, the results obtained were confronted with the LES - Large Eddy Simulation [Nieuwstadt e Brost, 1986] existing in literature, for validation.

Made available in DSpace on 2015-03-04T18:50:49Z (GMT). No. of bitstreams: 1 tese.pdf: 5590910 bytes, checksum: a89ccd96ade2b696f0e5b9163dc31bf5 (MD5) Previous issue date: 2006-11-13 Lagrangian stochastic models are a largely used tool in the study of passive substances dispersion inside the Atmospheric Boundary Layer. Its application is related to the trajectory computation of thousands of particles, that numerically simulate the dispersion of suspense substances in the atmosphere. In this study, the basic concepts related to the Lagrangian stochastic modelling are presented and discussed together with its main characteristics and its computational implementation, to the study of particles dispersion in the atmosphere. In a computational experiment, the obtained results are compared with observational data from the TRACT experiment, that took place in Europe in 1992. The input data needed for the dispersion model are extracted from simulations with the numerical weather forecast model RAMS. Dispersion over Rio de Janeiro region is also tested in a second experiment. Modelos Lagrangianos estocásticos constituem ferramenta muito utilizada no estudo da dispersão de substâncias passivas na Camada Limite Atmosférica. Sua aplicação consiste em calcular a trajetória de milhares de partículas, que simulam numericamente a dispersão de uma substância em suspensão na atmosfera. Nesta tese, são apresentados e discutidos os conceitos básicos relacionados à Modelagem Lagrangiana Estocástica de Partículas, bem como suas principais características e sua implementação computacional, para o estudo da dispersão de partículas na atmosfera. Numa experimentação computacional, comparam-se os resultados obtidos com dados observacionais provenientes do experimento TRACT, realizado na Europa em 1992. Os dados de entrada necessários ao modelo de dispersão são extraídos de simulações do modelo de previsão numérica do tempo RAMS. A dispersão sobre o Estado do Rio de Janeiro é também testada em um segundo experimento.

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

Knowledge of the shape evolution and shrinkage of a spherical gel system during drying by forced convection significantly enhances the understanding of this process under the vision of the transport phenomena. This work consists in the development of a gel system, with spherical geometry, which allows analyzing the effect of the fluid flow, in the boundary layer, on the moisture transport, shrinkage and on the shape evolution of the sample, during drying in an air stream forced convection equipment. The shrinkage was observed through the capture of images, used for the calculation of shape factors. The process was evaluated under a laminar flow (based on particle diameter), with a agar concentration of 1.5 and 3% (wet basis), fluid velocities varying from 1.0 to 2.0 m/s and initial particle diameters of 1.61.10-2 and 2.66.10-2 m, being the temperature maintained at 50 0C. The results confirmed with good reproducibility, proved statistically, that the circularity and specific mass of the samples decrease according to the formation of accentuated two-dimensional moisture profiles, for moisture contents lower than the critical value. The difference between the maximum and minimum diameters of a sample, during the process, evidenced the variation of the mass transfer rates between the previous and subsequent areas. It was inferred that during the constant drying rate period, the analysis is pondered in relation to the moisture transport, with the circularity and specific mass of the samples staying approximately constant. The gel system used allowed to reach the proposed objective, in a selective way, representing materials intensely affected by the shrinkage. O conhecimento da evolução de forma e encolhimento de um sistema gel esférico, durante a secagem por convecção forçada, significativamente aumenta a compreensão deste processo na visão dos fenômenos de transporte. Este trabalho consiste no desenvolvimento de um sistema gel, com geometria esférica, que permita analisar o efeito do escoamento na camada limite, entre o sólido e o fluido, no transporte de umidade, encolhimento e na evolução da forma da amostra, durante a secagem por convecção forçada. O encolhimento foi observado pela tomada de imagens, e os dados foram utilizados para o cálculo de fatores de forma. O processo foi avaliado sobre um escoamento de fluido laminar (baseado em diâmetro de partícula), com uma concentração de ágar de 1,5 e 3% (b.u.), velocidade do fluido variando de 1,0 a 2,0 m/s e diâmetros de partícula iniciais de 1,61.10-2 e 2,66.10-2 m, sendo a temperatura mantida em aproximadamente 50 0C. Os resultados confirmaram com boa reprodutibilidade, comprovada estatisticamente, que a circularidade e massa específica das amostras diminuem de acordo com a formação de perfis de umidade bidimensionais, para teores de umidade abaixo do valor crítico. A diferença entre os diâmetros máximo e mínimo de uma amostra, ao longo do processo, evidenciou a variação das taxas de transferência de massa entre as regiões anterior e posterior. Durante o período de taxa constante de secagem foi avaliado que a análise é concentrada, em relação ao transporte de umidade, com a circularidade e massa específica das amostras permanecendo aproximadamente constantes. O sistema gel desenvolvido permitiu alcançar o objetivo proposto de maneira seletiva, representando materiais intensamente afetados pelo fenômeno do encolhimento.

Para uma caracterização físico-ambiental do montado de sobro e verificação da aplicabilidade e generalização ao montado de sobro dos padrões gerais de funcionamento físico-ambiental dos ecossistemas florestais, procedeu-se à medição, numa torre de 16m de altura, na camada de fluxo constante do balanço radiativo, dos fluxos turbulentos de calor latente e sensível, pelos métodos de covariância turbulenta e aerodinâmico iterativo e dos diversos termos de armazenamento energético. As campanhas de aquisição de dados no campo decorreram em dezasseis dias sem precipitação nos períodos de Maio a Outubro dos anos de 1997, 1998 e 1999. A média total dos valores médios diários das razões entre o somatório dos fluxos turbulentos, obtidos pelo método de covariância turbulenta e o balanço radiativo foi de 77%, valor típico para ecossistemas florestais. O fecho do balanço energético apresentou uma boa qualidade. Os valores de fluxo de calor sensível aumentaram com os correspondentes de balanço radiativo e velocidade de fricção. Verificou-se também uma relação indirecta entre o fluxo de calor latente e o balanço radiativo, típica de cobertos florestais. A physical characterization of cork oak stands in order to verify the applicability and generalization to that ecosystem of general environmental physical principles of forests was made. At a 16m tower in a cork oak stand, experimental measurements were done, in the constant flux layer of net radiation, of latent and sensible turbulent heat fluxes, by eddy covariance and aerodynamic methods and of the storage energy terms. The field campaigns for measurements were made in sixteen days in the periods of May-October of 1997, 1998 and 1999. The total mean daily ratio between the sum of the turbulent fluxes and net radiation was 77%, typical of data of forest canopies. A reasonable energy budget closure quality was obtained. The sensible heat fluxes increased mainly with net radiation and friction velocity. An indirect relation between latent heat flux and net radiation, typical of forest ecosystems, was shown. Afin de faire une caractérisation physique et ambiantale du peuplement de chêne-liège, vérification de l'applicabilité et de la généralisation des modèles généraux du fonctionnement physique et ambiantale des écosystèmes forestiers l'étude suivante a été réalisée. Á partir d'une tour de 16 m de hauteur, le mesurage des flux turbulents de chaleur latente et sensible a été effectué dans la couche de flux constant du bilan radiatif par des méthodes de covariance turbulente et d'aérodynamique itérative et en plusieurs termes d'emmagasinage énergétique. Les campagnes de récolte de données sur le terrain ont eu lieu en seize jours, sans précipitation, entre Mai et Octobre au cours des années 1997, 1998 et 1999. La moyenne totale des valeurs moyennes quotidiennes des rapports entre la somme des flux turbulents obtenus par la méthode de co-variance turbulente et le bilan radiatif a été de 77%, une valeur typique des systèmes forestiers. La fermeture du bilan énergétique a présenté une bonne qualité. Les valeurs de flux de la chaleur sensible ont augmenté en correspondance avec le bilan radiatif et la vitesse de friction. Le rapport indirecte entre le flux de chaleur latente et le bilan radiatif, typique des couverts forestiers, a aussi été vérifié.

Made available in DSpace on 2016-05-17T16:50:48Z (GMT). No. of bitstreams: 0 Previous issue date: 2003-03-18. Added 1 bitstream(s) on 2016-05-17T16:54:26Z : No. of bitstreams: 1 000855600.pdf: 766089 bytes, checksum: 37347854d3f96428cf5bba408325b5e0 (MD5) Estuda-se a dinâmica espacial e temporal de uma população biológica, através da equação de Fisher-Kolmogorov, levando-se em conta um crescimento logístico da população e uma dispersão fickiana da mesma no espaço. Especial atenção é dada ao caso em que o meio no qual a população evolui é espacialmente heterogêneo, constituindo-se de regiões mais favoráveis e de regiões menos favoráveis à persistência da população em questão. Analisam-se generalizações dos resultados clássicos de Skellam sobre o tamanho mínimo de uma região para a viabilidade de uma população, discutindo-se os efeitos dos isolamentos desta região. Os resultados são aplicados à dinâmica de pássaros de sub-bosque em fragmentos da floresta amazônica, mostrando-se que oferecem uma interpretação coerente para diversos efeitos observados em experimentos do Projeto de Dinâmica Biológica de Fragmentos Florestais (PDBFF) We study the spatial and temporal dynamics of a biological population by means of the Fisher-Kolmogorov equation, taking into account a logistic growth and a fickian diffusion. Special attention is payed to the case where the matrix where the population evolves is spatially heterogeneoous, being formed of more favorable and less favorable regions. We generalize the classical results of Skellam for the minimal patch size of a region in order to allow for the survival of a given population, discussing also the importance of the effects of isolation. The results are applyed to the the dynamics of understorey birds in fragments of the Amazonian forest, giving a coherent interpretation for the effects observed at by the PDBFF

Dissertação (mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico. Programa de Pós-graduação em Engenharia Mecânica.

Orientador: Eugenio Spano Rosa Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Mecanica Resumo: O estudo desenvolvido têm como tema central separadores cic1ônicos gás-líquido. Mais precisamente, procura-se caracterizar experimentalmente e desenvolver um modelo que possa prever o comportamento do escoamento de líquido que se desenvolve na forma de um filme de espessura reduzida sob a ação combinada dos campos centrífugo e gravitacional de forças, sendo esta uma das principais características dos separadores ciclônicos. Para tal, utiliza-se de duas técnicas experimentais para determinação direta da espessura média do filme de líquido: sonda de condutância e ultra-som. Por meio de visualização o ângulo que o filme faz com a horizontal também é determinado experimentalmente. Uma combinação destas variáveis experimentais permite uma determinação indireta das componentes axial e tangencial da velocidade média local do filme. Um modelo é desenvolvido a partir das equações de camada limite na forma integral tomada em termos médios num sistema cilíndrico de coordenadas e sob a hipótese de escoamento axisimétrico. São realizadas comparações entre as técnicas experimentais empregadas e os dados utilizados para validar o modelo proposto Abstract: The work is applied to the gas-liquid separator field and focus on the hydrodynamics aspects of the developing liquid film under the action of centrifugal and gravitational force fields. The main objective is to characterize experimentally the liquid film and develop a model capable to predict the average film quantities. Toward this objective two experimental techniques are employed to measure the average film thickness distribution: a conductive probe and ultrasound. AIso, using flow visualization the angle of the film with respect to the horizontal is determined. Using these two experimentally variable and the mass flow rate, the axial and tangentiallocal average film velocity is indirectly achieved. The flow modei developed is based on the integral form of the boundary layer equations in a cylindrical coordinate system and assuming axis-symmetric flow. A direct comparison between the film thickness experimental techniques is drawn as well as the model validation is conducted against the experimental data Mestrado Fenômenos de Transporte Mestre em Engenharia Mecânica

Orientador: Carlos Alberto Carrasco Altemani Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Mecanica Resumo: O objetivo principal desse trabalho foi a determinação numérica e experimental do fator de atrito e do número de Nusselt pata a região de escoamento completamente desenvolvido de um duto de seção retangular de pequenas dimensões. O canal de escoamento era constituído por uma base aquecida, por uma lateral de material isolante, adjacente à base e com as duas paredes restantes atuando como uma aleta dobrada. A razão de aspecto era igual a 0,675, sendo a base aquecida, um dos lados maiores. Externamente, as paredes eram isoladas, com exceção da lateral correspondente à base aquecida que foi submetida a um influxo uniforme de calor. Ar foi utilizado como fluidp de trabalho, com o perfil de velocidades desenvolvido na entrada do duto de testes. Os valores experimentais do fator de atrito e do número de Nusselt foram obtidos e comparados com correlações da literatura, para Números de Reynolds entre 3900 e 22500. O fator de atrito do escoamento completamente desenvolvido foi obtido e comparado para a condição de duto aquecido e não aquecido. As distribuições -axiais de Nusselt foram obtidas experimentalmente, ao longo de todo o duto, em função de Reynolds, para a condição de escoamento desenvolvido na entrada, com e sem uma perturbação na entraria do duto de lestes. Uma simulação do problema com um modelo algébrico de turbulência, permitiu a comparação dos valores numéricos com os valores experimentais do fator de atrito e do número de Nusselt, para a região completamente desenvolvida. Os desvios entre os valores experimentais e da simulação foram compatíveis com os valores citados na literatura. Abstract: The main objective of this work was the numerical and experimental determination of the friction factor and Nusselt number in the developed How region of a rectangular duct with small dimensions. Three walls were made with conducting material, forming one heated base and a bent fin. The fourth wall, adjacent to the base, was made with insulating material. The heated base was one of the wider sides, giving the channel an aspect ratio equal to 0,675. Externally, the duct was insulated, except the wall corresponding to the base, under uniform heat influx. Air was the working fluid. The friction factor and Nusselt number were obtained experimentally for fully developed flow imposed at the entrance of the duct and compared with literature correlations for Reynolds Numbers in the range between 3900 and 22500. The friction factor in the fully developed hydrodynamic region was obtained and compared for both conditions: unhealed and heated channel. The experimental distributions of Nusselt number were obtained experimentally, along the whole duct, as a function of *Reynolds number. The fully developed flow was obtained with and without a turbulence source in the entrance of the heated channel. A numerical simulation was carried out at the fully developed region, with an algebraic turbulence model, to compare numerical and experimental values of friction factor and Nusselt number. Deviation between experimental and numerical values, obtained from the simulation, was comparable with those reported in literature. Doutorado Térmica e Fluídos Doutor em Engenharia Mecânica

Orientador: Milton Mori Dissertação (mestrado) - UniversidadeEstadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Quimica Resumo: Neste trabalho é feito um estudo do método dos volumes finitos, no que se refere às suas características e particularidades. É feita uma abordagem rigorosa para a condição de simetria e faz-se uma comparação com o procedimento convencional. É feita uma análise de diversos esquemas de interpolação, através de simulações e aponta-se o melhor entre eles, para o caso em consideração. O problema físico em questão é o desenvolvimento da camada limite na região de entrada de tubos de seção transversal circular, para escoamento em regime laminar. São obtidos os comprimentos de entrada para uma vasta faixa de números de Reynolds, porem mantido em escoamento laminar. Os resultados obtidos são comparados com o de outros autores. São propostas algumas correlações para se obter o comprimento de entrada em função do número de Reynolds, provando-se a não validade das diversas correlações lineares propostas. um método de otimização (COMPLEX) é utilizado para a determinação dos parâmetros da malha a ser utilizada Abstract: In this work is done a study of the Finite Volume Method, concerning about its characteristics and particularities. A rigorous approach is done for the symmetry conditions. A comparison between this procedure and the conventional one is done. The physic problem is the development of the boundary layer in the entrance region of tubes with circular cross sections, in laminar flow. The entry length are obtained for a large range of Reynolds numbers, sustained in laminar flow. The results are compared with other workers. Some correlations are proposed in order to correlate the entry length to Reynolds numbers, and it proves that the correlations are non linear. An optimization method (COMPLES) is taken in the parameters determination for the grid used. Mestrado Desenvolvimento de Processos Químicos Mestre em Engenharia Química

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Dissertação (mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina. Centro Tecnologico. Inclui apendice As grandezas do escoamento laminar incompressível, não-newtoniano, dentro da camada limite são obtidas através da utilização de duas equações fundamentais: conservação da massa e conservação do movimento. Foi analizado o problema da placa plana e o de uma fonte de escoamento plana. Para o caso de superfícies curvas dá-se um tratamento geral e particulariza-se o problema para o do cilindro circular reto. Para o último caso são impostas as condições de sucção e deslize na interface do escoamento. É utilizado como fluido não-newtoniano, aquele que pode ser descrito pelo modelo da lei de potência; e foram determinadas grandezas importantes da camada limite para diversos índices de comportamento do escoamento, podendo ter-se uma idéia aproximada de como o escoamento é influenciado nela natureza reológica do fluído. Com as simplificações próprias da camada limite e substituindo-se a equação do modelo, obteve-se um sistema de duas equações diferenciais parciais, vinculadas a um sistema de coordenadas, adequado para cada problema em estudo. A equação do movimento torna-se altamente não linear, o que dificulta uma solução analítica; sendo assim, contorna-se o problema linearizando-se o modelo numérico associado. O método de diferença finita utilizado e um metodo implicito, obtendo-se uma matriz de característica tridiagonal o que vem a facilitar a solução numérica.

Orientador: Chang-Yu Liu Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia de Campinas Resumo: O problema da condensação pelicular laminar sobre uma parede vertical foi resolvido através da aplicação da Teoria da Camada Limite. Um parâmetro de velocidade adimensional ß, que é proporcional à velocidade normal variável na parede Vp e a coordenada longitudinal (xl/4) é definido para caracterizar o processo. Quando ß < O tem-se sucção e quando ß > O tem-se injeção. As equações diferenciais parciais da camada limite, através de uma trans formação de similaridade, são reduzidos em equações diferenciais ordinárias. O efeito da sucção e injeção variável sobre a transferência de calor, perfis de velocidades e temperaturas, espessura da película, razão de condensação e tensão de cisalhamento na parede é de mostrado através de vários exemplos, para Prandt1 1, 10 e 100. Abstract: The problem of laminar film condensation on a vertical wall has been solved by the application of Boundary Layer Theory. A dimensionless velocity parameter ß, which is proportional to, the variable normal velocity Vp and longitudinal coordinate (xl/4) is defined to characterize the process. When ß < O has suction and ß > O has injection. The partial differential equations of Boundary Layer, through a similarity transformation, is reduced to ordinary differential equations. The effects of variable suction and injection heat transfer, velocity and temperature profiles, film thickness, condensation rate and shearing stress on the wall are demonstrated through various examples to Prandt1 numbers 1, 10 and 100. Mestrado Mestre em Engenharia Mecânica

Dissertação apresentada para obtenção do grau de Doutor em Engenharia Civil na Faculdade de Engenharia da Universidade do Porto