Leitos fluidizados são geralmente utilizados quando se deseja aumento na transferência de massa e/ou calor, sendo comumente encontrados em processos farmacêuticos (granulação de comprimidos), mineração (separação e classificação de sedimentos) e saneamento (tratamento de água), por exemplo. Com a crescente procura de minerais e tratamento de água em todo o mundo, a melhoria destes processos é crucial para alcançar o desenvolvimento económico e os objectivos de protecção ambiental. As aproximações reológicas disponíveis para suspensões granulares densas, como leitos fluidizados muito estreitos, não descrevem bem o comportamento interpartículas na presença de atrito e, portanto, aproximações reológicas precisas podem auxiliar na seleção de materiais e no projeto de leitos fluidizados estreitos. para as diversas aplicações acima mencionadas. Com base neste cenário, propomos para este projeto: I) a medição precisa dos coeficientes de atrito sólido-sólido e efetivo para meios granulares; II) a validação dos coeficientes de atrito partícula-partícula obtidos experimentalmente e em simulações resolvidas CFD-DEM (dinâmica de fluidos computacional - método dos elementos discretos). Os experimentos serão realizadas no Laboratoire Procédés et Ingénierie en Mécanique et Matériaux (PIMM) da École Nationale Supérieure d'Arts et Métiers (ENSAM) e as simulações utilizarão o cluster da ENSAM, ambas sob a supervisão do Dr. Jorge Peixinho. Vale ressaltar que o Dr. Peixinho já está colaborando com a UNICAMP e a FAPESP por meio de uma bolsa Sprint FAPESP-CNRS (no âmbito de uma bolsa JP2 - Jovem Pesquisador Fase 2, processo n. 2018/14981-7, na qual a bolsa de doutorado de Vinicius Oliveira está inserido). Dadas as suas diversas aplicações, uma melhor compreensão dos leitos fluidizados sólidos-líquidos estreitos tem um impacto direto na proteção ambiental, no saneamento, na saúde humana e na mineração. Em termos práticos, o estágio BEPE será importante para a formação do doutorando, a bolsa JP2, a colaboração UNICAMP-ENSAM e as colaborações CNRS-FAPESP.

O setor aeronáutico precisa mitigar as emissões de carbono, e o uso de Combustíveis Sustentáveis de Aviação (SAF) surge como uma solução promissora. Dada a crescente pressão sobre a indústria da aviação para se adaptar e inovar, o foco deste estudo será avaliar as características técnicas e ambientais de amostras de SAF's e suas misturas com querosene de aviação (QAV), buscando identificar potenciais benefícios, bem como os desafios associados à sua produção e implementação. Lacunas significativas ainda existem no conhecimento experimental sobre combustão e emissões de SAF e suas misturas. Usando uma abordagem metodológica robusta, esta pesquisa abordará essas lacunas, oferecendo insights cruciais para a indústria da aviação. Serão aplicadas técnicas avançadas de caracterização, incluindo qualidade de jatos de spray dos combustíveis, smoke point e métodos específicos para avaliar características de combustão e padrões de emissão. Além disso, alinhado ao contexto do projeto de lei "Combustível do Futuro" do governo brasileiro, os resultados derivados deste trabalho terão potencial para guiar tomadores de decisão no setor aeronáutico. Dada a abordagem técnica rigorosa e a relevância do tema, pretende-se com este projeto oferecer contribuições significativas para guiar a seleção de novos candidatos a SAF para testes em turbinas aeronáuticas. (AU)

Estimar, com exatidão, os fenômenos radiativos em escoamentos de entrada/reentrada é de interesse da indústria espacial, principalmente para o projeto de veículos de acesso ao espaço. Estudos presentes na literatura indicam que a radiação pode impactar, de forma significativa, o fluxo de calor sobre a parede do veículo. A magnitude do impacto da radiação depende das condições do escoamento, como densidade, temperatura e composição química. A literatura também apresenta que acoplamento de fenômenos radiativos às formulações de mecânica dos fluidos, para simular escoamentos hipersônicos reativos de entrada/reentrada atmosférica, não é uma tarefa trivial. O método Photon Monte Carlo (PMC) e o método da placa tangente (tangent slab - TS) são exemplos de formulações para simular fenômenos radiativos em escoamentos diversos. O primeiro método vem ganhando espaço na literatura para o estudo da radiação em escoamentos hipersônicos. O presente projeto de pesquisa tem por objetivo estudar o impacto de fenômenos radiativos em escoamentos hipersônicos reativos de entrada/ reentrada atmosférica em condições de não-equilíbrio termodinâmico e químico. Neste contexto, parte do esforço deste trabalho será destinado ao desenvolvimento de metodologias e ferramentas numéricas para simular fenômenos radiativos nos escoamentos de interesse. Estas ferramentas desenvolvidas serão validadas com resultados numéricos e experimentais presentes na literatura. Outra parte do esforço deste trabalho de pesquisa será destinado a identificar grandes desafios da área e abordá-los com a metodologia desenvolvida neste trabalho. Acredita-se que este projeto de pesquisa contribua para ampliar o entendimento sobre o impacto da radiação em escoamentos de entrada/reentrada. A temática deste trabalho está diretamente relacionada com interesses do programa espacial brasileiro. As contribuições deste projeto de pesquisa serão documentadas e publicadas em periódicos e eventos internacionais e nacionais relevantes na área. (AU)

Este projeto está versado na investigação da turbulência de escoamento livre (FST) e dos mecanismos de instabilidade hidrodinâmica, e visa compreender a transição para turbulência em bolhas de separação laminar. A física de escoamentos separados é complexa, porquanto a separação e a transição estão intimamente interligadas, e a presença de perturbações externas ou forçantes culmina em dificuldades extras, visto que diferentes mecanismos de instabilidade podem competir. Para abordar esse desafio, o projeto propõe introduzir perturbações isotrópicas de FST com variadas intensidades. Através de simulações numéricas diretas (DNS), serão investigados os mecanismos físicos que influenciam a interação entre a separação e a transição de bolhas de separação. O estudo aprofundado dessas interações pode oferecer insights significativos sobre a dinâmica de bolhas de separação sob condições de FST, como as encontradas em voo livre. Este entendimento aprimorado tem o potencial de impactar diretamente o design e a otimização de veículos aeroespaciais, bem como outras aplicações nas quais o controle de escoamentos é crucial. O projeto também pretende contribuir para a literatura científica, fornecendo uma compreensão mais profunda dos mecanismos de instabilidade e transição em escoamentos separados. Espera-se que os resultados possam ser aplicados para melhorar a eficiência e desempenho em uma variedade de contextos de engenharia, abrindo caminho para inovações em concepcões e tecnologias de escoamentos. (AU)

A principal contribuição do projeto de pesquisa aqui proposto é o desenvolvimento de modelos aerodinâmicos de ordem reduzida que possibilitem a realização de análises aeroelásticas não lineares de rotina na indústria. Há interesse em usar técnicas de dinâmica de fluidos computacional (CFD, do inglês Computational Fluid Dynamics) no desenvolvimento do operador aerodinâmico para análises aeroelásticas, pois essa abordagem proporcionaria a inclusão das não linearidades aerodinâmicas no estudo aeroelástico. Entretanto, dado o poder computacional atualmente disponível, o uso direto de simulações de CFD para a análise aeroelástica em cada ponto do envelope de voo pode se tornar proibitivo para aplicações rotineiras de engenharia. Uma estratégia possível para enfrentar esse desafio é o uso de formulações de modelos de ordem reduzida (ROM, do inglês Reduced-Order Model). Especialmente em escoamentos transônicos, as não linearidades aerodinâmicas são essenciais para a previsão correta das cargas aerodinâmicas não estacionárias, as quais, por sua vez, são necessárias para descrever adequadamente a interação fluido-estrutura. Este projeto de pesquisa, portanto, consistirá em realizar um estudo detalhado das abordagens disponíveis para o desenvolvimento de modelos de ordem reduzida baseados em resultados de CFD, a fim de viabilizar análises aeroelásticas completamente não lineares. Técnicas de identificação de sistemas por meio de funções de transferência aerodinâmicas, teoria de Koopman, decomposição ortogonal apropriada (POD, do inglês Proper Orthogonal Decomposition), decomposição em modos dinâmicos (DMD, do inglês Dynamic Mode Decomposition) e redes neurais serão exploradas neste estudo. Os resultados obtidos no presente projeto fornecerão informações relevantes para o desenvolvimento e a aplicação de técnicas de CFD para estudos aeroelásticos detalhados de configurações aeronáuticas.

A presente proposta descreve o plano de pesquisa associado à bolsa de estágio em pesquisa no exterior (BEPE) de Lucas Feitosa de Souza, estudante de mestrado na Faculdade de Engenharia Mecânica da Universidade Estadual de Campinas, FEM-UNICAMP. O período de estágio deverá ser realizado na North Carolina State University, NCSU, localizada em Raleigh, NC, EUA. Durante esse período, o aluno trabalhará sob a supervisão do Prof. Chi-An Yeh no Departamento de Engenharia Mecânica e Aeroespacial. O objetivo principal do presente trabalho é o estudo e aplicação de técnicas computacionais para análise e controle de escoamentos não estacionários em aerofólios sob estol dinâmico. Este fenômeno ocorre quando um aerofólio em movimento excede rapidamente seu ângulo de ataque de estol estático. O resultado é um aumento nas cargas não-estacionárias acompanhadas por grandes forças de torção e vibrações mecânicas em asas ou pás. Esta condição tem influência significativa no desempenho e na fadiga de diversos sistemas mecânicos, como pás de helicópteros, turbinas eólicas e outros veículos aéreos. Simulações numéricas de alta fidelidade serão empregadas juntamente com análises lineares. As simulações de CFD fornecerão escoamentos base aproximados calculados através de médias de fase, que serão investigados usando análise resolvente. Essa metodologia permitirá o estudo das respostas ótimas do escoamento em relação às perturbações impostas. Dessa forma, estratégias de controle de escoamento poderão ser propostas para escoamentos envolvendo estol dinâmico. (AU)

Este plano RTI 2023 tem por objetivo detalhar a aplicação de recursos na melhoria da infraestrutura da Faculdade de Engenharia Mecânica (FEM) da UNICAMP, apoiando a infraestrutura coletiva de pesquisa e beneficiando projetos de pesquisa. (AU)

Esta proposta de pesquisa de Iniciação Científica se insere no contexto de um projeto amplo, atualmente em execução no Grupo de Transferência de Calor da Escola de Engenharia de São Carlos, USP, que trata da investigação do escoamento bifásico e da ebulição convectiva em condições de temperaturas próximas ao ponto crítico termodinâmico. Investigações relacionadas à caracterização de escoamentos bifásicos em condições de macro e microescala foram extensivamente realizadas ao longo das últimas décadas, com o objetivo de compreender os mecanismos físicos de transferência de calor e perda de pressão. A maior parcela destes estudos envolvendo refrigerantes orgânicos restringe-se à reduzidas temperaturas de saturação, típicas de aplicações de refrigeração e ar-condicionado. No entanto, é crescente o interesse em sistemas que operem com elevadas temperaturas de evaporação, tais como os Ciclos Rankine Orgânicos e bombas de calor de elevada temperatura. Isto traz a necessidade do desenvolvimento de novos métodos de previsão que possam ser empregados no projeto de trocadores de calor operando em tais condições, já que os métodos existentes para previsão do coeficiente de transferência de calor (CTC) e da perda de pressão (Dp) não incorporam em suas concepções resultados para temperaturas de saturação elevadas. Dada a reconhecida relação entre a topologia do escoamento e a transferência de calor e a perda de pressão, é fundamental investigar as características do escoamento em elevadas temperaturas de saturação para o desenvolvimento de métodos de previsão mecanicistas para o CTC e Dp. Neste contexto, a presente proposta trata da avaliação das características do escoamento bifásico durante a ebulição convectiva do refrigerante R245fa para T_sat=60-150°C, correspondendo a temperaturas reduzidas de 0,78 a 0,99 no interior de um canal de 1,2 mm de diâmetro. Um programa desenvolvido em Matlab®, baseado na avaliação da intensidade luminosa dos pixels, será utilizado no tratamento das imagens do escoamento obtidas por meio de uma câmera de alta velocidade. Além disso, sinais obtidos por meio de pares diodo/sensor-laser atenuados por meio da topologia do escoamento também serão utilizados na caracterização do escoamento. Com base nesses dados, serão levantados resultados para velocidade, dimensão e frequência das bolhas de vapor, excentricidade do núcleo de vapor e será desenvolvido um método objetivo para caracterização dos padrões de escoamento.

Neste projeto de pesquisa é proposto estudo computacional de escoamento monofásico em dissipadores de calor compactos baseados em microcanais segmentados. Dissipadores de calor segmentados associados a fluidos refrigerantes de alto desempenho podem ser aplicados à aviônica de aeronaves militares e/ou comerciais, bem como na área aeroespacial, visto sua capacidade de dissipação de calor em volumes reduzidos, minimizando material utilizado em sua confecção e inventário de fluido refrigerante no sistema. Neste trabalho, será analisado o comportamento térmico e fluidodinâmico de dissipadores de calor de polidimetilsiloxano (PDMS) com incorporação de nanopartículas de nitreto de boro hexagonal (h-BN) para melhorar as propriedades térmicas do compósito resultante. Para a presente análise será considerado água deionizada como fluido de trabalho. A análise numérica será realizada por meio de solvers de CFD disponíveis em softwares comerciais ou de código aberto, considerando como dados de entrada as mesmas condições utilizadas para os testes experimentais. Para garantir a confiabilidade dos resultados, será realizada uma comparação dos dados obtidos, numericamente, para queda de pressão e coeficiente de transferência de calor, com resultados experimentais. A contribuição deste trabalho consiste em obter resultados de interesse para a indústria de resfriamento de componentes eletrônicos e de equipamentos de controle térmico de máquinas em geral, bem como, aprofundar o conhecimento sobre o uso de nanocompósitos, com propriedades térmicas aumentadas, como material base para dissipadores de calor compactos. A escolha pelo Dr. Reinaldo R. de Souza, membro do IN+/IST, como supervisor do estágio no exterior se deve aos trabalhos na área de fenômenos de transporte em interfaces líquido-sólido, do macro a microescala, e no desenvolvimento de técnicas de diagnóstico para a caracterização destes fenômenos, para diferentes aplicações.

Camadas limite turbulentas ocorrem na maioria dos escoamentos industriais e na natureza, e muitas vezes se desenvolvem sob gradientes de pressão que afetam sua estabilidade e propriedades de turbulência. Por exemplo, as camadas limite que se desenvolvem em asas de aeronaves, rotores industriais e turbinas eólicas e a gás estão sujeitas a regiões de gradientes de pressão favoráveis e adversos, sendo estas últimas mais suscetíveis à separação. Neste projeto de pesquisa, analisaremos as estatísticas das camadas limite turbulentas obtidas a partir de simulações numéricas de alta fidelidade. Os efeitos de gradientes adversos de pressão serão investigados para diferentes configurações de escoamento com aplicações aeronáuticas. O papel do gradiente de pressão será avaliado em termos de balanços de energia cinética turbulenta e anisotropia. Técnicas de decomposição modal de escoamentos também serão empregadas para analisar como estruturas turbulentas coerentes são afetadas por gradientes de pressão que variam espacialmente. (AU)