ABSTRACT
ABSTRACT As the world population increases, the need to develop more efficient wastewater treatment systems requires the use of new technologies. Software aided project and optimization of bioreactors and bioprocesses have become a matter of interest in recent years, especially due to the advance in the state-of-the-art of computational resources. This work aimed to perform gas/liquid numerical simulations using the Fluent 16.2 software and to validate this model through Particle Image Velocimetry (PIV) and shadow imaging techniques. Eulerian-Eulerian, laminar, tridimensional and transient simulations were carried out. The results for the mass imbalance for the gas and liquid phases, gas volumetric fraction, gas velocity, bubble size, liquid magnitude and upflow velocity and the velocity profiles for the liquid phase were successfully validated against experimental data. Concerning the dispersed phase, it was found a difference of 4.37% for the gas volumetric fraction between experiments and simulations. Simulated results showed a difference for the bubble mean velocity of 1.73% when compared with shadow imaging results. No coalescence was observed along the experiments, and the flow regime was characterized as dispersed bubble flow. Regarding the liquid phase, it was found a difference of 3.2% for the mean velocity, between simulated and PIV results. Simulated and experimental velocity profiles showed a better agreement at the center of the reactor. Some differences were observed in those profiles, due to geometry simplifications assumed in order to get a better mesh. Considering the good agreement between simulation and experiments, the model was considered validated.
RESUMO Conforme a população mundial aumenta, a necessidade de desenvolvimento de sistemas de tratamento de efluentes mais eficientes requer o uso de novas tecnologias. O projeto e otimização de biorreatores e bioprocessos auxiliados por softwares têm se tornado uma questão de interesse, em especial devido ao avanço no estado da arte quando se trata de recursos computacionais. O objetivo deste trabalho foi realizar simulações numéricas gás/liquido, utilizando o software Fluent 16.2, e validar experimentalmente o modelo computacional através de técnicas de PIV e Shadow Imaging. Foram realizadas simulações laminares, tridimensionais, transientes adotando uma abordagem Euleriana-Euleriana. Os resultados para o desequilíbrio de massa para as fases gasosa e líquida, a fração volumétrica de gás, a velocidade do gás, o tamanho da bolha, a magnitude e a velocidade ascensional do líquido e os perfis de escoamento do líquido foram validados experimentalmente com êxito. Foi verificada uma diferença de 4,37% entre resultados numéricos e experimentais para a fração volumétrica de gás no reator. Quando comparados os resultados das simulações com os resultados obtidos através de Shadow Imaging, foi encontrada uma diferença de 1,73% para a velocidade média da bolha. Não foi verificada coalescência ao longo dos experimentos realizados, e o escoamento foi caracterizado como fluxo de bolhas dispersas. Em relação à fase líquida, foi encontrada uma diferença de 3,2% para a velocidade média, entre os resultados simulados e de PIV. Os perfis de velocidade simulada e experimental mostraram uma melhor concordância no centro do reator. Algumas diferenças foram observadas nesses perfis, devido às simplificações geométricas assumidas para obter uma malha melhor. Considerando a boa concordância entre resultados numéricos e experimentais, o modelo foi considerado validado.
ABSTRACT
O presente trabalho apresenta resultados de estudos analítico-experimentais visando à verificação das condições de estanqueidade de bacias de contenção de tanques de armazenamento de combustíveis de um terminal portuário situado no Nordeste brasileiro. Com esse objetivo, foi efetuado estudo de caso com foco na avaliação da vulnerabilidade ambiental de duas áreas de estocagem distintas, para as quais foi realizada uma simulação transiente do avanço da frente de contaminação em um cenário hipotético de grande derramamento acidental de combustível em um terreno não saturado. Para o desenvolvimento dos estudos, procedeu-se à realização de uma extensa campanha de investigações geotécnicas de campo e de laboratório e à realização de simulações numéricas de fluxo multifásico, com o emprego do método dos elementos finitos.
This work presents results of analytical and experimental studies concerning the evaluation of permeability conditions of spill diversion ponds around fuel storage tanks located in a Brazilian northeast industrial plant. For this purpose, a case study was carried out in order to assess the environmental vulnerability of two distinct storage areas, by means of transient numerical simulations of contaminant advance in unsaturated soil after a hypothetical accident with hydrocarbon spill. For the development of the study, extensive geotechnical field and laboratory investigations were carried out, and numerical multiphase flow simulations were accomplished with the use of the finite element method.
ABSTRACT
A injeção de misturas de ar e água na forma de jatos bifásicos é bastante usada para a aeração artificial em tanques e corpos hídricos. No presente trabalho, foram realizados experimentos para investigar a transferência de massa induzida por estes jatos em um tanque de aeração. Os resultados forneceram eficiências de transferência de oxigênio padrão variando entre aproximadamente 5 e 9%. Combinando-se os dados obtidos nesta pesquisa com os disponíveis na literatura, foram geradas correlações adimensionais para o coeficiente de transferência de massa em função da fração volumétrica de ar e do número de Froude densimétrico. Finalmente, os resultados foram aplicados a situações práticas envolvendo sistemas de aeração por jatos bifásicos.
The injection of air-water mixtures through two-phase jets is widely used for artificial aeration in tanks and water bodies. In this study, experiments were conducted to investigate mass transfer induced by such jets in an aeration tank. The results provided standard oxygen transfer efficiencies ranging from about 5 to 9%. Combining the results obtained here with those from previous investigations allowed to generate dimensionless correlations for the mass transfer coefficient as a function of the gas volume fraction and the densimetric Froude number. Finally, the results were applied to practical situations involving two-phase jet aeration systems.
ABSTRACT
Objective To investigate effects of pressure and tail suspension on the growth of rat skeletal muscles by establishing the tail-suspended rat model and pressure-induced rat model, respectively. Methods Thirty-six male Sprague-Dawley rats were randomly divided into three groups: the control-group (CON), the tail-suspended group (SUS), the pressure group (PRE), and each group was undergoing two stages (7, 14 d) for observation. At the end of the experiment, the muscle wet weight/body weight (Mww/Bw), muscle fiber cross-sectional area (MFCSA), muscle fiber diameter (MFD) of soleus and extensor digitorum longus (EDL) and the IGF-1 concentration were measured, respectively. Results For both the SUS group and PRE group with 7 d, their Mww/Bw, MFCSA and MFD of soleus were significantly reduced (P<0.05) as compared to the CON group, which were reduced by 23.52%, 14.26%, 13.47% in PRE group, respectively, while these indexes in SUS group were reduced by 23.52%, 33.07%, 25.09%, respectively. Meanwhile, the decrease of Mww/Bw, MFCSA and MFD in PRE group with 14 d was reduced by 20.51%, -10.49%, -5.73%, respectively, which was less than that in PRE group with 7 d. However, the decrease of Mww/Bw in SUS group with 14 d reached 46.15%, showing significantly higher than that of the SUS group with 7 d. For the IGF-1 concentration and EDL changes, no remarkable differences were found among the CON, PRE and SUS groups. Conclusions The impact of pressure on the process of soleus growth is different from that of the suspension (disuse). During the early stage of pressure application, the deep tissue injury mainly with inflammatory responses can be found in the muscle. When the muscle cells adapt to the pressure environment, they may produce a functional adaptation to growth. Therefore, such effect of socket pressure on skeletal muscle should be considered in clinic for prosthetic socket design or rehabilitation training, which will help protect the muscle tissues.
ABSTRACT
Jatos bifásicos do tipo gás-líquido são bastante usados nas engenharias sanitária e ambiental para fins de aeração artificial e mistura turbulenta. O presente trabalho investiga a turbulência gerada por meio desses jatos em um tanque de água, utilizando velocimetria por imagem de partículas. As condições experimentais incluíram jatos bifásicos com frações volumétricas de ar de até 70 por cento e números de Reynolds variando entre 10.600 e 17.700. Os resultados dos ensaios indicaram que a fração volumétrica de ar afeta consideravelmente as propriedades turbulentas da fase líquida, enquanto o número de Reynolds apresenta efeito secundário. Correlações adimensionais foram então obtidas para expressar a energia cinética turbulenta e a taxa de dissipação de energia em função desses dois parâmetros. Finalmente, são apresentadas possíveis aplicações dos resultados deste trabalho.
Two-phase gas-liquid jets are widely used in the sanitary and environmental engineering field for artificial aeration and turbulent mixing. The present work investigates the turbulence generated by these jets in a water tank, using particle image velocimetry. The experimental conditions included two-phase jets with gas volume fractions of up to 70 percent and Reynolds numbers ranging from 10,600 to 17,700. The results indicated that the gas volume fraction affects significantly the turbulent properties of the liquid phase, while the Reynolds number presents a secondary effect. Dimensionless correlations were then obtained to express the turbulent kinetic energy and dissipation rate as a function of these two parameters. Finally, possible applications of the results obtained in this work are presented.