Este trabalho objetivou a ampliação dos conhecimentos sobre a dinâmica de chamas de difusão turbulenta. A abordagem escolhida foi o método numérico da simulação de grandes escalas turbulentas (LES) acoplado ao modelo de combustão do tipo folha de chama ou \"Flamesheet\". A modelagem dos efeitos de dissipação das pequenas escalas turbulentas, foi realizada pelo modelo de Smagorinsky (1963). Foi feita a verificação e validação do código implementado pelo método das soluções manufaturadas, descrito por Roache (2002), e pelas soluções de engenharia do tipo tampa móvel em cavidade laminar, escoamento de Poiseuille e jato laminar. Neste trabalho foi estudada a chama de difusão turbulenta do tipo D, padronizada pelo \"SANDIA National Laboratories\". Foi verificado que, quando estudado o jato isotérmico, este obedece ao critério de jato auto-sustentável, definido por Hussein et al. (1994). Já os resultados obtidos para o jato reativo, quando comparados aos dados experimentais obtidos por Masri et al. (1996) e Barlow e Frank (1998), apresentaram boa concordância para os campos de velocidades e razoável correspondência para os campos de fração de mistura e temperatura, indicando que maiores estudos são necessários. / The mean goal of this work was to better understand the dynamics of turbulent diffusion flames. The turbulent flow was resolved appling the methodology of Large Eddy Simulation, coupled with the Flamesheet model for reactive systems. The effects of the turbulent subgrid dissipation were accounted with the Smagorinsky (1963) subgrid model. The numerical code verification and validation were accomplished with the manufactured solutions method, described by Roache (2002), and with the method of engineering solutions of the type of moveable wall in laminar cavity flow, Poiseuille flow and laminar jet flow. In this work was studied the turbulent flame of the type D flow, standardized by the SANDIA National Laboratories. It was verified that, when the isotermal jet flow was studied, the criterium of a self-sustained jet, defined by Hussein et al. (1994), was achieved. The results for the reactive flow, when compared against experimental data obtained by Masri et al. (1996) e Barlow e Frank (1998), presented resonable agreement for the velocity field and satisfactory correspondence for mixture fraction and temperature fields, indicating that further studies are necessary.

A utilização de perfis formados a frio na construção civil tem sido motivada pela elevada eficiência estrutural, expressa pela relação entre capacidade resistente e peso, e pela facilidade de fabricação, caracterizada pela possibilidade de produção de elementos com diferentes seções transversais. Devido à alta esbeltez dos elementos que os constituem, o projeto desses perfis, à temperatura ambiente ou em situação de incêndio, é governado pelos fenômenos de instabilidade local, distorcional e global. O objetivo dessa Tese é o desenvolvimento de ferramentas computacionais que possibilitem a avaliação do comportamento estrutural de pilares de aço formados a frio em situação de incêndio. Para esse fim são desenvolvidos dois programas de computador. O primeiro programa, denominado de ATERM, tem o objetivo de determinar o campo de temperaturas em regime transiente, de estruturas bidimensionais formadas por qualquer material, submetidas a qualquer curva temperatura-tempo de incêndio, com base no método dos elementos finitos. A esse programa acopla-se o programa ATERM-DIM para o dimensionamento em regime plástico de vigas de aço continuamente travadas, em situação de incêndio. Resultados obtidos do ATERM são comparados aos obtidos do programa sueco de computador Super Tempcalc. O segundo programa, denominado de INSTAB, realiza análises lineares e não lineares de estabilidade de perfis formados a frio, considerando as instabilidades local, global e distorcional, empregando o método das faixas finitas splines, para material elastofrágil, considerando a redução das propriedades mecânicas devido à temperatura. Valores de esforços resistentes obtidos pelo programa INSTAB são comparados aos determinados por meio do programa comercial de elementos finitos ANSYS, o qual considera o comportamento elastoplástico do material, e a resultados obtidos por meio de um método simplificado de dimensionamento de perfis formados a frio em situação de incêndio, proposto pelo autor para fins de normatização brasileira. Essa comparação permite avaliar o efeito da elastoplasticidade nos perfis axialmente comprimidos. Pretende-se, com base neste estudo, fornecer subsídios para o desenvolvimento de procedimentos para a verificação estrutural de perfis formados a frio em situação de incêndio. / The use of cold-formed steel profile in construction has increased because of its high efficiency, expressed as the ratio between load capacity and weight, and ease of manufacturing, characterized by the possibility of production of elements with different cross sections. Due the high slenderness ratio of the sections elements, the design of these profiles, either at room temperature or in case of fire, is determined by local, distortional and global buckling phenomena. The aim of this Thesis is to develop computational tools that allow the assessment of the structural behavior of cold-formed steel columns in fire. For this purpose, two softwares are developed. The first one, called ATERM, allows determining the temperature field under transient analysis of two-dimensional structures formed by any material, subjected to any time-temperature fire curve, and is based on the finite element method. This software interacts with another program, ATERM-DIM, used for plastic design of lateral restrained beams steel in fire. Results of ATERM are compared to those obtained from the Swedish software Super Tempcalc. The second program, named INSTAB, can perform linear and nonlinear stability studies of cold formed profiles, taking into account the local, distortional and global buckling, by means of the splines finite strip method for elastofragile material, considering the reduction of mechanical properties caused by the increase in temperature. Resistant values obtained by the INSTAB software are compared with results from the commercial finite element program ANSYS, which considers the plastic behavior of the material and also with results obtained by means of a simplified method for design of cold-formed profiles in fire, proposed by the author for the Brazilian fire standard. This comparison allows analyzing the effect of elastoplasticity in columns of cold-formed steel. Another objective of this study is to provide background for the development of procedures for the structural analysis of cold formed profiles in fire.

Neste trabalho é apresentada a análise do transitório hidráulico com a tensão de cisalhamento na parede do conduto forçado, tendo sido modelada por gradiente harmônico de pressão. É apresentada, também, a comparação dos resultados obtidos com a aplicação do método numérico de MacCormack com a utilização de fator de atrito em relação aos obtidos através da utilização de MacCormack com a introdução da tensão de cisalhamento modelada por gradiente harmônico de pressão, na análise de transitórios hidráulicos em condutos forçados. / This work presents the analysis of the Hydraulic Transient with wall shear stress on the pressurized flow modeled by harmonic Pressure Gradient. Appears also to compare results obtained with the application of the MacCormack numerical method with the use of friction factor with respect to those obtained through use of MacCormack with the introduction of wall shear stress on the pressurized flow modeled by harmonic Pressure Gradient in the analysis of hydraulic transients.

O objetivo desta tese é introduzir uma nova metodologia para a cinética bidimensional multi- grupo de difusão de nêutrons em reatores nucleares. A metodologia apresentada usa uma aproximação polinomial em um domínio homogêneo retangular com condições de contornos não homogêneas. Como ela consiste em uma série de Taylor truncada, sua estimativa de erro varia de acordo com o tamanho do retângulo. Os coeficientes são obtidos principalmente pelas suas relações com o termo independente, que _e determinado pela equação diferencial. Estas relações são obtidas apenas pelas condições de contorno, e é demonstrado serem linearmente independentes. Um esquema numérico é feito para assegurar uma rápida convergência. Estes procedimentos feitos para um retângulo homogêneo são feitos para construir soluções para problemas de autovalor e dependentes do tempo de geometria ortogonal global com parâmetros seccionalmente constantes pelo método iterativo SOR. O autovalor dominante e sua autofunção são obtidos pelo método da potência no problema de autovalor. A solução para casos dependentes do tempo usam o método de Euler modificado na variável tempo. Quatro casos-teste clássicos são considerados para ilustração. / The objective of this thesis is to introduce a new methodology for two{dimensional multi{ group neutron diffusion kinetics in a reactor core. The presented methodology uses a polyno- mial approximation in a rectangular homogeneous domain with non{homogeneous boundary conditions. As it consists on a truncated Taylor series, its error estimates varies with the size of the rectangle. The coefficients are obtained mainly by their relations with the independent term, which is determined by the differential equation. These relations are obtained by the boundary conditions only, and these relations are proven linear independent. A numerical scheme is made to assure faster convergence. The procedures done for one homogeneous rectangle are used to construct the solution of global orthogonal geometry with step{wise constant parameters steady state and time dependent problems by the iterative SOR algo- rithm. The dominant eigenvalue and its eigenfunction are obtained by the power method in the eigenvalue problem. The solution for the time dependent cases uses the modi ed Euler method in the time variable. Four classic test cases are considered for illustration.

Dans un disque axisymétrique en équilibre, les vitesses galactocentriques radiales et verticales sont théoriquement nulles. Pourtant, de grands relevés spectroscopiques ont révélé que les étoiles du disque de la Voie Lactée sont animées de vitesses non nulles dans les directions radiale et verticale. Les structures en vitesse radiale sont généralement associées aux composantes non-axisymétriques du potentiel. Celles en vitesse verticale non nulle sont souvent associées à des excitations externes. Nous avons montré que la réponse stellaire à une perturbation spirale produit un déplacement radial et des mouvements verticaux non nuls. La structure du champ moyen de vitesse obtenue est cohérente avec les observations. De plus un modèle simple reposant sur une linéarisation des équations d'Euler reproduit naturellement ce résultat. Nous concluons que ces structures observées pourraient aussi être engendrées par des perturbations internes non-axisymétriques. / In an equilibrium axisymmetric galactic disc, the mean galactocentric radial and vertical velocities are expected to be zero everywhere. Recent spectroscopic surveys have however shown that stars of the Milky Way disc exhibit non-zero mean velocities outside of the Galactic plane in both the radial and vertical velocity components. While radial velocity structures have already often been assumed to be linked with non-axisymmetric components of the potential, non-zero vertical velocity structures are usually rather attributed to excitations by external sources. We show that the stellar response to a spiral perturbation induces both a radial velocity flow and non-zero vertical motions. The resulting structure of the mean velocity field is qualitatively similar to the observations. Such a pattern also emerges from an analytic toy model based on linearized Euler equations. In conclusion, non-axisymmetric internal perturbations can also be the source of the observed mean velocity patterns.

The behaviour of individual cells must be carefully coordinated across a tissue to achieve correct function. In particular, proliferation and differentiation decisions must be precisely regulated throughout development, tissue maintenance, and repair. A better understanding of how these processes are controlled would have implications for human health; cancer is, after all, dysregulated proliferation, while regenerative medicine relies on being able to influence cell decisions accurately. To investigate such fundamental biological processes, it is common practice to use an experimentally tractable model organism. Here, we focus on the germ line of the nematode worm C. elegans, which provides opportunities to study organogenesis, tissue maintenance, and ageing effects. Despite the advantages of this organism as a biological model, certain questions about germ cell behaviour and coordination remain challenging to address in the lab. There is therefore a need for computational models of the germ line to complement experimental approaches. In this thesis, we develop a new in silico model of the C. elegans germ line. Novel aspects include working in three dimensions, covering the late larval period, and integrating a logical model of germ cell behaviour into a wider cell mechanics simulation. Our model produces a reasonable fit to wild-type germline behaviour, and provides the first cell tracking and labelling predictions for the larval period. It also suggests two new biological hypotheses: 1) that “stretching” growth plays a significant role in gonadogenesis, and 2) that a feedback mechanism acts on the germ cell cycle to prevent overproliferation. Having introduced the full model, we address some technical questions arising from our work, namely: what is the effect of applying a more physically realistic force law?; and can simulation performance be improved by changing the numerical scheme? Finally, we use in silico modelling to compare a number of hypothesised germ line maintenance mechanisms. There, our results support a model with functionally equivalent germ cells undergoing at most infrequent, transient cell cycle arrests.

Neste trabalho é apresentada a análise do transitório hidráulico com a tensão de cisalhamento na parede do conduto forçado, tendo sido modelada por gradiente harmônico de pressão. É apresentada, também, a comparação dos resultados obtidos com a aplicação do método numérico de MacCormack com a utilização de fator de atrito em relação aos obtidos através da utilização de MacCormack com a introdução da tensão de cisalhamento modelada por gradiente harmônico de pressão, na análise de transitórios hidráulicos em condutos forçados. / This work presents the analysis of the Hydraulic Transient with wall shear stress on the pressurized flow modeled by harmonic Pressure Gradient. Appears also to compare results obtained with the application of the MacCormack numerical method with the use of friction factor with respect to those obtained through use of MacCormack with the introduction of wall shear stress on the pressurized flow modeled by harmonic Pressure Gradient in the analysis of hydraulic transients.

Um mecanismo móvel instalado no interior de tanques, e conectado à estrutura por molas é proposto para atenuar os efeitos de sloshing em diferentes níveis de preenchimento. Para realizar o estudo e desenvolvimento deste dispositivo, foram propostas duas ferramentas de análise. A primeira ferramenta é baseada em uma formulação desenvolvida analiticamente que calcula a resposta das forças nas paredes do tanque no domínio da frequência. Esta formulação foi desenvolvida como um sistema mecânico de dois graus de liberdade, onde são representados o corpo móvel e o sloshing descrito como um sistema do tipo massa-mola. A segunda ferramenta é uma abordagem utilizando simulações numéricas baseada em um método de partículas de cálculo de escoamento. O método numérico utilizado foi o Moving Particle Semi-implicit (MPS) que calcula o comportamento do fluido interagindo com o corpo móvel e as paredes do tanque sem restrições de movimento. Resultados qualitativos do método analítico foram analisados e mostraram-se bastante consistentes. Resultados quantitativos dos métodos analíticos e numéricos foram comparados com os resultados presentes na literatura e entre si com uma boa concordância. O método analítico é eficiente no dimensionamento inicial do corpo móvel considerando apenas efeitos lineares, e o método numérico é mais indicado para análises mais detalhadas onde efeitos não-lineares podem ser considerados. A integração dos efeitos do corpo móvel no sloshing mostra que o dispositivo de supressão é eficaz em diferentes razões de preenchimento do tanque na atenuação dos efeitos gerados pelo sloshing. / A movable mechanism installed inside tanks and connected to the structure by springs is proposed to attenuate the sloshing effects for different filling ratios. To carry on the investigation and the development of this device, two analysis approaches were elaborated. The first approach is based on an analytical formulation that describes the coupled motion calculating the sloshing force on the walls in the frequency domain. This formulation was developed as a mechanical system with two degrees of freedom representing the moving body and the sloshing described as a mass-spring system. The second tool is an approach that uses numerical simulations based on a particle method to calculate the fluid flow called Moving Particle Semi- implicit method (MPS). This numerical approach calculates the fluid behavior interacting with the moving body and the tank walls without motions restrictions. Qualitative results of the analytical method were analyzed and they were consistent. Quantitative results of the analytical and numerical approaches were compared with the results found in the literature with good agreement. The analytical method is useful to define the moving device initial design considering only linear effects, and the numerical approach is indicated to more detailed analysis where non-linear effects can take place. The integration of the effects of sloshing with the moving body shows the effectiveness of the device for different filling ratios to attenuate the sloshing loads.

O trabalho desenvolvido tem como objetivo aplicar metodologias de otimização de suspensão para veículos de passageiro e comerciais leves, baseando-se em parâmetros de dirigibilidade e conforto veicular, através do uso de simulação numérica computacional. São apresentadas métricas objetivas utilizadas para a avaliação de um veículo com relação ao seu desempenho em termos de dirigibilidade e conforto e é proposta uma nova métrica global conjunta. São desenvolvidos no trabalho modelos analíticos para quantificar as métricas de dirigibilidade. Os resultados obtidos foram comparados com medições experimentais e resultados de modelos multicorpos mais complexos, atingindo o nível de correlação necessário para os propósitos deste trabalho. Alguns dos modelos analíticos desenvolvidos são contribuições inovadoras deste trabalho, não tendo correspondente anterior na literatura. É apresentada a modelagem dinâmica vertical que possibilita avaliar as métricas de conforto, cuja aplicação foi feita em conjunto com os modelos analíticos de dirigibilidade desenvolvidos, obtendo-se uma avaliação global conjunta. Três ferramentas de otimização são apresentadas e avaliadas na aplicação ao problema de otimização global. A análise comparativa dos resultados dos métodos de otimização permite identificar qual método mais adequado com relação ao desempenho computacional, praticidade de uso e disponibilidade de informação. Finalmente, demonstra-se que a aplicação da otimização numérica proporciona resultados efetivos para melhoria do produto, trazendo ganhos de tempo e custo no desenvolvimento de um novo projeto. / This work is intended to apply suspension set-up optimization methodologies to passenger vehicles and pick-up trucks based on their ride and handling parameters through the use of numerical computational simulation. Metrics used to evaluate a vehicle regarding its performance in terms of ride and handling are shown and a new global single metric for ride and handling is proposed. Analytical models are developed to quantify the vehicle handling metrics. The results obtained were compared with experimental measurements and the results of more complex multibody models, achieving the correlation level required for the purposes of this work. Some of the analytical models herein developed are new contributions from this work and were not previously available in the literature. The vertical dynamic model that allows the computation of the ride comfort metrics is shown, and its application simultaneously with the analytical handling models developed allows the calculation of the proposed global single ride and handling metric. Three different optimization techniques are presented and studied in order to compare their performance for the proposed problem. The comparative analysis among the optimization results allows determining where each method is more adequate with respect to computational performance, usage friendliness and information availability. Finally, it is shown that the application of numerical optimization is effective to improve the product performance, with gains in terms of development time and cost for a new project.

O objetivo deste projeto é o estudo de técnicas numéricas robustas para aproximação da solução de leis de conservação hiperbólicas escalares unidimensionais e bidimensionais e de sistemas de leis de conservação hiperbólicas. Para alcançar tal objetivo, estudamos esquemas conservativos com propriedades especiais, tais como, esquemas upwind, TVD, Godunov, limitante de fluxo e limitante de inclinação. A solução de um sistema de leis de conservação pode exibir descontinuidades do tipo choque, rarefação ou de contato. Assim, o desenvolvimento de técnicas numéricas capazes de reproduzir e tratar esses comportamentos é desejável. Além de representar corretamente a descontinuidade os esquemas numéricos têm ainda uma tarefa mais árdua; aquela de escolher a solução singular correta, a chamada solução entrópica. Os métodos de Godunov, limitantes de fluxo e limitantes de inclinação são técnicas numéricas que possuem as características apropriadas para aproximar a solução entrópica de uma lei de conservação. / The aim of this work is the study of robust numerical techniques for approximating the solution of scalar and systems of hyperbolic conservation laws. To achieve this, we studied conservative schemes with special properties, such as, schemes upwind, TVD, Godunov, flux limiters and slope limiters. The solution of a system of conservation laws can present discontinuities, like shocks, rarefaction or contact. Therefore, the development of numerical techniques capable of reproducing such featurs are highly desirable. Furthermore, besides resolving singularities, it is required that the numerical method chooses the correct weak solution, that is, the entropic solution. Godunov, flux limiters and slope limiters are techniques that show the appropriate behaviour when applied to conservation laws.