O objetivo desse trabalho consiste no estudo de métodos de identificação de parâmetros em problemas envolvendo a equação de advecção-difusão 2D. Essa equação é resolvida utilizando o método dos volumes finitos, sendo empregada métodos de reconstrução de alta ordem em malhas não-estruturadas de triângulos para calcular os fluxos nas faces dos volumes de controle. Como ferramenta de busca dos parâmetros é empregada a técnica baseadas em gradientes, sendo os mesmos calculados utilizando processos baseados em métodos adjuntos. / The aim of this work concern to study parameter identification methods on problems involving the advection-diffusion equation in two dimensions. This equation is solved employing the finite volume methods, and high-order reconstruction methods, on triangle unstructured meshes to solve the fluxes across the faces of control volumes. As parameter searching tool is employed technicals based on gradients. The gradients are solved using processes based on adjoint methods.

Orientador: Samuel da Silva / Resumo: Muitas aplicações da engenharia envolvem estruturas essencialmente não-lineares onde várias técnicas têm sido recentemente estudadas e investigadas por muitos pesquisadores. Dentre as várias abordagems, as que usam séries de Volterra têm apresentado propriedades úteis para fornecer um melhor entendimento para identificação e análise. Neste contexto, a presente tese propõem novas contribuições em como usar as séries de Volterra para caracterização, identificação e análise dinâmica de sistemas não-lineares usando sinais de entrada e saída e sinais somente de saída. Inicialmente, apresenta-se uma metodologia para análise de sistemas mecânicos não-lineares através das funções de resposta em frequência de alta-ordem (HOFRFs) e o conceito de HOFRFs estendidas com dados apenas de saída é introduzido e descrito em detalhes. Após isso, uma abordagem para identificação de sistemas não-lineares com base nas séries de Volterra através da expansão na base ortonormal de Kautz é proposta. Essa técnica permite identificar os seus núcleos mais facilmente e permite separar as contribuições dos termos lineares e não-lineares usando somente sinais de saída. Além disso, uma metodologia para análise modal de sistemas fracamente não-lineares sujeito a excitações com vários níveis de amplitude é também apresentada. A contribuição desse novo método reside no fato de que as HOFRFs são simplesmente estimadas como função das FRFs lineares. Basicamente, essa metodologia estende o conceito ... (Resumo completo, clicar acesso eletrônico abaixo) / Abstract: Most recent engineering applications involve structures essentially nonlinear where several techniques have been recently studied and investigated by many researchers. Among them, the methods based on Volterra series expansion have presented powerful properties to provide a better understanding for identification and analysis. In this context, the present thesis proposes new contributions in how to use Volterra series for characterization, identification and dynamical analysis of nonlinear systems based on input and output signals and output-only signals. Initially, a methodology for analysis of nonlinear mechanical systems through higher-order frequency response functions (HOFRFs) is presented and the concept of extended HOFRFs based on output-only is introduced and described in detail. Afterwards, an approach for identification of nonlinear systems based on Volterra series through the expansion onto orthonormal Kautz basis is proposed. This technique allows to identify the Volterra kernels easily and enable to split the contribution of the linear and nonlinear terms using input-output as well as output-only signals. Furthermore, a methodology for modal analysis of weakly nonlinear systems under multilevel excitation is also proposed. The contribution of this new approach lies in the fact that HOFRFs are simply computed as functions of the linear FRFs. Basically, it extends the conventional experimental modal analysis methods in order to characterize and treat no... (Complete abstract click electronic access below) / Doutor

Este trabalho é dedicado à análise e implementação de esquemas "upwind" de alta ordem modernos e o modelo de turbulência k-epsilon padrão no Freeflow-2D; um ambiente integrado para simulação numérica em diferenças finitas de problemas de escoamentos incompressíveis com superfícies livres. O propósito do estudo é a simulação de escoamentos de fluidos newtonianos incompressíveis, bidimensionais, confinados e/ou com superfícies livres e a altos valores do número de Reynolds. O desempenho do código Freeflow-2D atual é avaliada na simulação do escoamento numa expansão brusca e de um jato livre incidindo perpendicularmente sobre uma superfície rígida impermeável. O código é então aplicado na simulação de um jato planar turbulento em uma porção de fluido com superfície livre e estacionário. Os resultados numéricos obtidos são comparados com dados experimentais, soluções analíticas e soluções numéricas de outros trabalhos. / This work is devoted to the analysis and implementation of modern high-order upwind schemes and the standard k-epsilon turbulence model into the Freeflow-2D; a finite difference integrated environment for the numerical simulation of incompressible free surface flow problems. The purpose of this study is the two-dimensional simulation of high-Reynolds incompressible newtonian confined and/or free surface flows. The performance of the current Freeflow-2D code is assessed by applying it to the simulation of flow over a backward facing step and of an impinging free jet onto an impermeable rigid surface. The code is then applied to a turbulent planar jet into a pool. The numerical results are compared with experimental data, analytical solution, and numerical simulations of other works.

Submitted by OSCAR SCUSSEL null (oscar.scussel@gmail.com) on 2017-04-29T13:57:37Z No. of bitstreams: 1 PhDThesisScussel.pdf: 4308679 bytes, checksum: 08a1260ebbd5cc5320910fff695b1037 (MD5) / Approved for entry into archive by Luiz Galeffi (luizgaleffi@gmail.com) on 2017-05-03T16:39:39Z (GMT) No. of bitstreams: 1 scussel_o_dr_ilha.pdf: 4308679 bytes, checksum: 08a1260ebbd5cc5320910fff695b1037 (MD5) / Made available in DSpace on 2017-05-03T16:39:39Z (GMT). No. of bitstreams: 1 scussel_o_dr_ilha.pdf: 4308679 bytes, checksum: 08a1260ebbd5cc5320910fff695b1037 (MD5) Previous issue date: 2017-03-27 / Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico (CNPq) / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES) / Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo (FAPESP) / Muitas aplicações da engenharia envolvem estruturas essencialmente não-lineares onde várias técnicas têm sido recentemente estudadas e investigadas por muitos pesquisadores. Dentre as várias abordagems, as que usam séries de Volterra têm apresentado propriedades úteis para fornecer um melhor entendimento para identificação e análise. Neste contexto, a presente tese propõem novas contribuições em como usar as séries de Volterra para caracterização, identificação e análise dinâmica de sistemas não-lineares usando sinais de entrada e saída e sinais somente de saída. Inicialmente, apresenta-se uma metodologia para análise de sistemas mecânicos não-lineares através das funções de resposta em frequência de alta-ordem (HOFRFs) e o conceito de HOFRFs estendidas com dados apenas de saída é introduzido e descrito em detalhes. Após isso, uma abordagem para identificação de sistemas não-lineares com base nas séries de Volterra através da expansão na base ortonormal de Kautz é proposta. Essa técnica permite identificar os seus núcleos mais facilmente e permite separar as contribuições dos termos lineares e não-lineares usando somente sinais de saída. Além disso, uma metodologia para análise modal de sistemas fracamente não-lineares sujeito a excitações com vários níveis de amplitude é também apresentada. A contribuição desse novo método reside no fato de que as HOFRFs são simplesmente estimadas como função das FRFs lineares. Basicamente, essa metodologia estende o conceito de métodos convencionais de analise modal experimental para caracterizar e tratar efeitos não-lineares. Os resultados via exemplos numéricos e experimentais apresentados ao longo da tese mostram as contribuições, benefícios e eficácia da proposta. / Most recent engineering applications involve structures essentially nonlinear where several techniques have been recently studied and investigated by many researchers. Among them, the methods based on Volterra series expansion have presented powerful properties to provide a better understanding for identification and analysis. In this context, the present thesis proposes new contributions in how to use Volterra series for characterization, identification and dynamical analysis of nonlinear systems based on input and output signals and output-only signals. Initially, a methodology for analysis of nonlinear mechanical systems through higher-order frequency response functions (HOFRFs) is presented and the concept of extended HOFRFs based on output-only is introduced and described in detail. Afterwards, an approach for identification of nonlinear systems based on Volterra series through the expansion onto orthonormal Kautz basis is proposed. This technique allows to identify the Volterra kernels easily and enable to split the contribution of the linear and nonlinear terms using input-output as well as output-only signals. Furthermore, a methodology for modal analysis of weakly nonlinear systems under multilevel excitation is also proposed. The contribution of this new approach lies in the fact that HOFRFs are simply computed as functions of the linear FRFs. Basically, it extends the conventional experimental modal analysis methods in order to characterize and treat nonlinear effects. The results based on numerical and experimental examples presented along the thesis show the contributions, benefits and effectiveness of the proposal. / FAPESP: 2012/09135-3 / CNPq: 47058/2012-0 / CNPq: 203610/2014-8

Submitted by Automa??o e Estat?stica (sst@bczm.ufrn.br) on 2017-02-02T13:32:33Z No. of bitstreams: 1 EduardoRangelGomes_DISSERT.pdf: 1771839 bytes, checksum: 0f40c4426c285f3831c755c9be934db3 (MD5) / Approved for entry into archive by Arlan Eloi Leite Silva (eloihistoriador@yahoo.com.br) on 2017-02-08T20:00:01Z (GMT) No. of bitstreams: 1 EduardoRangelGomes_DISSERT.pdf: 1771839 bytes, checksum: 0f40c4426c285f3831c755c9be934db3 (MD5) / Made available in DSpace on 2017-02-08T20:00:01Z (GMT). No. of bitstreams: 1 EduardoRangelGomes_DISSERT.pdf: 1771839 bytes, checksum: 0f40c4426c285f3831c755c9be934db3 (MD5) Previous issue date: 2015-11-13 / Coordena??o de Aperfei?oamento de Pessoal de N?vel Superior (CAPES) / O trabalho de pesquisa objetiva desenvolver uma modelagem matem?tica e computacional do processo de filtra??o profunda durante o transporte de part?culas em suspens?o em meios porosos. Inicialmente, desenvolvemos um modelo matem?tico estoc?stico baseado em equa??es diferenciais parciais para modelar o processo de filtra??o profunda em meios porosos com a exclus?o pelo tamanho como mecanismo de captura. O modelo ? constitu?do das equa??es da conserva??o de massa de part?culas em suspens?o, cin?tica de captura de part?culas e cin?tica de obstru??o de poros. Considerando algumas hip?teses, foram obtidos modelos matem?ticos reduzidos, e consequentemente foram obtidas algumas solu??es anal?ticas para o transporte de part?culas e cin?tica de obstru??o de poros. Do ponto de vista num?rico, propomos algumas formula??es de m?todos de volumes finitos de primeira e segunda ordem n?o-oscilat?rios, satisfazendo uma condi??o CFL. Deduzimos formula??es preliminares discretas dos m?todos de Lax-Friedrichs (LxF) e Nessyahu e Tadmor (NT) baseados no algoritmo REA, com o intuito de introduzir as ideias iniciais do m?todo de volumes finitos de Kurganov e Tadmor (KT). Realizamos a discretiza??o do m?todo KT para equa??es diferenciais hiperb?licas homog?nea e n?o-homog?nea com o objetivo de simularmos o processo de filtra??o profunda. Para a resolu??o da equa??o do transporte de part?culas utilizamos o m?todo KT e para a cin?tica de obstru??o de poros fizemos uso da fam?lia de m?todos de Runge-Kutta. Simula??es num?ricas foram realizadas utilizando as formula??es discretas obtidas via m?todos de volumes finitos e o m?todo de Runge-Kutta, com o intuito de analisar a acur?cia e efici?ncia da metodologia num?rica apresentada. Finalmente, utilizamos a metodologia num?rica proposta com o objetivo de obtermos solu??es num?ricas do processo de filtra??o profunda, e consequentemente comparar os resultados num?ricos com as solu??es anal?ticas obtidas para os modelos matem?ticos reduzidos, possibilitando avaliar a acur?cia das formula??es discretas. Por fim, propomos solu??es num?ricas do processo de filtra??o profunda para avaliarmos como ocorre o transporte de part?culas em suspens?o em meios porosos. Para isso, foram utilizados diferentes tamanhos de part?culas e poros.

Em diversos escoamentos sobre superfícies há a presença de protuberâncias, como por exemplo rebites, parafusos e juntas. Estas protuberâncias podem influenciar a camada limite, acelerando a transição do escoamento do estado laminar para o estado turbulento. Em alguns casos isto pode ser indesejável, já que o escoamento turbulento implica necessariamente em uma força de atrito maior do que aquela referente ao escoamento laminar. Existem alguns aspectos neste tipo de escoamento que ainda não estão bem compreendidos. O objetivo deste trabalho é estudar a influência de uma rugosidade isolada no escoamento sobre uma superfície. Este estudo contribui para se entender o que ocorre em casos de maior complexidade. O estudo é de natureza computacional, em que se utiliza simulação numérica direta das equações de Navier-Stokes. A técnica de fronteiras imersas é utilizada para representar a rugosidade no escoamento sobre a superfície. O código numérico é verificado por meio do método de soluções manufaturadas. Comparações entre resultados experimentais, da teoria de estabilidade linear e numéricos também são utilizados para a validação do código. Resultados obtidos com diferentes alturas de rugosidade e variações no gradiente de pressão permitiram analisar a influência de elemento rugoso tridimensional em escoamentos de camada limite. / The presence of protuberances on surfaces, for example, rivets, screws and gaskets, can influence the boundary layer by accelerating the transition from laminar flow to turbulent flow. In some cases this may be undesirable, since the turbulent flow involves frictional forces greater than the ones at the laminar regime. There are some aspects of the flow in the boundary layer perturbed by a single roughness element that are not well understood. The aim of this work is to study the influence of an isolated roughness on the boundary layer. This study is a step towards to the understanding of what can happen in more complex cases. The nature of this study is computational, therefore a Direct Numerical Simulation code is used. The immersed boundary method is used to represent the roughness in the flow on the surface. The numerical code is verified via theMethod ofManufactured Solutions. Comparisons between experimental data, Linear Stability Theory and numerical results are also used for the validation of the code. Results obtained with different roughness heights and variations in the pressure gradient allowed the analysis of the influence of a three-dimensional roughness element in boundary layer flows.

Submitted by Renata Lopes (renatasil82@gmail.com) on 2017-03-02T18:09:12Z No. of bitstreams: 1 deniseschimitzdecarvalhotristao.pdf: 734334 bytes, checksum: 9fda9bda660d5bfec3204e328fe66d1c (MD5) / Approved for entry into archive by Adriana Oliveira (adriana.oliveira@ufjf.edu.br) on 2017-03-06T19:58:58Z (GMT) No. of bitstreams: 1 deniseschimitzdecarvalhotristao.pdf: 734334 bytes, checksum: 9fda9bda660d5bfec3204e328fe66d1c (MD5) / Made available in DSpace on 2017-03-06T19:58:58Z (GMT). No. of bitstreams: 1 deniseschimitzdecarvalhotristao.pdf: 734334 bytes, checksum: 9fda9bda660d5bfec3204e328fe66d1c (MD5) Previous issue date: 2013-08-30 / O desenvolvimento de modelos matemáticos e métodos computacionais para a simulação de escoamentos em meios porosos é de grande interesse, devido à sua aplicação em diversas áreas da engenharia e ciências aplicadas. Em geral, na simulação numérica de um modelo de escoamento em meios porosos, são adotadas estratégias de desacoplamento dos sistemas de equações diferenciais parciais que o compõem. Este estudo recai sobre esquemas numéricos para leis de conservação hiperbólicas, cuja aproximação é não-trivial. Os esquemas de volumes finitos de alta resolução baseados no algoritmo REA (Reconstruct, Evolve, Average) têm sido empregados com considerável sucesso para a aproximação de leis de conservação. Recentemente, esquemas centrais de alta ordem, baseados nos métodos de Lax-Friedrichs e de Rusanov (Local Lax-Friedrichs) têm sido apresentados de forma a reduzir a excessiva difusão numérica característica destes esquemas de primeira ordem. Nesta dissertação apresentamos o estudo e a aplicação de esquemas de volumes finitos centrais de alta ordem para equações hiperbólicas que aparecem na modelagem de escoamentos em meios porosos. / The development of mathematical models and computational methods for the simulation of flow in porous media has a great interest because of its applications in engineering and other sciences. In general, in order to solve numerically the flow model in porous media the system of partial differential equations are decoupled. This study focus on the numerical schemes for the hyperbolic conservation laws, which solution is non-trivial. The finite volume schemes based on high order algorithm REA (Reconstruct, Evolve, Average) have been used with considerable success for the numerical solution of the conservation laws. Recently, high-order central schemes, based on the methods of Lax-Friedrichs and Rusanov (Local Lax-Friedrichs) have been presented, they reduce the excessive numerical diffusion presented in the first order schemes. In this dissertation we present the study and application of the high-order finite volume central schemes for hyperbolic equations as appear in the porous media flow modeling.

Orientador: Hugo Luis Fragnito / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Instituto de Física Gleb Wataghin / Made available in DSpace on 2018-08-19T18:29:41Z (GMT). No. of bitstreams: 1 CastanedaTutestar_JuanAndres_M.pdf: 6184459 bytes, checksum: 92c32f647e9f3cbb607992b021c7924d (MD5) Previous issue date: 2012 / Resumo: Estudamos a interação entre laser e ruído em fibras ópticas, sua dependência com dispersão cromática e sua aplicação para caracterizar flutuações dos parâmetros de dispersao ao longo da fibra. A interacao é governada pela polarização não-linear de terceira ordem e, nesta tese, consideramos especificamente o processo de mistura de quatro ondas ou FMW (de Four-Wave Mixing) descrito por termos de ordem cúbica na amplitude do campo elétrico aplicado. Em particular, nós estamos interessados em termos que são lineares na amplitude do laser e quadraticos na do ruído. Devido a este processo, são geradas novas ondas que apresentam picos bem definidos no espectro e muito sensíveis aos parâmetros de dispersão de alta ordem (até quarta ordem e demonstrada nesta tese). Medidas com pulsos de curta duração (~ 100 ps para o laser e ~ 40 ps para o ruído em nossos experimentos) nos permitem caracterizar como os parâmetros de dispersão variam ao longo da fibra com boa resolução espacial (< 1 km). Apresentamos também uma resolução numérica das equações exatas para determinar como os parâmetros de dispersão, em fibras de perfil de índice degrau, dependem do raio do núcleo da fibra. Encontramos que variações de 0.1 µm (± 1%) do raio do núcleo da fibra produzem mudancas no comprimento de onda de dispersão nula (?0) e no pico de FWM (?FWM) que são consistentes com os resultados experimentais. Também verificamos a existencia de um valor do raio do núcleo da fibra o qual oferece propriedades de dispersao robustas para processos paramétricos. Este trabalho visa contribuir para a compreensão dos processos nao-lineares e campos estocásticos e, do ponto de vista prático, para o desenvolvimento de um método eficiente para medir variações na dispersão de alta ordem ao longo da fibra / Abstract: We study the interaction between laser and noise in optical fibers, its dependence on chromatic dispersion and its application to characterize the parameters of dispersion fluctuations along the fiber. The interaction is governed by the nonlinear polarization of the third-order and, in this thesis, we consider specifically the process of four-wave mixing (FWM) described by cubical terms in the amplitude of the applied electric field. In particular, we concern linear terms in the amplitude of the laser and quadratic in the noise. Due to this process, new waves are generated that have well-defined peaks in the spectrum and very sensitive to the parameters of highorder dispersion (up to fourth order is demonstrated in this thesis). Measurements with pulses of short duration (~ 100 ps for the laser and ~ 40 ps for the noise in our experiments) allow us to characterize how the dispersion parameters vary along the fiber with good spatial resolution (< 1 km). We also present an exact numerical solution of the equations to determine how the parameters of dispersion, in a stepindex fiber, depending on the radius of the fiber core. We found that variations of 0.1µ m (± 1%) of the fiber core radius produce changes in the wavelength of zero dispersion (?0) and at the peak of FWM (?FWM) that are consistent with experimental results. We also verified the existence of a value of the radius of the fiber core which provides robust dispersion properties for parametric processes. This work aims to contribute to the understanding of nonlinear processes and stochastic fields, and the practical point of view, to develop an efficient method for measuring variations in the high-order dispersion along the fiber / Mestrado / Mestre em Física

Orientadores: Maicon Ribeiro Correa, Eduardo Cardoso de Abreu / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Instituto de Matemática Estatística e Computação Científica / Made available in DSpace on 2018-08-27T11:41:21Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Silva_FelipeAugustoGuedesda_M.pdf: 1119470 bytes, checksum: eeabeb98750e53492e778b99174c0887 (MD5) Previous issue date: 2015 / Resumo: O foco do presente trabalho consiste no estudo computacional de métodos de Galerkin Descontínuo para aproximação numérica de problemas diferenciais de natureza hiperbólica, com enfoque em esquemas explícitos e no uso de aproximações do tipo Runge-Kutta no tempo para aproximação de problemas lineares e não-lineares. Especificamente, serão exploradas as boas propriedades de estabilidade local, no tempo, dos métodos da classe Runge-Kutta em conjunto com funções de fluxo numérico estáveis e com o uso de limitadores de inclinação, com o objetivo de desenvolver métodos Galerkin Descontínuo de alta ordem capazes de obter uma boa resolução de gradientes abruptos e de soluções descontínuas, sem oscilações espúrias, em problemas hiperbólicos. Uma breve discussão sobre esquemas de volumes finitos centrais de alta ordem é apresentada, onde são introduzidos importantes conceitos a serem utilizados na construção dos métodos de Galerkin Descontínuo. Um conjunto representativo de simulações numéricas de modelos hiperbólicos lineares e não-lineares é apresentado e discutido para avaliar a qualidade das aproximações obtidas em uma comparação direta com outras aproximações precisas de volumes finitos ou com soluções exatas, sempre que possível / Abstract: The focus of this work is the computational study of some Discontinuous Galerkin methods for the numerical approximation of first order hyperbolic differential problems, focusing on explicit schemes with discretization based on Runge-Kutta type methods in time, in problems with linear and nonlinear fluxes. Specifically, the good local stability properties of Runge-Kutta methods are combined with stable numerical flux functions and slope limiters in order to propose new higher-order Discontinuous Galerkin methods that achieve high resolution of abrupt gradients and of discontinuous solutions, without spurious oscillations in numerical solutions. Furthermore, a brief discussion about higher-order finite volume central schemes is presented in order to introduce some important concepts to be used in the construction of the DG methods. A representative set of numerical simulations for linear and nonlinear hyperbolic models is presented and discussed, in order to check the accuracy of the obtained Discontinuous Galerkin solutions by comparing their results with those of existing well-established finite volume numerical methods and exact solutions / Mestrado / Matematica Aplicada / Mestre em Matemática Aplicada

Este trabalho é dedicado à análise e implementação de esquemas "upwind" de alta ordem modernos e o modelo de turbulência k-epsilon padrão no Freeflow-2D; um ambiente integrado para simulação numérica em diferenças finitas de problemas de escoamentos incompressíveis com superfícies livres. O propósito do estudo é a simulação de escoamentos de fluidos newtonianos incompressíveis, bidimensionais, confinados e/ou com superfícies livres e a altos valores do número de Reynolds. O desempenho do código Freeflow-2D atual é avaliada na simulação do escoamento numa expansão brusca e de um jato livre incidindo perpendicularmente sobre uma superfície rígida impermeável. O código é então aplicado na simulação de um jato planar turbulento em uma porção de fluido com superfície livre e estacionário. Os resultados numéricos obtidos são comparados com dados experimentais, soluções analíticas e soluções numéricas de outros trabalhos. / This work is devoted to the analysis and implementation of modern high-order upwind schemes and the standard k-epsilon turbulence model into the Freeflow-2D; a finite difference integrated environment for the numerical simulation of incompressible free surface flow problems. The purpose of this study is the two-dimensional simulation of high-Reynolds incompressible newtonian confined and/or free surface flows. The performance of the current Freeflow-2D code is assessed by applying it to the simulation of flow over a backward facing step and of an impinging free jet onto an impermeable rigid surface. The code is then applied to a turbulent planar jet into a pool. The numerical results are compared with experimental data, analytical solution, and numerical simulations of other works.