Made available in DSpace on 2016-01-26T12:51:53Z (GMT). No. of bitstreams: 1 paulorogeriocorrea_tese.pdf: 1233217 bytes, checksum: 4e4b574f24af12fb3446f5336ad9af00 (MD5) Previous issue date: 2006-12-01 / Heart Rate Variability (HRV) is the most frequently used non-invasive diagnostic method for evaluating the heart autonomic control. Taking into consideration that the autonomous nervous system modulates, in an important way, the cardiovascular function, any alteration in the autonomous cardiovascular function constitutes cause and/or coadjuvant condition for numerous diseases. Recent studies have shown that through the heart frequency variability, by evaluating it within time, frequency and chaos domain, the human organisms, generally speaking, show a behavior of nonlinear complex systems, thus following the laws of Chaos Theory. The HRV analysis, by other nonlinear dynamic methods in the myocardial revascularization surgery pre-operation period, could predict more morbidity in the post-operation period, for example, lung infections. Objective: Evaluate the heart rate variability (HRV) behavior in the chaos domain (nonlinear dynamic) in the preoperative period of surgical myocardial revascularization and its relationship to lung infections occurrences in postoperative stay. Casuistic and Method: 72 non-selected patients were studied (age range from 58.4±10.2 years old) with coronary artery disease and having elective surgery indication for myocardial revascularization. In order to quantify the HRV in the chaos domain, the Detrended Fluctuation Analysis (DFA total) variables, their short-term (α1) and long-term (α2) correlations, Approximate Entropy (-ApEn), Lyapunov Exponent (LE), self-correlation (Tau), Normalized Tau (nT) and Hurst Exponent (HE) were measured in temporal series of 1.000 RR intervals of electrocardiogram recorded on the day before the operation, with Polar S810i equipment. Results: The cut-off levels were determined with help from ROC curve being for DFA total, α1, α2, Approximate Entropy, Lyapunov Exponent, Tau, Normalized Tau and Hurst Exponent, respectively: 1.036917,  0.727273,  0.906397,  0.480176,  0.832,  28.23143, 11.312504,  and 0.210447. In the Chaos Domain, the DFA total, Normalized Tau , Approximate Entropy and Lyapunov Exponent in the pre-operation period, were associated with the lung infection occurrences in the postoperative period with P =0.0309, P=0.0232, P= 0.0307 and P= 0.0006, respectively. In conclusion, the nonlinear dynamic methods, in their respective cut-off levels, allowed differentiating the cases that evolved into lung infection in the postoperative period of surgical myocardial revascularization. / A Variabilidade da freqüência cardíaca (HRV Heart Rate Variability ) é o método diagnóstico não invasivo mais freqüentemente usado na avaliação do controle autonômico do coração. Considerando que o sistema nervoso autônomo modula, de maneira importante, a função cardiovascular, as alterações na função autonômica cardiovascular constituem causa e/ou condição coadjuvante de numerosas doenças. Estudos recentes têm mostrado que pela análise da variabilidade da freqüência cardíaca, avaliando-a nos domínios do tempo, da freqüência e do caos, os organismos humanos, de forma geral, comportam-se como sistemas complexos não-lineares, obedecendo-se, assim, às leis da Teoria do Caos. A análise da HRV por outros métodos de dinâmica não linear no período pré-operatório da cirurgia de revascularização do miocárdio poderia ser preditora de maior morbidade no pós-operatório, como por exemplo, infecções pulmonares. Objetivo: Avaliar o comportamento da variabilidade da freqüência cardíaca (HRV) no domínio do caos (dinâmica não-linear) no período pré-operatório da cirurgia de revascularização do miocárdio e sua relação com a ocorrência de infecções pulmonares no período pós-operatório hospitalar. Casuística e Método: Foram estudados 72 pacientes não-selecionados (média de idade de 58,4±10,2 anos) com doença arterial coronária e indicação eletiva de cirurgia de revascularização do miocárdio. Para quantificar a dinâmica da HRV no domínio do caos foram medidas as variáveis, Análise das Flutuações Depuradas de Tendências (DFA total), seus componentes de curto (α1) e longo (α2) prazos, Entropia Aproximada (-ApEn), Expoente de Lyapunov (LE), Autocorrelação (Tau), Tau normalizado e Expoente de Hurst (HE) em séries temporais de 1.000 intervalos RR do eletrocardiograma captados na véspera da operação, com equipamento Polar S810i. Resultados: Os respectivos valores de corte determinados com auxílio da curva ROC foram para: DFA total, α1, α2, Entropia aproximada, Expoente de Lyapunov, Tau, Tau normalizado e HE respectivamente: 1, 036917,  0, 727273,  0, 906397,  0, 480176,  0, 832,  28, 23143, 11, 312504,  0,210447. No domínio do caos, a DFA total, Tau normalizado, Entropia Aproximada e Expoente Lyapunov no período pré-operatório, se associaram com a ocorrência de infecções pulmonares no pós-operatório de revascularização do miocárdio com P =0, 0309, P=0, 0232, P= 0,0307 e P= 0,0006 respectivamente. Em conclusão, os métodos de dinâmica não-linear, nos seus respectivos níveis de corte, permitiram diferenciar os casos que evoluíram com infecção pulmonar no período pós-operatório de cirurgia de revascularização do miocárdio.

En esta Tesis se aborda la estimación óptima de señales caóticas generadas por mapas unidimensionales y contaminadas por ruido aditivo blanco Gaussiano, desde el punto de vista de los dos marcos de inferencia estadística más extendidos: máxima verosimilitud (ML) y Bayesiano. Debido al elevado coste computacional de estos estimadores, se proponen asimismo diversos estimadores subóptimos, aunque computacionalmente eficientes, con un rendimiento similar al de los óptimos. Adicionalmente se analiza el problema de la estimación de los parámetros de un mapa caótico explotando la relación conocida entre muestras consecutivas de la secuencia caótica. Por último, se considera la aplicación de los estimadores anteriores al diseño de receptores para dos esquemas de comunicaciones caóticas diferentes: conmutación caótica y codificación simbólica o caótica. / This Thesis studies the optimal estimation of chaoticsignals generated iterating unidimensional maps and contaminated by additive white Gaussian noise, from the point of view of the two most common frameworks in statistical inference: maximum likelihood (ML) and Bayesian. Due to the high computational cost of optimum estimators, several suboptimal but computationally efficient estimators are proposed, which attain a similar performance as the optimum ones. Additionally, the estimation of the parameters of a chaotic map is analyzed, exploiting the known relation between consecutive samples of the chaotic sequence. Finally, we consider the application of the estimators developed in the design of receivers for two different schemes of chaotic communications: chaotic switching and symbolic or chaotic coding.

O Dilema do Prisioneiro (DP) é o jogo mais proeminente da Teoria dos Jogos devido à emergência da cooperação entre jogadores egoístas. O comportamento de cada jogador depende da estratégia que ele adotada e do seu ganho, que é determinado em função dos parâmetros do DP (T, R, P e S) e do número z de vizinhos com que ele joga. Portanto, a estrutura espacial dos jogadores não é relevante. Em nosso trabalho, utilizamos um autômato celular unidimensional onde cada jogador pode cooperar ou desertar ao interagir, simetricamente, com seus z vizinhos mais próximos. O sistema proposto nos permitiu realizar um estudo exaustivo do espaço de parâmetros para as estratégias evolucionárias Darwiniana (EED) e a Pavloviana (EEP) e compara-las. A geometria unidimensional nos possibilita obter os mesmos resultados dos sistemas em dimensionalidade arbitrária d, além de apresentar várias vantagens em relação a elas. No sistema que propomos os efeitos de borda são menores, exige menos tempo para a execução das simulações numéricas, permite variar o valor de z e é fácil obter uma representação visual da evolução temporal do sistema. Tal visualização simplifica a compreensão das interações entre os jogadores, pois surgem padrões nos agrupamentos de cooperadores/desertores, semelhantes aos pertencentes às classes dos autômatos celulares elementares. O estudo destes padrões nos permite compreender simplesmente a emergência da cooperação ou deserção nos sistemas. A evolução temporal do sistema que adota a EED gera um diagrama de fases muito rico com a presença das fases cooperadora, desertora e caótica. Já para a EEP, obtivemos um novo resultado analítico para as transições de fase, que neste caso são: cooperadora e quasi-regular. O estudo numérico exaustivo determinou as regiões do espaço de parâmetros onde acontecem cada uma das fases, e os efeitos da auto-interação podendo assim validar os resultados teóricos. O estudo do caso particular T = 1, tradicionalmente considerado como trivial, mostrou que ele apresenta comportamentos inusitados. Nossa principal contribuição para o estudo do DP é a obtenção de um novo paradigma. A geometria unidimensional com interação de vizinhos simétricos permitiu a visualização da evolução de padrões de cooperadores e desertores, o cálculo analítico de Tc para a EEP e o estudo de T = 1 para tais sistemas. / The Prisoner Dilemma (PD) is the most prominent game of the Game Theory due to emergency of the cooperation between selfish players. The behavior of each player depends on his/her strategy and the payoff, which is determined in function of the PD parameters (T, R, P and S) and by the number z of neighbors with whom he/she plays. Therefore, the spatial structure of the players does not matter. In our work, we have used a one-dimensional cellular automaton where each player can cooperate or defect when interacting, symmetrically, with his/her z nearest neighbors. The considered system allowed us to carry out an exhaustive exploration of the parameters space for the Darwinian Evolutionary Strategy (EED) and Pavlovian (EEP) and compares them. One-dimensional geometry makes possible to us get the same results of the systems in arbitrary d dimensional networks, besides, it presents some advantages. For the system that we proposed compared to the others dimensional networks, the boundary effects are less present, it needs less time for run the numerical simulations, it allows to vary the z value and is easier to get the visual representation of the system temporal evolution. Such visualization simplifies the understanding of the interactions between the players, therefore patterns appear in the clusters of cooperator/defectors, and these patterns belong to the elementary cellular automata classes. The study of these patterns allows them to understand in an easy way the emergence of the cooperation or defection in the systems. The temporal evolution of the system that adopts the EED yields a very rich phases diagram with the presence of cooperative, defective and chaotic phases. By the other hand, for the EEP, we have got a new analytical result for the phase transitions that in this case are: quasi-regular and cooperative. The exhaustive exploration study determines the regions on the parameters space where happen each phases occurs, and the effect of the self-interaction and thus validate the theoretical results. The study of the particular case T = 1, traditionally considered as trivial one, showed that it presents unusual behaviors, that we will present. Our main contribution for the study of the DP is the attainment of a new paradigm. One-dimensional geometry with interaction of symmetrical neighbors allowed to visualizes the evolution of cooperators and defectors patterns, the analytical result for Tc for the EEP and the study of T = 1 for such systems.

The significant advances in fiber-optic technology have broadened the optical network\'s reach into end-user business premises and even homes, allowing new services and technologies to be delivered to the customers. The next wave of innovation will certainly generate numerous opportunities provided by the widespread popularity of emerging solutions and applications such as tactile Internet, telemedicine and real time 3-D content generation, making them part of everyday life. Nevertheless, to support such an unprecedented and insatiable demand of data traffic, higher capacity and security, flexible bandwidth allocation and cost-efficiency have become crucial requirements for technologies candidate for future optical access networks. To this aim, optical code-division multiple-access (OCDMA) technology is considered as a prospective candidate, particularly due to features like asynchronous transmissions, flexible as well as conscious bandwidth resource distribution and support to differentiated services at the physical layer, to name but a few. In this context, this thesis proposes new mathematical formalisms for bit error rate, packet throughput and packet delay to assess the performance of flexible OCDMA networks capable of providing multiservice multirate transmissions according to users\' requirements. The proposed analytical formalisms do not require the knowledge a priori of the users\' code sequences, which means that the network performance can be addressed in a simple and straightforward manner using the code parameters only. In addition, the developed analytical formalisms account for a general number of distinct users\' classes as well as general probability of interference among users. Hence, these formalisms can be successfully applied for performance evaluation of flexible OCDMA networks not only under any number of users\' classes in a network, but also for most spreading codes with good correlation properties. The packet throughput expression is derived assuming Poisson, binomial and Markov chain approaches for the composite packet arrivals with the latter defined as benchmark. Then, it is shown via numerical simulation the Poisson-based expression is not appropriate for a reliable throughput estimate when compared to the benchmark (Markov) results. The binomial-based throughput equation, by its turn, provides results as accurate as the benchmark. In addition, the binomial-based throughput is numerically more convenient and computationally more efficient than the Markov chain approach, whereas the Markov-based one is computationally expensive, particularly if the number of users is large. The bit error rate (BER) expressions are derived considering gaussian and binomial distributions for the multiple-access interference and it is shown via numerical simulations that accurate performance of flexible OCDMA networks is only obtained with the binomial-based BER expression. This thesis also proposes and investigates a network architecture for Internet protocol traffic over flexible OCDMA with support to multiservice multirate transmissions, which is independent of the employed spreading code and does not require any new optical processing technology. In addition, the network performance assumes users transmitting asynchronously using receptors based on intensity-modulation direct-detection schemes. Numerical simulations shown that the proposed network performs well when its users are defined with high-weight code or when the channel utilization is low. The BER and packet throughput performance of an OCDMA network that provides multirate transmissions via multicode technique with two codes assigned to each single user is also addressed. Numerical results show that this technique outperforms classical techniques based on multilength code. Finally, this thesis addresses a new breakthrough technology that might lead to higher levels of security at the physical layer of optical networks. This technology consists in the generation of deterministic chaos from a commercial free-running vertical-cavity surface-emitting laser (VCSEL). The chaotic dynamics is generated by means of mechanical strains loaded onto an off-the-shelf quantum-well VCSEL using a simple and easily replicable holder. Deterministic chaos is then achieved, for the first time, without any additional complexity of optical feedback, parameter modulation or optical injection. The simplicity of the proposed system, which is based entirely on low-cost and easily available components, opens the way to the widespread use of commercial and free-running VCSEL devices for chaos-based applications. This off-the-shelf and cost-effective optical chaos generator has the potential for not only paving the way towards new security platforms in optical networks like, for example, successfully hiding the user information in an unpredictable, random-like signal against eventual eavesdroppers, but also for influencing emerging chaos applications initially limited or infeasible due to the lack of low-cost solutions. Furthermore, it leads the way to future realization of emerging applications with high-integrability and -scalability such as two-dimensional arrays of chaotic devices comprising hundreds of individual sources to increase requirements for random bit generation, cryptography or large-scale quantum networks. / Os avanços relacionados a tecnologia fotônica ampliaram o alcance das redes de comunicação óptica tanto em instalações de estabelecimentos comerciais quanto em residências, permitindo que novos serviços e tecnologias fossem entregues aos clientes. A próxima onda de inovação certamente gerará inúmeras oportunidades proporcionadas pela popularidade de soluções emergentes e aplicações como a Internet tátil, a telemedicina e a geração de conteúdo 3-D em tempo real, tornando-os parte da vida cotidiana. No entanto, para suportar a crescente demanda de tráfego atual, uma maior capacidade e segurança, alocação flexível de largura de banda e custo-eficiência tornaram-se requisitos cruciais para as tecnologias candidatas a futuras redes de acesso óptico. Para este fim, a tecnologia de acesso múltiplo por divisão de código óptico (OCDMA) é considerada um candidato em potencial, particularmente devido a características como transmissões assíncronas, distribuição flexível de banda larga e suporte a serviços diferenciados na camada física, para citar apenas alguns. Neste contexto, esta tese propõe novos formalismos matemáticos para a taxa de erro de bits, taxa de transferência de pacotes e atraso de pacotes para avaliar o desempenho de redes OCDMA flexíveis capazes de fornecer transmissões em múltiplas qualidades de serviço (QoS) de acordo com as necessidades dos usuários. Os formalismos analíticos propostos não requerem o conhecimento a priori das sequências de código dos usuários, o que significa que o desempenho da rede pode ser abordado de forma simples e direta usando apenas os parâmetros de código. Além disso, os formalismos analíticos desenvolvidos representam um número geral de classes de usuários distintos, bem como a probabilidade geral de interferência entre os usuários. Portanto, esses formalismos podem ser aplicados com sucesso na avaliação de desempenho de redes OCDMA flexíveis não apenas em qualquer número de classes de usuários em uma rede, mas também para a maioria dos códigos de espalhamento com boas propriedades de correlação. A expressão de taxa de transferência de pacotes é derivada assumindo aproximações de Poisson, binomial e de cadeia de Markov para as chegadas de pacotes compostos, com a última definida como benchmark. Em seguida, é mostrado via simulação numérica que a expressão baseada em Poisson não é apropriada para uma estimativa confiável de taxa de transferência quando comparada aos resultados de benchmark (Markov). A equação de taxa de transferência binomial, por sua vez, fornece resultados tão precisos quanto o benchmark. Além disso, a taxa de transferência binomial é numericamente mais conveniente e computacionalmente eficiente quando comparada com abordagem de Markov, enquanto esta última é computacionalmente dispendiosa, particularmente se o número de usuários é grande. As expressões de taxa de erro de bit (BER) são derivadas considerando distribuições gaussianas e binomiais para a interferência de acesso múltiplo e é mostrado por meio de simulações numéricas que o desempenho exato de redes OCDMA flexíveis é obtido somente com a expressão binomial de BER. Esta tese também propõe e investiga uma arquitetura de rede para o tráfego de protocolo de Internet sobre OCDMA flexível com suporte a transmissões de QoS e de múltiplas taxas, que é independente do código de espalhamento empregado e não requer qualquer nova tecnologia de processamento óptico. Além disso, o desempenho da rede assume que os usuários transmitem de forma assíncrona usando receptores baseados em esquemas de detecção direta de modulação de intensidade. As simulações numéricas mostraram que a rede proposta possui melhor desempenho quando seus usuários são definidos com peso de código alto ou quando a utilização do canal é baixa. O desempenho da BER e da taxa de transferência de pacotes de uma rede OCDMA que fornece transmissões de múltiplas taxas por meio de uma técnica multi-código com dois códigos atribuídos a cada usuário é também abordado. Os resultados numéricos mostram que esta técnica supera as técnicas clássicas baseadas no código de comprimento múltiplo. Finalmente, esta tese aborda uma nova tecnologia que pode levar a níveis mais elevados de segurança na camada física de redes ópticas. Esta tecnologia consiste na geração de caos determinístico a partir de um laser de emissão superficial com cavidade vertical (VCSEL). A dinâmica caótica é gerada através da aplicação de forças mecânicas em um VCSEL comercial usando um suporte simples e facilmente replicável. O caos determinístico é então alcançado, pela primeira vez, sem qualquer complexidade adicional de realimentação óptica, modulação de parâmetros ou injeção óptica. A simplicidade do sistema proposto, o qual se baseia inteiramente em componentes de baixo custo e que são facilmente encontrados, abre o caminho para o uso de dispositivos VCSEL comerciais para aplicações baseadas em caos. Este gerador de caos óptico tem o potencial não só de pavimentar o caminho para novas plataformas de segurança em redes ópticas, como, por exemplo, ocultar com êxito as informações do usuário em um sinal imprevisível e aleatório contra eventuais invasores, como também tem o potencial de influenciar aplicações de caos emergentes inicialmente limitadas ou inviáveis devido à falta de soluções de baixo custo. Além disso, ele conduz o caminho para a realização futura de aplicações emergentes com alta integridade e escalabilidade, tais como matrizes bidimensionais de dispositivos caóticos que compreendem centenas de fontes individuais para aumentar as necessidades de geração de bit aleatória, criptografia ou redes quânticas de grande escala.

Nesta tese estudamos algumas regiões de aparente estabilidade no cinturão de asteróides e no cinturão de Kuiper, analisando a evoluçãao dinâmica dos objetos nessas regiões por intervalos de tempo muito longos, em geral, da ordem da idade do Sistema Solar. Centramos principalmente nossa atenção no estudo das populações de pequenos corpos ressonantes, analisando três exemplos diferentes: a ressonância 2/1 com Júpiter e seu entorno (falha de Hecuba), a ressonância 2/3 com Netuno (Plutinos), e a ressonância 1/1 com Júpiter (Troianos). Atacamos o problema com diferentes ferramentas numéricas e analíticas: integração numérica direta de modelos precisos, modelos estatísticos de caminhada aleatória, modelos semi-analíticos baseados no desenvolvimento assimétrico da função perturbadora, cálculo de expoentes de Lyapunov, análise de freqüências, determinação de elementos próprios e taxas de difusão, etc. Os resultados obtidos permitem elaborar conclusões sobre a possível origem e evolução dinâmica destas populações. / In this thesis, we study some regions of regular motion in the asteroid main belt and in the Kuiper belt. We analyze the dynamical evolution in these regions over time scales of the order of the age of the Solar System. We centered our study on the populations of resonant minor bodies, discussing three examples: the 2/1 mean motion resonance with Jupiter (Hecuba gap), the 2/3 resonance with Neptune (Plutinos), and the 1/1 resonance with Jupiter (Trojans). We attack the problem with several different tools, both analytic and numeric: integration of N-body models, random-walk statistical models, semi-analytical models based on the assymetric expansion of the disturbing function, calculation of the maximum Lyapunov exponent, frequancy analysis, estimates of the diffusion of proper elements, etc. The results allow to draw conclusions about the possible origin of these populations.

Tesis por compendio / [ES] El flujo anular es uno de los regímenes de flujo bifásico más importantes y se caracteriza por que una fracción de líquido muy pequeña conocida como película de líquido que viaja cerca de la pared y un núcleo gaseoso. El flujo anular se puede observar durante la operación de plantas nucleares y en diferentes escenarios transitorios, aunque también en muchas otras aplicaciones industriales. La película de líquido es determinante en muchas de ellas ya que posee una alta capacidad de transferencia de masa, momento y energía. Parte de estas propiedades se deben a que la película presenta un comportamiento interfacial no linear con desarrollo de ondas interfaciales. Además, en determinadas instalaciones donde se la película de líquido actúa como refrigerante, es esencial conocer su comportamiento tanto por motivos de optimización como por razones de seguridad. Para estudiar los fundamentos del comportamiento de la película de líquido se han llevado a cabo una serie de experimentos en una instalación diseñada para generar flujo anular aire-agua en tubería circular vertical. En esta instalación se ha medido la evolución temporal del espesor de la película de líquido bajo diferentes condiciones y subrégimenes, como flujo en caída libre o flujo en cocorriente ascendente y descendente. El sistema de medida empleado se ha diseñado y construido para esta aplicación y consiste en sondas de conductancia de 3 electrodos rasantes a la pared y dispuestas en diferentes partes de la sección de test. Tanto el sistema electrónico como el dispositivo de calibración se diseñaron específicamente para trabajar con estas son-das de conductancia. La instalación cuenta con dos diámetros diferentes para poder comparar también el efecto del diámetro de la tubería así como aumentar el rango de medidas disponibles en bases de datos. Una de las características más particulares de la película de líquido son sus ondas interfaciales. Las principales ondas que se pueden diferenciar son las disturbance waves, ondas coherentes de gran calibre; y las ripple waves, ondas de pequeño tamaño, no coherentes que se generan constantemente antes de desaparecer al ser absorbidas por otras ondas. Las variables principales de la película de líquido que se han analizado en la instalación experimental son el espesor medio, la altura y frecuencia de las disturbance waves, la altura de las ripple waves y la altura de líquido no perturbado. Se han lleva-do a cabo diferentes estudios experimentales con objeto de añadir un valor adicional a las medidas. Para flujo anular descendente se ha estudiado el desarrollo de la película a través de diferentes zonas de medida y se han comparado las secciones de test de diferente diámetro. Además, múltiples correlaciones se han propuesto y los resultados se han comparado con estudios similares de otros autores. Para el análisis del flujo anular ascendente, se ha añadido un estudio del efecto de la tensión superficial en las variables de la película de líquido mediante la adición de pequeñas cantidades de 1-butanol. Es objeto de esta tesis también la modelación del flujo anular mediante análisis numérico. Los códigos de fluidodinámica computacional (CFD) son herramientas computacionales que permiten analizar el comportamiento de los fluidos. Han experimentado una fuerte evolución a lo largo de los últimos años gracias a los avances tecnológicos y los resultados que se obtienen de su correcta utilización son muy prometedores. No obstante, el flujo multifásico sigue siendo difícil de modelar y es necesario contrastar las predicciones de los códigos CFD con medidas experimentales. Por lo tanto, la fenomenología de flujo anular desarrollado se ha estudiado también mediante el código ANSYS CFX. Existe un importante vacío de conocimiento en la cuantificación de la incertidumbre (UQ) de dichos códigos CFD. Esta tesis también presenta los fundamentos del método UQ Polynomial Chaos Expansion (PCE) aplicado a dos casos prácticos. / [CA] El flux anular és un dels règims de flux bifàsic més importants i es caracteritza perquè la fracció de líquid és molt xicoteta coneguda com a pel·lícula de líquid. El flux anul·lar es pot observar durant l'operació de plantes nuclears i en diferents escenaris transitoris, encara que també en moltes altres aplicacions industrials. La pel·lícula de líquid és determinant en moltes d'elles ja que posseeix una alta capacitat de transferència de massa, moment i energia. Part d'aquestes propietats es deuen al fet que la pel·lícula presenta un comportament interfacial no linear amb desenvolupament d'ones interfacials. A més, en determinades instal·lacions on li la pel·lícula de líquid actua com a refrigerant, és essencial conéixer el seu comportament tant per motius d'optimització com per raons de seguretat. Per a estudiar els fonaments del comportament de la pel·lícula de líquid s'han dut a terme una sèrie d'experiments en una instal·lació dissenyada per a generar flux anular aïre-aigua en canonada circular vertical. En aquesta instal·lació s'ha mesurat l'evolució temporal de la grossària de la pel·lícula de líquid sota diferents condicions i subrégimenes, com a flux en caiguda lliure o flux en cocorriente ascendent i descendent. El sistema de mesura emprat s'ha dissenyat i construït per a aquesta aplicació i consisteix en sondes de conductància de 3 elèctrodes i disposades en diferents parts de la secció de test. Tant el sistema electrònic com el dispositiu de calibratge es van dissenyar específicament per a treballar amb aquestes sondes de conductància. La instal·lació compta amb dos diàmetres diferents per a poder comparar també l'efecte del diàmetre de la canonada així com augmentar el rang de mesures disponibles en bases de dades. Una de les característiques més particulars de la pel·lícula de líquid són les seues ones interfacials. Les principals ones que es poden diferenciar són les disturbance waves, ones coherents de gran calibre; i les ripple waves, ones de xicoteta grandària, no coherents que es generen constantment abans de desaparéixer en ser absorbides per altres ones. Les variables principals de la pel·lícula de líquid que s'han analitzat en la instal·lació experimental són la grossària mitjana, l'altura i freqüència de les disturbance waves, l'altura de les ripple waves i l'altura de líquid no pertorbat. S'han dut a terme diferents estudis experimentals a fi d'afegir un valor addicional a les mesures. Per a flux anul·lar descendent s'ha estudiat el desenvolupament de la pel·lícula a través de diferents zones de mesura i s'han comparat els diferents diàmetres. A més, múltiples correlacions s'han proposat i els resultats s'han comparat amb estudis similars d'altres autors. Per a l'anàlisi del flux anul·lar ascendent, s'ha afegit un estudi de l'efecte de la tensió superficial en les variables de la pel·lícula de líquid mitjançant l'addició de xicotetes quantitats de 1-butanol. És objecte d'aquesta tesi també el modelatge del flux anul·lar mitjançant anàlisi numèrica. Els codis de fluidodinámica computacional (CFD) són eines computacionals que permeten analitzar el comportament dels fluids. Han experimentat una forta evolució al llarg dels últims anys gràcies als avanços tecnològics i els resultats que s'obtenen de la seua correcta utilització són molt prometedors. No obstant això, el flux multifásico continua sent difícil de modelar i és necessari contrastar les prediccions dels codis CFD amb mesures experimentals. Per tant, la fenomenologia de flux anular desenvolupat s'ha estudiat també mitjançant el codi ANSYS CFX. Existeix un important buit de conei-xement en la quantificació de la incertesa d'aquests codis CFD. En aquesta tesi es mostren els fonaments del Polynomial Chaos Expansion (PCE) com a mètode per a calcular la incertesa dels resultats de simulació mitjançant propagació. El PCE per quadratura de Gauss-Hermite s'ha aplicat a les simulacions de dos experiments. / [EN] Annular flow is one of the most important two-phase flow regimes and is characterized by a very small liquid fraction known as a liquid film travelling close to the wall and a gas core. Annular flow can be observed during the operation of nuclear plants, in different transient scenarios, and many other industrial applications. The liquid film is decisive in many of them as it has a high mass, momentum and energy transfer capacity. Many of these properties are due to the film exhibiting nonlinear interfacial behavior with the generation of interfacial waves. In addition, in certain facilities where the liquid film acts as a coolant, it is essential to know its behavior both for optimization and safety reasons. In order to study the fundamentals of the liquid film, a series of experiments have been carried out in a facility designed to generate air-water annual flow in a vertical circular pipe. In this facility, the time evolution of the liquid film thickness has been measured under different conditions and sub-regimes, such as free-fall flow or upward and downward cocurrent flow. The measurement system used has been designed and built for this application and consists of 3-electrode conductance probes mounted flush to the wall and arranged at different distances from the entrance of the test section. Both the electronics and the calibration device were specifically designed to work with these conductance probes. The facility has two different diameters to compare the effect of the pipe diameter and increase the range of measurements available in databases. One of the main characteristics of the liquid film is its interfacial waves. The two primary types of waves that can be distinguished are the disturbance waves, which are large coherent waves, and the ripple waves, small, non-coherent waves that are constantly generated before disappearing when absorbed by other waves. The main variables of the liquid film analyzed in the experimental setup are the mean film thickness, the height and frequency of the disturbance waves, the height of the ripple waves and the height of the unperturbed liquid. Different experimental studies have been carried out to add additional value to the measurements. For downward annular flow, the development of the film through different measuring zones has been studied, and the different test section diameters have been compared. In addition, multiple correlations have been proposed, and the results have been compared with similar studies by other authors. To analyze the upward annular flow, a study of the effect of surface tension on the liquid film variables by adding small amounts of 1-butanol has been added. The modelling of annular flow by numerical analysis is also the subject of this thesis. Computational Fluid Dynamics (CFD) codes are computational tools that allow the analysis of fluid behavior. They have undergone a strong evolution over the last few years thanks to technological advances, and the results obtained from their correct use are very promising. However, multiphase flow remains challenging to model, and it is necessary to contrast the predictions of CFD codes with experimental measurements. Therefore, the developed annular flow phenomenology has also been studied using the ANSYS CFX code. There is a significant knowledge gap in the uncertainty quantification of CFD codes. Some methodologies are available, although many are in the early stages or have not been explored by researchers. All applications of CFD codes in nuclear safety require extensive knowledge of the uncertainty of the predictions, so developing these methodologies is crucial. This thesis shows the fundamentals of Polynomial Chaos Expansion (PCE) as a method to calculate the uncertainty of simulation results by propagation. The PCE by Gauss-Hermite quadrature has also been applied to the simulations of two experiments: the experimental setup of this thesis, and an international benchmark. / I would like to acknowledge the support provided by the Ministerio de Economía, Industria y Competitividad and the Agencia Nacional de Investigación under the FPI grant BES-2017-080031, which provided funding for my research. / Rivera Durán, Y. (2023). Experimental and Modelling Study of Interfacial Phenomena in Annular Flow with Uncertainty Quantification [Tesis doctoral]. Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/194606 / Compendio

Submitted by Johnny Rodrigues (johnnyrodrigues@ufcg.edu.br) on 2018-08-13T16:22:35Z No. of bitstreams: 1 WASHINGTON CÉSAR DE ALMEIDA COSTA - TESE PPGEE 2012..pdf: 6463355 bytes, checksum: 40d8703ef8a6dd3ef05acde3025cf628 (MD5) / Made available in DSpace on 2018-08-13T16:22:35Z (GMT). No. of bitstreams: 1 WASHINGTON CÉSAR DE ALMEIDA COSTA - TESE PPGEE 2012..pdf: 6463355 bytes, checksum: 40d8703ef8a6dd3ef05acde3025cf628 (MD5) Previous issue date: 2012-11-09 / Patologias na laringe podem afetar a qualidade vocal, prejudicando a comunicação humana. As técnicas objetivas tradicionais para o diagnóstico dessas patologias fazem uso de exames considerados invasivos, causando certo desconforto ao paciente. Análise acústica, utilizando técnicas de processamento digital de sinais de voz, pode ser utilizada para o desenvolvimento de ferramentas não invasivas de auxílio ao diagnóstico de patologias laríngeas. A precisão do diagnóstico, contudo, depende da escolha das características e parâmetros da fala que melhor representem a desordem vocal provocada por uma determinada patologia. Este trabalho trata da caracterização e da classificação de sinais de vozes saudáveis e vozes afetadas por diferentes patologias laríngeas (edema, paralisia e nódulos nas pregas vocais), por meio da análise dinâmica não linear (e teoria do caos), como também por meio da análise de quantificação de recorrência. No processo de caracterização é investigado, por meio de testes estatísticos, o potencial de cada característica em discriminar os tipos de sinais de voz considerados. Para a classificação é empregada a técnica de análise discriminante com as funções linear ou quadrática, com validação cruzada, sendo considerado um intervalo de confiança de 95% para as médias das taxas de acuraria do classificador. A partir da combinação de características dos conjuntos das medidas de análise não linear (MNL) e das medidas de quantificação de recorrência (MQR), as médias da taxa de acurácia obtidas variaram nos intervalos de confiança: [95,44%; 100%) para a classificação entre vozes saudáveis e patológicas; [94,75%; 100%] entre vozes saudáveis e afetadas por edema, e entre saudáveis e nódulos. Para a classificação entre saudável e paralisia, obteve-se uma acurácia de 100% . Também são avaliados os efeitos do uso de vetores híbridos formados por características MNL, MQR e coeficientes extraídos da análise preditiva linear (LPC). Neste caso. as taxas de acurácia variaram nos intervalos de confiança: [95,02%; 97,62%] na discriminação entre vozes afetadas por paralisia e edema; [98,29%; 99,93%] para paralisia versus nódulos e [97,98%; 99,84%] para edema versus nódulos. Os resultados encontrados indicam que o método utilizado é promissor, podendo ser empregado no desenvolvimento de uma ferramenta computacional para apoio ao diagnóstico de patologias laríngeas. / Laryngeal pathologies may affect the voice quality, harniing human communication. The traditional objective techniques for diagnosing these pathologies make use of exams, considered invasive, causing discomfort to the patient. Acoustic analysis, using digital speech signal processing techniques. can be used for the development of non-invasive tools in order to aid laryngeal diseases diagnosis. The accuracy of diagnosis, however. depends on the choice of parameters and the speech characteristics diat better represent the voice disorder caused by a given pathology. This work deals with the characterization and classification of healthy voice signals and voices affecied by different laryngeal diseases (edema, paralysis and vocal fold nodules), by means of nonlinear dynamic analysis (and chãos theory) as well as recurrence quantification analysis. In the characterization process, the potential of each feature is investigated to discriminate the types of voice signals considered, by means of statistical tests. For the classification, the technique of discriminam analysis is employed with linear or quadratic functions, with cross-validation. A 95% confidence levei was considered for the average of accuracy rates of the classifier performance. From the feature combination of the set of nonlinear analysis measures (MNL) and the quantification recurrence measures (MQR). the average of accuracy rates varied in the following confidence intervals: [95.44%; 100%] for healthy and pathologícal classification: [94.75%; 100%] between healdiy and edema voices, and also between healthy and nodules. The accuracy rate was 100% between healthy and paralysis. We also evaluated the effects of using hybrid vectors formed by MNL, MQR and linear predictive coding (LPC) coefficients. In this case, the accuracy rates ranged in the confidence intervals: [95.02%; 97.62%] in the paralysis versus edema voices discrimination; [98.29%; 99.93%] for paralysis versus nodules and [97.98%; 99.84%] for edema versus nodules. Obtained results indicate that the used method is promising and it can even be used to develop a computational tool to support diagnosis of laryngeal diseases.