Thesis (Ph. D.)--Michigan State University. Dept. of Electrical and Computer Engineering, 2006. / Title from PDF t.p. (viewed on Nov. 17, 2008) Includes bibliographical references (p. 183-195). Also issued in print.

O presente trabalho apresenta a análise térmica do fenômeno de fermentação de cerveja com o objetivo de quantificar a energia liberada durante o processo e avaliar o comportamento do campo de temperaturas do fermentando. É adotada uma metodologia que reúne abordagens teóricas e experimentais, aplicadas a um processo completo de fermentação. O calor dissipado durante a fermentação é calculado por equações presentes na literatura, tendo como entrada a taxa de conversão de glicose e produção de CO2. Essas taxas são calculadas pelas concentrações de glicose medidas de amostras retiradas durante ensaios planejados. A dissipação é usada como entrada em dois modelos térmicos para o cálculo do campo de temperaturas do fermentando. As temperaturas calculadas são superiores àquelas monitoradas experimentalmente, com diferenças de até 78%. Esse comportamento embasa a proposta de uma equação de ajuste do calor liberado durante a fermentação. A equação proposta indica que é liberado 38 kJ por mol de glicose convertido, neste estudo a taxa de dissipação térmica atinge valor máximo de 11,41 Wm-3 e a energia total dissipada é de 385 kJ para produzir 40 litros de cerveja. O ajuste mostrou-se satisfatório, as temperaturas máximas e os campos de temperaturas calculados apresentaram valores equivalentes aos valores experimentais. / The present study carry out a thermal analysis of beer fermentation process which aims to quantify the energy released during the process and evaluate the temperature field, using a methodology that brings together theoretical and experimental approaches. The heat dissipated during the fermentation is calculated by equations reported in the literature, with the conversion rates of glucose and CO2 production as input. These rates are calculated using the glucose concentrations measured of samples taken during tests. The dissipation is used as input in two thermal models for the calculation of temperature field. The calculated temperatures are higher than those monitored experimentally, with differences up to 78%. It supports the proposal of an adjusted equation for heat release of beer fermentation. The proposed equation indicates that 38 kJ per mol of converted glucose is released. In this study, the thermal dissipation rate reaches a maximum value of 11.41 Wm-3 and the total energy dissipated is 385 kJ for producing 40 liters of beer. The adjustment is satisfactory, the maximum temperatures and the temperature fields calculated are equivalent to the experimental values.

Submitted by Emanuel Varela Cardoso (emanuel.varela@ufcg.edu.br) on 2018-10-17T18:35:17Z No. of bitstreams: 1 JOÃO GUSTAVO DA SILVA SANTOS Ó – DISSERTAÇÃO (PPGFísica) 2016.pdf: 3276092 bytes, checksum: f4b6dd7217e33af856588a93c1291306 (MD5) / Made available in DSpace on 2018-10-17T18:35:17Z (GMT). No. of bitstreams: 1 JOÃO GUSTAVO DA SILVA SANTOS Ó – DISSERTAÇÃO (PPGFísica) 2016.pdf: 3276092 bytes, checksum: f4b6dd7217e33af856588a93c1291306 (MD5) Previous issue date: 2016-07 / Capes / Desenvolvemos neste trabalho um estudo teórico da aplicação da dinâmica de campo térmico sobre o modelo de Jaynes-Cummings. De acordo com a abordagem feita por Hashizume no artigo, A new perspective to formulate a dissipative ther mo eld dynamics aplicamos os mesmos conceitos para investigar o processo de relaxação envolvido no modelo de Jaynes-Cummings. Num primeiro momento, fi zemos uma revisão de alguns elementos primordiais para a compreensão de toda a discussão envolvida nessa dissertação. Em seguida, estudamos processos de relaxação em sistemas quânticos simples, para podermos, mais tarde, traçar um paralelo entre os resultados e estabelecer alguma relação com o que foi encontrado. Diante da dinâmica de campo térmico, mas conhecida como TFD (ThermoFieldDynamics), usamos uma abordagem feita por Hashiz um e colaboradores, e investigamos como o processo de relaxação se desenvolve mediante a representação via TFD. / We develop in this work, a the or etical study of the application of theThermo eld dynamics on the model of Jaynes-Cummings. According to the approach taken by Hashizu me in the article, A new perspective to formulate a dissipative thermo eld dynamics", we use the same concepts to investigate the relaxation process involved in model Jaynes-Cummings. In the rst moment, we did are view of some key elements to comprenção all the discussion involved in this dissertation. Then, we study relaxation processes in simple quantum systems, for we could later draw a parallel between the results and establish some relationship to what was found. Front the thermal eld dynamics, butknownas TFD, we use an approach made by Hashizu me and colaborators, and we investigated how the relaxation process it developed through there presentation via TFD.

Os ensaios de piezocone são frequentemente utilizados em obras de elevada complexidade e risco geotécnico para a determinação do coeficiente de adensamento de solos argilosos saturados. Contudo, obter o tempo de dissipação de 50% do excesso de poropressão, parâmetro fundamental para estimativa do coeficiente de adensamento, pode demandar demasiado tempo, tornando o ensaio menos atrativo para projetos de engenharia. Ainda, obter a poropressão de equilíbrio pode ser complicada em alguns casos, dificultando a determinação do coeficiente de adensamento através do ensaio de dissipação. Com o motivo de incentivar o uso do ensaio de dissipação para essa finalidade, o presente trabalho tem como objetivo propor uma nova metodologia para a determinação do tempo para dissipação de 50% do excesso de poropressão causado pela cravação do piezocone, fornecendo uma alternativa para a metodologia empregada atualmente, que seja independente da poropressão de equilíbrio e que necessite de menos tempo de ensaio. Para o desenvolvimento da metodologia foi realizada uma campanha de investigação geotécnica no campo experimental de Tubarão-SC. A campanha contou com 10 ensaios de dissipação atingindo valores superiores ou próximos a 70% de dissipação do excesso de poropressão, buscando equalização mais completa da curva de dissipação, a fim de comparar os resultados obtidos através da nova metodologia com os valores obtidos por métodos consagrados na prática de engenharia. Nessa dissertação foram utilizados dois equipamentos, um minipiezocone (MCPTu) de seção de área transversal de 5cm² com medidas de poropressão nas posições u1 e u2 e um piezocone convencional, com seção de área transversal de 10cm² e leitura de poropressão somente na posição u2. Para a validação da metodologia, buscou-se na literatura e junto à Geoforma Engenharia Ltda. (parceira da pesquisa) ensaios de dissipação que tenham atingido elevados graus de dissipação. Valores de coeficiente de adensamento horizontal obtidos pela solução consagrada de Houlsby e Teh (1991) e pela metodologia proposta nesse trabalho foram comparadas e a proposta de metodologia apresentada. / Piezocone tests are frequently employed in high complexity and geotechnical risk construction sites to obtain the coefficient of consolidation of saturated clayey soils. However, the time for 50% dissipation of the excess pore pressure, parameter required for the estimation of the coefficient of consolidation takes too long, rendering the piezocone dissipation test less attractive for engineering projects. Furthermore, in some cases it can be complicated to estimate the equilibrium pore pressure, making difficult to estimate the coefficient of consolidation from the dissipation test. With the goal of encouraging the use of dissipation test for this propose, the present dissertation propose a new methodology for the determination of the time required for 50% dissipation of the excess pore pressure, providing an alternative which is independent of the equilibrium pore pressure and that demands less time in the field. For the development of the methodology proposed by this work, a site investigation campaign was carried out at the Tubarão-SC (Brazil) experimental field. Dissipation tests were performed to degrees of dissipation higher or approximately of 70%, for a more complete equalization of the complete dissipation curve, with the aim of comparing results obtained by the methodology developed in this dissertation and the value obtained from well-established methods. Two equipaments were employed on this dissertation: a mini-piezocone (MCPTu), with a cross area of 5cm² with pore pressure measurement at two locations, u1 and u2 and a standard piezocone, with a cross area of 10cm² and pore pressure measurement at the u2 position. Furthermore, aiming the validation of the proposal methodology, data from dissipation tests available in the literature and provided by Geoforma Engenharia Ltda. (partner on this research) were also used. The coefficient of consolidation was estimated by the well-establish approach and by the methodology proposed on this dissertation, the values were confronted, and recommendations presented.

Esta tese objetiva caracterizar o escoamento provocado pela incidência de um jato vertical em um fundo plano, descrevendo assim as características médias e flutuantes das pressões a partir da investigação experimental. O modelo utilizado é composto por um jato retangular posicionado, perpendicularmente, a uma distância de 0,92 m do fundo plano de um canal. Utilizando transdutores de pressão instalados na posição de incidência do jato, adquiriu-se os valores de pressão “instantânea” a uma frequência de 128 Hz durante 10 minutos. Foram ensaiadas cinco (5) vazões: 25 l/s (Fr1 = 7,12), 30 l/s (Fr1 = 8,51), 36,6 l/s (Fr1 = 10,35), 42,7 l/s (Fr1 = 12,12) e 50l/s (Fr1 = 14,23), além de vinte (20) diferentes espessuras de colchão d'água. Com os dados de pressão, efetuou-se análises no domínio do tempo, da frequência e da posição. No domínio do tempo, analisou-se a variação dos parâmetros estatísticos essenciais (média, desvio padrão, assimetria e curtose) bem como a identificação de valores máximo e mínimos das pressões. No domínio da frequência, procurou-se avaliar por meio da análise espectral a identificação de frequências significativas associadas à energia macroturbulenta. No que tange à análise no domínio da posição buscou-se analisar a faixa de influência do jato junto ao fundo, a região de subpressões e o alcance das pressões dinâmicas. Outro aspecto importante abordado é a apresentação dos resultados em gráficos adimensionalizados, o que confere ao estudo um caráter geral dentro da faixa de valores ensaiados. Os resultados definem um colchão mínimo de água da ordem de 3 vezes a altura crítica do escoamento, para o amortecimento das pressões dinâmicas. A análise dos momentos estatísticos demonstra que a distribuição das pressões não segue a distribuição normal. Dentro disso, estão disponibilizados coeficientes estatísticos de probabilidade para a determinação das pressões extremas. Ainda, estão definidas quatro zonas a jusante do impacto do jato: Zona I - região do impacto, Zona II - reflexão do jato, Zona III - Acomodação do escoamento e por fim, a Zona IV - caracterizada pelo fim da influência do jato. Além disso, uma análise deste escoamento sob a perspectiva da formação de um ressalto hidráulico é realizada, indicando que apenas os parâmetros utilizados, não descrevem o escoamento como tal. Esta tese é produto da parceria entre Laboratório de Obras Hidráulicas do Instituto de Pesquisas Hidráulicas da Universidade Federal do Rio Grande do Sul (LOH/IPH/UFRGS) e o Laboratório de Hidráulica Experimental e Recursos Hídricos de Furnas Centrais Elétricas S. A. (LAHE/FURNAS). / This thesis aims to characterize the flow prompted by the incidence of a vertical jet on a flat bottom, thus describing the mean and floating characteristics of the pressures from the experimental investigation. The model used is comprised of a rectangular jet positioned perpendicularly at a distance of 0.92 m from the flat bottom of a channel. Using pressure transducers installed in the jet incidence position, the "instantaneous" pressure values were acquired at a frequency of 128 Hz for 10 minutes. Five (5) discharges were tested: 25 l/s (Fr1 = 7.12), 30 l/s (Fr1 = 8.51), 36.6 l/s (Fr1 = 10.35), 42.7 l/s (Fr1 = 12.12) and 50 1/s (Fr1 = 14.23), as well as twenty (20) different waterbed thicknesses. The pressure data were analyzed in terms of time, frequency and position domains. In the time domain, the variation of the essential statistical parameters (mean, standard deviation, asymmetry and kurtosis) was analyzed, as well as the identification of maximum and minimum pressure values. In the frequency domain, it was sought to assess, by means of the spectral analysis, the identification of significant frequencies associated with macroturbulent energy. Regarding the analysis in the position domain, this study aimed to analyze the range of influence of the jet near the bottom, the region of subpressions and the reach of the dynamic pressures. Another important aspect is the presentation of the results in dimensionless graphs, which grants the study a general character within the range of values tested. The results define a minimum waterbed of the order of 3 times the critical height of the flow for the damping of the dynamic pressures. Statistical moments analysis shows that the distribution of pressures does not follow the normal distribution. Therein, probability statistical coefficients are available for the determination of extreme pressures. Also, four zones are defined downstream of the impact of the jet: Zone I - region of impact, Zone II - reflection of the jet, Zone III - accommodation of the flow and, finally, Zone IV - characterized by the end of the influence of the jet. Furthermore, an analysis of this flow from the perspective of the formation of a hydraulic jump is conducted, indicating that the parameters used alone do not describe the flow as such. This thesis is a product of the partnership between the Hydraulic Works Laboratory of the Hydraulic Research Institute of the Federal University of Rio Grande do Sul (LOH/IPH/UFRGS) and the Laboratory of Experimental Hydraulics and Hydraulic Resources of Furnas Centrais Elétricas SA (LAHE/FURNAS).

Submitted by Murilo Deliberali Forlevesi null (forlevesi@gmail.com) on 2017-10-02T23:49:59Z No. of bitstreams: 1 Tese Mestrado.pdf: 5097523 bytes, checksum: 3d85c58a65e1e0f4ff951cafa69bb7e5 (MD5) / Approved for entry into archive by Monique Sasaki (sayumi_sasaki@hotmail.com) on 2017-10-03T16:12:29Z (GMT) No. of bitstreams: 1 forlevesi_md_me_rcla.pdf: 5097523 bytes, checksum: 3d85c58a65e1e0f4ff951cafa69bb7e5 (MD5) / Made available in DSpace on 2017-10-03T16:12:29Z (GMT). No. of bitstreams: 1 forlevesi_md_me_rcla.pdf: 5097523 bytes, checksum: 3d85c58a65e1e0f4ff951cafa69bb7e5 (MD5) Previous issue date: 2017-07-18 / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES) / O objetivo deste trabalho é estudar a dinâmica e o controle da fotodissociação de uma molécula diatômica submetida a um potencial rugoso, o qual é aplicado em diversas áreas da ciência para modelar processos naturais, através da introdução de uma perturbação dependente do tempo e de um termo dissipativo. O estudo faz uma análise inicial das alterações que ocorrem na dinâmica de uma molécula submetida ao potencial de Morse rugoso, em seguida o sistema é perturbado através da introdução de um campo elétrico, é mostrado um estudo no potencial sem a rugosidade que consiste na criação de um mecanismo para gerar trajetórias estáveis em regiões de transição de energia, faz-se uma aplicação deste resultado visando o controle do processo de fotoassociação. Para o potencial de Morse rugoso forçado estuda-se a dinâmica do sistema, a qual revela o aparecimento de novas regiões de estabilidade na vizinhança do mínimo de potencial, a probabilidade de fotodissociação molecular para este sistema é analisada com ênfase no controle dos parâmetros (constantes do termo rugoso) . Por fim introduz-se a dissipação e é feito um estudo da convergência das diversas condições iniciais para regiões específicas do espaço de fase o que mostra que a rugosidade pode ser utilizada como um mecanismo de atração de trajetórias. / The objective of this work is to study the dynamics and the control of the photodiscitation of a molecule submitted to a rough potential, which has been shown to be applied in diverse areas of science to model natural processes, through the introduction of a time and time dependent perturbation Dissipative. The study makes an initial analysis of the changes that occur in the dynamics of a molecule subjected to the rough Morse potential, then the system is disturbed by the introduction of an electric field, a study is shown in the potential without the roughness consisting in the creation of A mechanism to generate stable trajectories in regions of energy transition is made an application of this result aiming the control of the photoassociation process. For the forced roughness morse potential, we study the dynamics of the system, which reveals the appearance of new stability regions in the vicinity of the minimum potential, the probability of molecular photodissociation for this system is analyzed with emphasis on the control of the parameters Of the rough term). Finally the dissipation is introduced and an analysis is made of the convergence of the various initial conditions for specific regions of the phase space which shows that the roughness can be used with a trajectory attraction mechanism.

Os ensaios de piezocone são frequentemente utilizados em obras de elevada complexidade e risco geotécnico para a determinação do coeficiente de adensamento de solos argilosos saturados. Contudo, obter o tempo de dissipação de 50% do excesso de poropressão, parâmetro fundamental para estimativa do coeficiente de adensamento, pode demandar demasiado tempo, tornando o ensaio menos atrativo para projetos de engenharia. Ainda, obter a poropressão de equilíbrio pode ser complicada em alguns casos, dificultando a determinação do coeficiente de adensamento através do ensaio de dissipação. Com o motivo de incentivar o uso do ensaio de dissipação para essa finalidade, o presente trabalho tem como objetivo propor uma nova metodologia para a determinação do tempo para dissipação de 50% do excesso de poropressão causado pela cravação do piezocone, fornecendo uma alternativa para a metodologia empregada atualmente, que seja independente da poropressão de equilíbrio e que necessite de menos tempo de ensaio. Para o desenvolvimento da metodologia foi realizada uma campanha de investigação geotécnica no campo experimental de Tubarão-SC. A campanha contou com 10 ensaios de dissipação atingindo valores superiores ou próximos a 70% de dissipação do excesso de poropressão, buscando equalização mais completa da curva de dissipação, a fim de comparar os resultados obtidos através da nova metodologia com os valores obtidos por métodos consagrados na prática de engenharia. Nessa dissertação foram utilizados dois equipamentos, um minipiezocone (MCPTu) de seção de área transversal de 5cm² com medidas de poropressão nas posições u1 e u2 e um piezocone convencional, com seção de área transversal de 10cm² e leitura de poropressão somente na posição u2. Para a validação da metodologia, buscou-se na literatura e junto à Geoforma Engenharia Ltda. (parceira da pesquisa) ensaios de dissipação que tenham atingido elevados graus de dissipação. Valores de coeficiente de adensamento horizontal obtidos pela solução consagrada de Houlsby e Teh (1991) e pela metodologia proposta nesse trabalho foram comparadas e a proposta de metodologia apresentada. / Piezocone tests are frequently employed in high complexity and geotechnical risk construction sites to obtain the coefficient of consolidation of saturated clayey soils. However, the time for 50% dissipation of the excess pore pressure, parameter required for the estimation of the coefficient of consolidation takes too long, rendering the piezocone dissipation test less attractive for engineering projects. Furthermore, in some cases it can be complicated to estimate the equilibrium pore pressure, making difficult to estimate the coefficient of consolidation from the dissipation test. With the goal of encouraging the use of dissipation test for this propose, the present dissertation propose a new methodology for the determination of the time required for 50% dissipation of the excess pore pressure, providing an alternative which is independent of the equilibrium pore pressure and that demands less time in the field. For the development of the methodology proposed by this work, a site investigation campaign was carried out at the Tubarão-SC (Brazil) experimental field. Dissipation tests were performed to degrees of dissipation higher or approximately of 70%, for a more complete equalization of the complete dissipation curve, with the aim of comparing results obtained by the methodology developed in this dissertation and the value obtained from well-established methods. Two equipaments were employed on this dissertation: a mini-piezocone (MCPTu), with a cross area of 5cm² with pore pressure measurement at two locations, u1 and u2 and a standard piezocone, with a cross area of 10cm² and pore pressure measurement at the u2 position. Furthermore, aiming the validation of the proposal methodology, data from dissipation tests available in the literature and provided by Geoforma Engenharia Ltda. (partner on this research) were also used. The coefficient of consolidation was estimated by the well-establish approach and by the methodology proposed on this dissertation, the values were confronted, and recommendations presented.

O presente trabalho apresenta a análise térmica do fenômeno de fermentação de cerveja com o objetivo de quantificar a energia liberada durante o processo e avaliar o comportamento do campo de temperaturas do fermentando. É adotada uma metodologia que reúne abordagens teóricas e experimentais, aplicadas a um processo completo de fermentação. O calor dissipado durante a fermentação é calculado por equações presentes na literatura, tendo como entrada a taxa de conversão de glicose e produção de CO2. Essas taxas são calculadas pelas concentrações de glicose medidas de amostras retiradas durante ensaios planejados. A dissipação é usada como entrada em dois modelos térmicos para o cálculo do campo de temperaturas do fermentando. As temperaturas calculadas são superiores àquelas monitoradas experimentalmente, com diferenças de até 78%. Esse comportamento embasa a proposta de uma equação de ajuste do calor liberado durante a fermentação. A equação proposta indica que é liberado 38 kJ por mol de glicose convertido, neste estudo a taxa de dissipação térmica atinge valor máximo de 11,41 Wm-3 e a energia total dissipada é de 385 kJ para produzir 40 litros de cerveja. O ajuste mostrou-se satisfatório, as temperaturas máximas e os campos de temperaturas calculados apresentaram valores equivalentes aos valores experimentais. / The present study carry out a thermal analysis of beer fermentation process which aims to quantify the energy released during the process and evaluate the temperature field, using a methodology that brings together theoretical and experimental approaches. The heat dissipated during the fermentation is calculated by equations reported in the literature, with the conversion rates of glucose and CO2 production as input. These rates are calculated using the glucose concentrations measured of samples taken during tests. The dissipation is used as input in two thermal models for the calculation of temperature field. The calculated temperatures are higher than those monitored experimentally, with differences up to 78%. It supports the proposal of an adjusted equation for heat release of beer fermentation. The proposed equation indicates that 38 kJ per mol of converted glucose is released. In this study, the thermal dissipation rate reaches a maximum value of 11.41 Wm-3 and the total energy dissipated is 385 kJ for producing 40 liters of beer. The adjustment is satisfactory, the maximum temperatures and the temperature fields calculated are equivalent to the experimental values.

Esta tese objetiva caracterizar o escoamento provocado pela incidência de um jato vertical em um fundo plano, descrevendo assim as características médias e flutuantes das pressões a partir da investigação experimental. O modelo utilizado é composto por um jato retangular posicionado, perpendicularmente, a uma distância de 0,92 m do fundo plano de um canal. Utilizando transdutores de pressão instalados na posição de incidência do jato, adquiriu-se os valores de pressão “instantânea” a uma frequência de 128 Hz durante 10 minutos. Foram ensaiadas cinco (5) vazões: 25 l/s (Fr1 = 7,12), 30 l/s (Fr1 = 8,51), 36,6 l/s (Fr1 = 10,35), 42,7 l/s (Fr1 = 12,12) e 50l/s (Fr1 = 14,23), além de vinte (20) diferentes espessuras de colchão d'água. Com os dados de pressão, efetuou-se análises no domínio do tempo, da frequência e da posição. No domínio do tempo, analisou-se a variação dos parâmetros estatísticos essenciais (média, desvio padrão, assimetria e curtose) bem como a identificação de valores máximo e mínimos das pressões. No domínio da frequência, procurou-se avaliar por meio da análise espectral a identificação de frequências significativas associadas à energia macroturbulenta. No que tange à análise no domínio da posição buscou-se analisar a faixa de influência do jato junto ao fundo, a região de subpressões e o alcance das pressões dinâmicas. Outro aspecto importante abordado é a apresentação dos resultados em gráficos adimensionalizados, o que confere ao estudo um caráter geral dentro da faixa de valores ensaiados. Os resultados definem um colchão mínimo de água da ordem de 3 vezes a altura crítica do escoamento, para o amortecimento das pressões dinâmicas. A análise dos momentos estatísticos demonstra que a distribuição das pressões não segue a distribuição normal. Dentro disso, estão disponibilizados coeficientes estatísticos de probabilidade para a determinação das pressões extremas. Ainda, estão definidas quatro zonas a jusante do impacto do jato: Zona I - região do impacto, Zona II - reflexão do jato, Zona III - Acomodação do escoamento e por fim, a Zona IV - caracterizada pelo fim da influência do jato. Além disso, uma análise deste escoamento sob a perspectiva da formação de um ressalto hidráulico é realizada, indicando que apenas os parâmetros utilizados, não descrevem o escoamento como tal. Esta tese é produto da parceria entre Laboratório de Obras Hidráulicas do Instituto de Pesquisas Hidráulicas da Universidade Federal do Rio Grande do Sul (LOH/IPH/UFRGS) e o Laboratório de Hidráulica Experimental e Recursos Hídricos de Furnas Centrais Elétricas S. A. (LAHE/FURNAS). / This thesis aims to characterize the flow prompted by the incidence of a vertical jet on a flat bottom, thus describing the mean and floating characteristics of the pressures from the experimental investigation. The model used is comprised of a rectangular jet positioned perpendicularly at a distance of 0.92 m from the flat bottom of a channel. Using pressure transducers installed in the jet incidence position, the "instantaneous" pressure values were acquired at a frequency of 128 Hz for 10 minutes. Five (5) discharges were tested: 25 l/s (Fr1 = 7.12), 30 l/s (Fr1 = 8.51), 36.6 l/s (Fr1 = 10.35), 42.7 l/s (Fr1 = 12.12) and 50 1/s (Fr1 = 14.23), as well as twenty (20) different waterbed thicknesses. The pressure data were analyzed in terms of time, frequency and position domains. In the time domain, the variation of the essential statistical parameters (mean, standard deviation, asymmetry and kurtosis) was analyzed, as well as the identification of maximum and minimum pressure values. In the frequency domain, it was sought to assess, by means of the spectral analysis, the identification of significant frequencies associated with macroturbulent energy. Regarding the analysis in the position domain, this study aimed to analyze the range of influence of the jet near the bottom, the region of subpressions and the reach of the dynamic pressures. Another important aspect is the presentation of the results in dimensionless graphs, which grants the study a general character within the range of values tested. The results define a minimum waterbed of the order of 3 times the critical height of the flow for the damping of the dynamic pressures. Statistical moments analysis shows that the distribution of pressures does not follow the normal distribution. Therein, probability statistical coefficients are available for the determination of extreme pressures. Also, four zones are defined downstream of the impact of the jet: Zone I - region of impact, Zone II - reflection of the jet, Zone III - accommodation of the flow and, finally, Zone IV - characterized by the end of the influence of the jet. Furthermore, an analysis of this flow from the perspective of the formation of a hydraulic jump is conducted, indicating that the parameters used alone do not describe the flow as such. This thesis is a product of the partnership between the Hydraulic Works Laboratory of the Hydraulic Research Institute of the Federal University of Rio Grande do Sul (LOH/IPH/UFRGS) and the Laboratory of Experimental Hydraulics and Hydraulic Resources of Furnas Centrais Elétricas SA (LAHE/FURNAS).

abstract: Due to the lack of understanding of soil thermal behavior, rules-of-thumb and generalized procedures are typically used to guide building professionals in the design of ground coupled heat pump systems. This is especially true when sizing the ground heat exchanger (GHE) loop. Unfortunately, these generalized procedures often encourage building engineers to adopt a conservative design approach resulting in the gross over-sizing of the GHE, thus drastically increasing their installation cost. This conservative design approach is particularly prevalent for buildings located in hot and arid climates, where the soils are often granular and where the water table tends to exist deep below the soil surface. These adverse soil conditions reduce the heat dissipation efficiency of the GHE and have hindered the adoption of ground coupled heat pump systems in such climates. During cooling mode operation, heat is extracted from the building and rejected into the ground via the GHE. Prolonged heat dissipation into the ground can result in a coupled flow of both heat and moisture, causing the moisture to migrate away from the GHE piping. This coupled flow phenomenon causes the soil near the GHE to dry out and results in the degradation of the GHE heat dissipation capacity. Although relatively simple techniques of backfilling the GHE have been used in practice to mitigate such coupled effects, methods of improving the thermal behavior of the backfill region around the GHE, especially in horizontal systems, have not been extensively studied. This thesis presents an experimental study of heat dissipation from a horizontal GHE, buried in two backfill materials: (1) dry sand, and (2) wax-sand composite mixture. The HYDRUS software was then used to numerically model the temperature profiles associated with the aforementioned backfill conditions, and the influence of the contact resistance at the GHE-backfill interface was studied. The modeling strategy developed in HYDRUS was proven to be adequate in predicting the thermal performance of GHE buried in dry sand. However, when predicting the GHE heat dissipation in the wax-sand backfill, significant discrepancies between model prediction and experimental results still exist even after calibrating the model by including a term for the contact resistance. Overall, the thermal properties of the backfill were determined to be a key determinant of the GHE heat dissipation capacity. In particular, the wax-sand backfill was estimated to dissipate 50-60% more heat than dry sand backfill. / Dissertation/Thesis / M.S. Design 2012