Made available in DSpace on 2016-06-02T19:56:56Z (GMT). No. of bitstreams: 1 6271.pdf: 1816121 bytes, checksum: 358e1c3f7d194a552db21ddb44f4761c (MD5) Previous issue date: 2014-08-28 / Financiadora de Estudos e Projetos / In general, the chemical processes can be represented using mathematical models, in the case of lumped systems include ordinary differential equations, or, partial differential equations, when distributed parameter systems using methods is necessary in both cases numerical resolution in these models, with the purpose to simulate, analyze and control the process. The implementation of control systems in chemical processes, brings with it many advantages, among these, the improvement and stability in production rates, ensuring product quality and the possibility of a safe operation of the process. Thus, in the last 30 years, different control methodologies were developed, one of the most used techniques, the Model Predictive Control Based on. Its success is due to the fact that this type of control accepts constraints on input variables and process output, determining the future of this movement, while optimizing an objective function can lead to the output of the process until the desired set point. The objective of this project is to implement the Model Predictive Controller with Nonlinear (CPNL ) for a reactor pulp bleaching by the use of chlorine dioxide, whose mathematical model is comprised of partial differential equations, thus being a model parameter distributed. Implementation of the controller, the plant is discretized by the Finite Difference Method and the process model is solved with the technique of Orthogonal Collocation. The integration of the resulting ordinary differential equations systems is performed by the method of Runge-Kutta. The Predictive Controller was compared with a Controller Proportional-Integral (PI). Studies have shown that CPNL has better performance, with faster response and values of the Integral Absolute Error (IAE) and Integral Square Error (ISE) smaller than those calculated for the PI controller. / Em geral, os processos químicos podem ser representados mediante modelos matemáticos que, no caso dos sistemas de parâmetros concentrados, incluem equações diferenciais ordinárias, ou então, equações diferenciais parciais, quando são sistemas de parâmetros distribuídos, sendo necessário nos dois casos o uso de métodos numéricos na resolução destes modelos, com a finalidade de simular, analisar e controlar o processo. A implementação de sistemas de controle em processos químicos, traz consigo múltiplas vantagens, entre essas, a melhora e a estabilidade nas taxas de produção, a garantia da qualidade do produto e a possibilidade de uma operação segura do processo. Desta forma, nos últimos 30 anos, foram desenvolvidas diferentes metodologias de controle, sendo uma das técnicas mais empregadas, o Controle Preditivo Baseado no Modelo. Seu sucesso se deve ao fato de que este tipo de controle aceita restrições nas variáveis de entrada e saída do processo, determinando os movimentos futuros deste, além de otimizar uma função objetivo para conseguir levar a saída do processo até o Set-Point desejado. Assim, o objetivo deste projeto é implementar o Controlador Preditivo com Modelo Não Linear (CPNL ) para um reator de branqueamento de celulose, mediante o uso de dióxido cloro, cujo modelo matemático está constituído por equações diferenciais parciais, sendo assim, um modelo de parâmetros distribuídos. Na implementação do controlador, a planta é discretizada, mediante o Método das Diferenças Finitas e o modelo do processo é resolvido com a técnica de Colocação Ortogonal. A integração dos sistemas de equações diferenciais ordinárias resultantes é realizada mediante o método de Runge- Kutta. O Controlador Preditivo foi comparado com um Controlador Proporcional-Integral (PI). Os estudos mostraram que o CPNL possui melhor desempenho, apresentando uma resposta mais rápida e valores da Integral do Erro Absoluto (IAE) e a Integral do Erro Quadrático (ISE) menores que os calculados para o controlador PI.

Submitted by Johnny Rodrigues (johnnyrodrigues@ufcg.edu.br) on 2018-07-11T21:36:37Z No. of bitstreams: 1 HALLYSON GUSTAVO GUEDES DE MORAIS LIMA - DISSERTAÇÃO PPGMAT 2007..pdf: 2962280 bytes, checksum: 027c0c4dc68684f41c7b168cacb0b228 (MD5) / Made available in DSpace on 2018-07-11T21:36:37Z (GMT). No. of bitstreams: 1 HALLYSON GUSTAVO GUEDES DE MORAIS LIMA - DISSERTAÇÃO PPGMAT 2007..pdf: 2962280 bytes, checksum: 027c0c4dc68684f41c7b168cacb0b228 (MD5) Previous issue date: 2007-03 / CNPq / Neste trabalho deduzimos o sistema de Equações de Águas Rasas na forma Lagrangeana e obtemos a sua solução analítica. Aplicamos o Método Espectral na análise numérica deste sistema e mostramos que a propagação de ondas de águas rasas não depende do meio em que ela se propaga. / In this work we deduce the system of Shallow Water Equations in the Lagrangian form and we obtain its analytical solution. We have applied the spectral method in the numerical analysis of this system and we have shown that the propagation of the shallow water waves doesn't depend on the medium in which it spreads.

É bem sabido que métodos clássicos de elementos finitos e diferenças finitas para o problema de Helmholtz apresentam efeito de poluição, que pode deteriorar seriamente a qualidade da solução aproximada. Controlar o efeito de poluição é especialmente difícil quando são utilizadas malhas não uniformes. Para malhas uniformes com elementos quadrados são conhecidos métodos (p. e. o QSFEM, proposto por Babuska et al) que minimizam a poluição. Neste trabalho apresentamos inicialmente dois métodos de elementos finitos de Petrov-Galerkin com formulação relativamente simples, o RPPG e o QSPG, ambos com razoável robustez para certos tipos de distorções dos elementos. O QSPG apresenta ainda poluição mínima para elementos quadrados. Em seguida é formulado o QOFD, um método de diferenças finitas aplicável a malhas não estruturadas. O QOFD apresenta grande robustez em relação a distorções, mas requer trabalho extra para tratar problemas não homogêneos ou condições de contorno não essenciais. Finalmente é apresentado um novo método de elementos finitos de Petrov-Galerkin, o QOPG, que é formulado aplicando a mesma técnica usada para obter a estabilização do QOFD, obtendo assim a mesma robustez em relação a distorções da malha, com a vantagem de ser um método variacionalmente consistente. Resultados numéricos são apresentados ilustrando o comportamento de todos os métodos desenvolvidos em comparação com os métodos de Galerkin, GLS e QSFEM. / It is well known that classical finite elements or finite difference methods for Helmholtz problem present pollution effects that can severely deteriorate the quality of the approximate solution. To control pollution effects is especially difficult on non uniform meshes. For uniform meshes of square elements pollution effects can be minimized with the Quasi Stabilized Finite Element Method (QSFEM) proposed by Babusv ska el al, for example. In the present work we initially present two relatively simple Petrov-Galerkin finite element methods, referred here as RPPG (Reduced Pollution Petrov-Galerkin) and QSPG (Quasi Stabilized Petrov-Galerkin), with reasonable robustness to some type of mesh distortion. The QSPG also shows minimal pollution, identical to QSFEM, for uniform meshes with square elements. Next we formulate the QOFD (Quasi Stabilized Finite Difference) method, a finite difference method for unstructured meshes. The QOFD shows great robustness relative to element distortion, but requires extra work to consider non-essential boundary conditions and source terms. Finally we present a Quasi Optimal Petrov-Galerkin (QOPG) finite element method. To formulate the QOPG we use the same approach introduced for the QOFD, leading to the same accuracy and robustness on distorted meshes, but constructed based on consistent variational formulation. Numerical results are presented illustrating the behavior of all methods developed compared to Galerkin, GLS and QSFEM.

Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / Apresenta-se uma abordagemnumérica para ummodelo que descreve a formação de padrões por sputtering iônico na superfície de ummaterial. Esse processo é responsável pela formação de padrões inesperadamente organizados, como ondulações, nanopontos e filas hexagonais de nanoburacos. Uma análise numérica de padrões preexistentes é proposta para investigar a dinâmica na superfície, baseada em ummodelo resumido em uma equação anisotrópica amortecida de Kuramoto-Sivashinsky, em uma superfície bidimensional com condições de contorno periódicas. Apesar de determinística, seu caráter altamente não-linear fornece uma rica gama de resultados, sendo possível descrever acuradamente diferentes padrões. Umesquema semi implícito de diferenças finitas com fatoração no tempo é aplicado na discretização da equação governante. Simulações foram realizadas com coeficientes realísticos relacionados aos parâmetros físicos (anisotropias, orientação do feixe, difusão). A estabilidade do esquema numérico foi analisada por testes de passo de tempo e espaçamento de malha, enquanto a verificação do mesmo foi realizada pelo Método das Soluções Manufaturadas. Ondulações e padrões hexagonais foram obtidos a partir de condições iniciais monomodais para determinados valores do coeficiente de amortecimento, enquanto caos espaço-temporal apareceu para valores inferiores. Os efeitos anisotrópicos na formação de padrões foramestudados, variando o ângulo de incidência. / A numerical approach is presented for amodel describing the pattern formation by ion beam sputtering on a material surface. This process is responsible for the appearance of unexpectedly organized patterns, such as ripples, nanodots, and hexagonal arrays of nanoholes. A numerical analysis of preexisting patterns is proposed to investigate surface dynamics, based on a model resumed in an anisotropic damped Kuramoto-Sivashinsky equation, in a two dimensional surface with periodic boundary conditions. While deterministic, its highly nonlinear character gives a rich range of results, making it possible to describe accurately different patterns. A finite-difference semi-implicit time splitting scheme is employed on the discretization of the governing equation. Simulations were conducted with realistic coefficients related to physical parameters (anisotropies, beam orientation, diffusion). The stability of the numerical scheme is analyzed with time step and grid spacing tests for the pattern evolution, and the Method ofManufactured Solutions has been used to verify the scheme. Ripples and hexagonal patterns were obtained from amonomodal initial condition for certain values of the damping coefficient, while spatiotemporal chaos appeared for lower values. The anisotropy effects on pattern formation were studied, varying the angle of incidence.

Para uma análise mais exata do sistema estrutural, é necessário um estudo do comportamento interativo entre as diversas partes que o compõe, entre eles, destaca-se a interação entre os elementos de fundação e o maciço de solos. Neste trabalho foram desenvolvidas formulações numéricas para a análise da interação estaca-solo via acoplamento entre diferentes métodos numéricos: método dos elementos de contorno, método dos elementos finitos e método das diferenças finitas. As estacas podem estar submetidas a carregamentos horizontais, verticais e momentos aplicados em seu topo. Nestas formulações foram utilizadas, além das equações integrais de deslocamentos, as equações de suas derivadas, levando a um grau maior de singularidade, porém permitindo a adoção de aproximações mais refinadas para os deslocamentos e tensões ao longo da estaca. Todos os deslocamentos e suas derivadas referentes à estaca foram compatibilizados com os correspondentes do solo. Desenvolvidas as formulações, feito o devido acoplamento entre eles, foram analisados exemplos, que foram comparados com os resultados obtidos por outros pesquisadores, demonstrando sua validade. / For a more accurate analysis of the structural system, it is necessary to study the interactive behavior between the various parts that compose it, among them, there is the interaction between the foundation elements and massive soil. In this work, numerical formulations were developed for the analysis of pile-soil interaction by coupling between different numerical methods: the boundary element method, finite element method and finite difference method. Piles can be subjected to horizontal loads, vertical and moments applied on its top. In these formulations were used in addition to the displacement integral equations, the equations of their derivatives, leading to a higher degree of uniqueness but allowing the adoption of more sophisticated approaches to displacements and contact tractions along the pile. All displacements and their derivatives relating to the pile were matched with the corresponding soil. Developed formulations made due coupling between them were analyzed examples, which were compared with results obtained by other authors, demonstrating its validity.

Orientador: Eugenio Spano Rosa / Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Mecanica / Made available in DSpace on 2018-07-22T03:47:07Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Barbosa_MarcosPinotti_D.pdf: 44752191 bytes, checksum: 4001ae207eef045165cfeee88edbd4e8 (MD5) Previous issue date: 1996 / Resumo: A falta de informação básica sobre os mecanismos responsáveis pela hemólise mecânica impede, na maioria dos casos, o uso adequado da bomba centrífuga. Visando a preencher esta lacuna, este trabalho foi conduzido de modo a se estudarem as estruturas básicas do escoamento no interior de uma bomba centrífuga e relacioná-las a um potencial de hemólise. Foram empregadas duas abordagens distintas: simulação numérica de um canal isolado dabomba, com o objetivo de compreender a interação entre as forças inerciais, viscosas e de pressão em diversas situações operacionais, e medição experimental do campo de velocidade nos canais internos da bomba, com a finalidade de se obter uma visão global do escoamento e da interação entre os diferentes canais. O desafio do método numérico foi resolver as equações do movimento escritas em coordenadas ortogonais generalizadas a partir da formulação de fluxo de tensão. O programa computacional foi implementado em FORTRAN, empregando um algoritmo baseado no método dos volumes finitos. As medidas de velocidade foram realizadas por um sistema de anemômetro laser Doppler de última geração, capaz de medir duas componentes simultâneas de velocidade. Desenvolveu-se um protocolo experimental que superou os principais obstáculos associados ao acesso óptico às regiões de interesse no interior da bomba e à similaridade entre as condições de testes e as fisiológicas. A contribuição deste trabalho foi o desenvolvimento de uma metodologia de análise que relaciona as estruturas básicas do escoamento ao potencial de danos às células vermelhas do sangue / Abstract: The lack of basic information about the performance of mechanical hemolysis severely affects centrifugal blood pump handling. The present work faced this problem by studying the flow structures and the way hemolytic potential is influenced by them. Two distinct approaches were employed: numerical simulation of a single channel of the pump, in order to understand the interaction of inertial, viscous and pressure forces in different operational situations, and non-invasive measurements of the velocity field to provide a general picture of the flow field as well as the interaction between the flow generated by each channeI. Solving the Momentum equations, that were written in generalized orthogonal coordinates, using the stress-flux formulation, was the challenge of the numerical method. The computational program was devised by employing the finite volume method and it was implemented in FORTRAN language. The velocity measurements were performed by a laser Doppler anemometer system capable of acquiring and processing two simultaneous orthogonal velocity components. Difficulties arising ftom the optical access to the regions of interest inside the pump and from the similitude between testing and phisiological conditions were overcome by the experimental protocol specially designed for non-intrusive velocity measurements. The main contribution of the present study concems the development of a specific methodology which provides the link between the flow structures and the potential damage to the red blood cells / Doutorado / Termica e Fluidos / Doutor em Engenharia Mecânica

Orientador: Osvair Vidal Trevisan / Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Mecanica / Made available in DSpace on 2018-07-28T11:57:08Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Moreno_RosangelaBarrosZanoniLopes_D.pdf: 9810356 bytes, checksum: 23584345c809199b204cd503400d8184 (MD5) Previous issue date: 2000 / Resumo: O estudo é focado na remoção eletrocinética de contaminantes de solos. Fenômenos diretos e acoplados em um meio poroso saturado sujeito a gradientes hidráulico, elétrico e quúnico são modelados de forma completa. O trabalho apresenta os modelos teórico, numérico e experimental desenvolvidos. O modelo teórico proposto tem como ponto de partida a Termodinâmica de NãoEquih'brio. Seu desenvolvimento resulta num grupo de equações diferenciais parciais para os parâmetros de estado do sistema: pressão, potencial elétrico, concentração de espécies quúnicas e temperatura. Equações algébricas descrevendo as reações de eletrólise e de formação de água completam o modelo. As parcelas dos fenômenos acoplados foram adimensionalizadas em relação aos fenômenos diretos, possibilitando a análise da contribuição relativa de cada fenômeno nas respectivas equações de transporte, bem como a análise de transferência de escala. O sistema de equações resultante (difusão hidráulica, difusão elétrica, difusão-convecção-retardação do componente i e difusão-convecção-dissipação de calor) foi expresso na forma discreta pelo método de diferenças finitas e resolvido numericamente por um algoritmo em linguagem FORTRAN. O algoritmo foi testado e um critério para minirnizar erros devidos à discretização foi proposto. O potencial de análise do modelo proposto foi verificado para um conjunto de casos hipotéticos. Três sistemas fisicos (30 rnD, 304 rnD e 3040 rnD) foram sujeitos a combinações de gradientes externos de potencial elétrico (O V/cm, 0.1 V/cm e 0.2 V/cm), de pressão (0.01 atmlm, 0.05 atmlm, 0.1 atmlm) e de concentração (NaCl: 5.12 mol/m3 de injeção, 512 mol/m3 de saturação). Perfis e históricos para os parâmetros de estado do sistema, bem como perfis de condutividade e históricos de volume de fluido produzido acumulado e de corrente total foram determinados. A aplicação da técnica de tratamento foi testada, em laboratório, em uma amostra de arenito Botucatu de 7,66 cm de diâmetro e 35 cm de comprimento e permeabilidade na faixa de 400 rnD. Trinta e uma variáveis foram monitoradas em tempo real com a ajuda de um sistema de aquisição automática de dados. A amostra foi submetida a uma seqüência de testes para comparação do processo de remoção de NaCl (512 mol/m / Abstract: The present study focus on the electrokinetic removal of pollutants from soils. Direct and coupled phenomena in saturated porous media under electric, hydraulic and chemical gradients are comprehensively modeled. The approach is done through the development of a theoretical mo dei, a numerical model and an experimental model. The proposed theoretical model is based on NonEquilibrium Thermodynamics. The development results into a set of partial differential equations for the state parameters of the system: pressure, electrical potential, concentration of chemical species and temperature. Algebraic equations describing the electrolysis and water ionization reactions complete the model. The terms for the coupled phenomena are non-dimensionalized with respect to terms for the direct phenomena. Such procedure facilitates the analysis of the relative contribution of each phenomenon in the transport equations, as well as the analysis of scale transfer. The resulting set of equations (hydraulic diffusion, electric diffusion, diffusionconvection-retardation of components i and diffusion-convection-dissipation of heat) was discretised via the finite difference method and numerically solved by a FORTRAN algorithm. The algorithm was tested and a criterion to minimize discretisation errors was proposed. Some hypothetical cases were simulated to confirm the model potential. Three physical systems (30 rnD, 304 mD and 3040 rnD) were submitted to combinations of electric (OV/cm, 0.1 V/cm and 0.2 V/cm), hydraulic (0.01 atm/m, 0.05 atm/m, 0.1 atm/m) and chemical (NaCI: 5.12 mol/m3 injection, 512 mol/m3 saturation) external gradients. Distribution and history profiles were obtained for the state parameters of the system. Conductivity distribution, accumulated volume of produced fluid and total current history were also ca1culated. The application of the treatment was tested in the laboratory for a sample of Botucatu sandstone of 7,66 cm diameter, 35 cm length and permeability in the range of 400 mD. Thirty-one variables were monitored, in real time, by an automatic data acquisition system. In order to compare NaCI (512 mol/m3) removal, injection of a diluted solution (NaCI 5.12 mol/m3) was conducted under different levels of external electric potential DC (O, 5V and 8V) for a constant hydraulic head (-60 cm H20). The restoration of initial concentration conditions and the simultaneous determination of hydraulic permeability of the sample was carrled out by intermediate tests. The results reveal good repeatability. The numeric and experimental results were qualitatively compared and show good agreement with published data / Doutorado / Termica e Fluidos / Doutor em Engenharia Mecânica

O objetivo desta dissertação de mestrado é estudar técnicas numéricas para simular escoamentos incompressíveis multifásicos e implementar uma ferramenta computacional utilizando malhas hierárquicas e discretizações por diferenças finitas. São apresentados a formulação matemática e o desenvolvimento do método numérico, levando em consideração o caráter multifásico do escoamento. Foi adotado o modelo de força superficial contínua e a representação da interface foi feita pelo método de acompanhamento de fronteira. São expostos todos os testes realizados durante o desenvolvimento da ferramenta para checar cada etapa do método. Finalmente, testes visando verificar o código foram feitos e os resultados obtidos foram considerados satisfatórios para a verificação da ferramenta aqui desenvolvida. / The objective of this masters degree essay is to study numerical techniques to simulate incompressible multiphase flows and to implement a computational tool using hierachical meshes and discretizations by finite diferences. We introduce the mathematical formulation and the development of the numerical method, for the multiphase flow problem. A continuum surface force model is employed with the interface representation by the front tracking method. We show all tests performed to verify each stage of the methods development. Finally, results obtained in classical benchmark flow tests show good agreement with previous published results, corroborating the validity of this newly developed numerical tool.

Aplicações industriais envolvendo escoamentos multifásicos são inúmeras, sendo que, o aprimoramento de alguns desses processos pode resultar em um grande salto tecnológico com significativo impacto econômico. O estudo numérico dessas aplicações é imprescindível, pois fornece informações precisas e mais detalhadas do que a realização de testes experimentais. Um grande desafio é o estudo numérico de escoamentos viscoelásticos multifásicos envolvendo altas taxa de elasticidade, devido às instabilidades causadas por altas tensões elásticas, grandes deformações, e até mudanças topológicas na interface. Assim, a investigação numérica desse tipo de problema exige uma formulação precisa e robusta. No presente trabalho, um novo resolvedor de escoamentos bifásicos envolvendo fluidos complexos é apresentado, com particular interesse em escoamentos com altas taxas de elasticidade. A formulação proposta é baseada no método Volume-of-fluid (VOF) para representação da interface e no algoritmo Continuum Surface Force (CSF) para o balanço de forças na interface. A curvatura e advecção da interface são calculados via métodos geométricos para garantir a precisão dos resultados. Métodos de estabilização são utilizados quando números críticos de Weissenberg (Wi) são encontrados, devido ao famoso problema do alto número de Weissenberg (HWNP). O método da projeção, combinado com um método implícito para solução da equação da quantidade de movimento, são discretizados por um esquema de diferenças finitas em uma malha deslocada. Problemas de benchmarks foram resolvidos para acessar a precisão numérica da formulação em diferentes níveis de complexidade física, tal como representação e advecção da interface, influência das forças interfaciais, e características reológicas do fluido. A fim de demonstrar a capacidade do novo resolvedor, dois problemas bifásicos transientes, envolvendo fluidos viscoelásticos, foram resolvidos: o efeito de Weissenberg e o reômetro extensional (CaBER). O efeito de Weissenberg ou rod-climbing effect consiste em um bastão que gira dentro de um recipiente com fluido viscoelástico e, devido às forças elásticas, o fluido escala o bastão. Os resultados foram comparados com dados teóricos, numéricos e experimentais, encontrados na literatura para pequenas velocidades angulares. Além disso, resultados obtidos com altas velocidades angulares (alta elasticidade) são apresentados com o modelo Oldroyd-B, em que escaladas muito elevadas foram observadas. Valores críticos da velocidade angular foram identificados, e para valores acima foi observada a ocorrência de instabilidades elásticas, originadas pela combinação de tensões elásticas, curvatura interfacial, e escoamentos secundários. Até onde sabemos, numericamente, essas instabilidades nunca foram capturadas antes. O CaBER consiste no comportamento e colapso de um filamento de fluido viscoelástico, formado entre duas placas paralelas devido às forças capilares. Esse experimento envolve consideráveis dificuldades, dentre as quais podemos destacar a grande influência das forças capilares e a diferença de escalas de comprimento no escoamento. Em grande parte dos resultados encontrados na literatura, o CaBER é resolvido por modelos simplificados em uma dimensão. Resultados obtidos foram comparados com tais resultados da literatura e com soluções teóricas, apresentando admirável precisão. / Industrial applications involving multiphase flow are numerous. The improvement of some of these processes can result in a major technological leap with significant economic impact. The numerical study of these applications is essential because it provides accurate and more detailed information than conducting experiments. A challenge is the numerical study of high viscoelastic multiphase flows due to instabilities caused by the high elastic tension, large deformations and even topological changes in the interface. Thus the numerical investigation of this problem requires a robust formulation. In this study a new two-phase solver involving complex fluids is presented, with particular interest in the solution of highly elastic flows of viscoelastic fluids. The proposed formulation is based on the volume-of-fluid method (VOF) to interface representation and continuum surface force algorithm (CSF) for the balance of forces in the interface. The curvature and interface advection are calculated via geometric methods to ensure the accuracy of the results. Stabilization methods are used when critical Weissenberg numbers are found due to the famous high Weissenberg number problem (HWNP). The projection method combined with an implicit method for the solution of the momentum equation are discretized by a finite difference scheme in a staggered grid. Benchmark test problems are solved in order to access the numerical accuracy of different levels of physical complexities, such as the dynamic of the interface and the role of fluid rheology. In order to demonstrate the ability of the new resolver, two-phase transient problems involving viscoelastic fluids have been solved, theWeissenberg effect problem and the extensional rheometer (CaBER). The Weissenberg effect problem or rod-climbing effect consists of a rod that spins inside of a container with viscoelastic fluid and due to the elastic forces the fluid climbs the rod. The results were compared with numerical and experimental data from the literature for small angular velocities. Moreover results obtained for high angular velocities are presented using the Oldroyd-B model, which showed high climbing heights. Critical values of the angular speed have been identified. For values above a critical level were observed the occurrence of elastic instabilities caused by the combination of elastic tension, interfacial curvature and secondary flows. To our knowledge, numerically these instabilities were never captured before. The CaBER consists of the behavior and collapse of a viscoelastic fluid filament formed between two parallel plates due to capillary forces. This experiment involves considerable difficulties, among which we can highlight the great influence of the capillary forces and the difference of the length scales in the flow. In much of the results found in the literature, the CaBER is solved by simplified models. The results were compared with results reported in the literature and theoretical solutions, which showed remarkable accuracy.

Este trabalho propõe uma extensão do método de propagação de feixe (BPM - Beam Propagation Method) para a análise de guias de ondas ópticos e acopladores baseados em materiais não-lineares do tipo Kerr. Este método se destina à investigação de estruturas onde a utilização da equação escalar de Helmholtz (EEH) em seu limite paraxial não mais se aplica. Os métodos desenvolvidos para este fim são denominados na literatura como métodos de propagação de feixe de ângulo largo. O formalismo aqui desenvolvido é baseado na técnica das diferenças finitas e nos esquemas de Crank-Nicholson (CN) e Douglas generalizado (GD). Estes esquemas apresentam como característica o fato de apresentarem um erro de truncamento em relação ao passo de discretização transversal, &#916x, proporcional a O(&#916x2) para o primeiro e O(&#916x4). A convergência do método em ambos esquemas é otimizada pela utilização de um algoritmo interativo para a correção do campo no meio não-linear. O formalismo de ângulo largo é obtido pela expansão da EEH para os esquemas CN e GD em termos de polinômios aproximantes de Padé de ordem (1,0) e (1,1) para CN e GD, e (2,2) e (3,3) para CN. Os aproximantes de ordem superior a (1,1) apresentam sérios problemas de estabilidade. Este problema é eliminado pela rotação dos aproximantes no plano complexo. Duas condições de contorno nos extremos da janela computacional são também investigadas: 1) (TBC - Transparent Boundary Condition) e 2) condição de contorno absorvente (TAB - Transparent Absorbing Boundary). Estas condições de contorno possuem a facilidade de evitar que reflexões indesejáveis sejam transmitidas para dentro da janela computacional. Um estudo comparativo da influência destas condições de contorno na solução de guias de ondas ópticos não-lineares é também abordada neste trabalho. / This work introduces an extension of the beam propagation method (BPM) for the analysis of optical waveguides and couplers based on Kerr-type nonlinear materials. This method is intended for the investigation of structures where the paraxial scalar Helmholtz equation (EEH) no longer holds. The numerical methods developed for this situation are known in the literature as wide-angle beam propagation methods. The formulation developed in this work is based on finite differences and on the Crank-Nicholson (CN) and Generalized Douglas (GD) schemes. These schemes are characterized by a truncation error with respect to the transverse discretization step, &#916x, proporcional to O(&#916x2) for the CN and to O(&#916x4) for the GD scheme. The convergence of the method for both schemes is optimized by the application of an iterative algorithm for the correction of the field in the nonlinear medium. The wide-angle formalism is obtained by the expansion of the EEH for the CN and GD schemes in terms of Padé approximant polynomials. The expansions addressed in this work utilize Padé approximants of order (1,0) and (1,1) for the CN and GD scheme, and (2,2) and (3,3) for the CN scheme. Approximants orders higher than (1,1) show serious stability problems. This problem is circumvented by rotating the approximants in the complex plane. Two boundary conditions on the edge of the computational window are also investigated: 1) transparent boundary condition (TBC) and 2) transparent absorbing boundary (TAB). These boundary conditions are necessary in order to avoid unwanted reflections back to computational domain. A comparative study of the influence of these boundary conditions on the solution of nonlinear optical waveguides is also addressed in this work.