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Modelagem bidimensional do movimento da água em condições de solo não saturado / Two-dimensional modeling of water movement in unsaturated soilsFrancisco Dirceu Duarte Arraes 28 August 2014 (has links)
O conhecimento da distribuição da umidade no solo para diferentes tipos de solos e diferentes vazões pode ser aplicado na otimização do dimensionamento de um sistema de irrigação, no manejo da água na zona radicular, bem como, auxiliar na aplicação eficiente de fertilizantes na rizosfera. Portanto, objetivou-se com a presente pesquisa desenvolver um modelo numérico bidimensional capaz de simular a distribuição da umidade no perfil de solo para diferentes sistemas de irrigação. Sendo que para tal, o modelo utiliza o método das diferenças finitas, mediante uma discretização da solução da equação de Richards e o método iterativo de Picard, o qual foi utilizado para garantir a conservação da massa. O modelo numérico ainda torna possível considerar a extração de água pelas plantas e a evaporação da água na superfície do solo. E para avaliar o seu desempenho foi feita uma análise de sensibilidade. O modelo matemático foi desenvolvido no Departamento de Engenharia de Biossistemas, pertencente à Escola Superior de Agricultura \"Luiz de Queiroz\" - ESALQ/USP. A linguagem de programação utilizada foi Fortran 90. A estrutura computacional foi feita de forma a permitir ao usuário a entrada de informações tais como: a) dados do perfil do solo, no que se refere às suas propriedades físico-hídricas, b) informações sobre o tipo de irrigação, tempo de simulação, tempo de aplicação de água via irrigação. O programa permite ao usuário a opção entre simular a extração de água pela as plantas ou não. Para a validação do modelo foram utilizados os dados obtidos por Rivera (2004), em um experimento conduzindo no antigo Departamento de Engenharia Rural da Escola Superior de Agricultura \"Luiz de Queiroz\". O desempenho do modelo foi avaliado com base nos parâmetros estatísticos: índice de concordância de Willmott; coeficiente de eficiência, raiz quadrada do erro médio, erro médio e o erro máximo absoluto. A análise de sensibilidade do modelo foi avaliada em função dos parâmetros: densidade de fluxo de água, condutividade hidráulica do solo saturado, alfa e n (parâmetros de ajuste da curva de retenção). Pelos resultados obtidos, o modelo apresentou um desempenho satisfatório na simulação dos perfis de umidade em relação aos dados medidos em condições de experimento em solo não saturado. Em relação à análise de sensibilidade, o modelo apresentou maior sensibilidade aos parâmetros de fluxo de entrada e ao parâmetro n da equação de retenção, indicando que tais parâmetros de entrada, necessitam ser determinados com maior precisão. Houve baixa sensibilidade ao parâmetro \"alfa\" da curva de retenção. / The soil moisture distribution for different soil types under different flow regimes can be used to optimize the design of an irrigation system, water manage water in the root zone, or increase the precision of the application of fertilizers in the rhizosphere. Therefore, the objective of this research was to develop a two-dimensional numerical model capable of simulating the soil moisture distribution in soil profile for different irrigation systems. The model is a finite difference solution of the Richards equation solution, in which the Picard iteration method is used to ensure the conservation of mass. The numerical model also takes water extraction by plants and water evaporation on the soil surface into account. The mathematical model was developed in the Department of Biosystems Engineering, College of Agriculture \"Luiz de Queiroz\", ESALQ / USP. It was coded in Fortran 90, and structured to allow interactive input of a) physical and hydraulic properties soil profile, and b) type of irrigation, irrigation application time, and simulation. The simulation of water extraction by the plants is optional. And to evaluate its performance a sensitivity analysis was done. Data obtained in an experiment carried out in the older Rural Engineering Department, College of Agriculture \"Luiz de Queiroz\" by Rivera (2004), were used to validate the model. Model performance was evaluated using the Willmott index of agreement; efficiency coefficient, root mean square error, average error and the maximum absolute error. Sensitivity analyses were performed on the density of water flow, saturated hydraulic conductivity, and on alpha and n (setting parameters of the soil water retention curve). From the results obtained, the model satisfactory simulated the measured soil moisture distributions in the experimental soil moisture profiles. The model was most sensitive to variations in the parameters of the input stream and to n, a parameter in the soil water retention equation (van Genuchten model, 1980). This results is indicative that these input parameters need to be determined with greater accuracy. The model output was not very sensitive to alpha, a shape parameter in the soil water retention curve.
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Modelagem e imageamento 2.5D no domínio do tempo através de diferenças finitasSILVA NETO, Francisco de Assis January 2010 (has links)
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Previous issue date: 2010 / CNPq - Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico / FAPESP - Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo / CAPES - Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / PETROBRAS - Petróleo Brasileiro S.A. / A modelagem 2.5D consiste em simular a propagação do campo de ondas em 3D em meios com simetria de translação em uma direção. Nesta tese esta abordagem é formulada para meios elásticos e anisotrópicos com classe de simetria arbitrária e a geometria de aquisição não precisa coincidir com um plano de simetria do meio. A migração por reversão no tempo do campo de ondas é formulada e implementada através de diferenças finitas 2.5D. Para reduzir os efeitos de retro-espalhamento e melhorar a recuperação da amplitude dos eventos migrados, propomos uma nova condição de imagem para migração reversa no tempo baseada na análise assintótica da condição de imagem clássica por correlação cruzada. Experimentos numéricos indicam que a migração reversa no tempo 2.5D com a nova condição de imagem proposta, melhora a resolução da imagem em relação à migração reversa no tempo 2D e reduz acentuadamente os ruídos causados por retro-espalhamento. / This thesis discuss modeling and imaging of seismic wavefields in 2.5D using finite-differences to solve numerically the wave equation. Modeling in 2.5D is extended to anisotropic elastic media with an arbitrary class of symmetry. The sources of the wavefield are generalized to simulate of explosive, dipole and double-couple distributions. The acquisition geometry is not required to coincide with a symmetry plane. Reverse time migration in 2.5D is implemented in conjunction with a new imaging condition based on the asymptotic analysis of the classical correlation imaging condition. The new imaging condition is designed to improve the amplitudes in reverse time migration (RTM) images, and to reduce back-scattering artifacts. Numerical experiments indicate that 2.5D RTM improves the resolution of the migrated images when compared to its 2D counterpart, and that the proposed imaging condition was effective improving the amplitudes and reducing back-scattering artifacts.
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Migração usando equação da onda unidirecional de abertura arbitráriaCOSTA, Lúcio Alan Pires da January 2007 (has links)
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Previous issue date: 2007 / CNPq - Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico / Neste trabalho avaliamos uma classe de operadores de continuação de campos de onda, baseados em equações unidirecionais e com aplicação direta à migração sísmica. O método de representação de equações de onda unidirecionais, desenvolvido neste trabalho, é válido para abertura angular arbitrária, baseia-se no conceito de rigidez de um semiespaço, na transformação Dirichlet-Neumann e em sua discretização por elementos finitos. O método de construção dos operadores de continuação requer a introdução de variáveis auxiliares cujo número cresce em função da maior abertura angular desejada para o operador. Efetuamos a implementação no domínio do espaço e da frequência o que permite sua imediata paralelização. Baseados em experimentos numéricos, que avaliam a relação de dispersão e a resposta ao impulso do operador, propomos prescrições que permitem especificar o número de variáveis auxiliares e o passo de continuação para o operador de migração. A aplicação do algoritmo nos dados do modelo de domo salino da SEG-EAGE demonstra a capacidade do algoritmo em migrar refletores com forte mergulho em meios com forte variação lateral de velocidade. / The arbitrarily wide angle wave equations are applied to post-stack migration. This
class of wavefield continuation operators are based on the concept of semi-space stiffness,
Dirichlet to Neumann transformations and its discretization using finite elements. The
specification of the continuation operator requires auxiliar variables. The number of these
variable increase with the maximum angular aperture. The algorithm is implemented in
space-frequency domain which allows straightforward parallelization. Based on numerical
experiments using the dispersion relation and the impulse response of these operators
we prescribe the number of auxiliar variables and downward continuation step. The
migration of the zero offset SEG-EAGE data using the wide angle continuation operators
shows their efectiveness for imaging steep dips in a complex velocity model.
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Migração FD 3D em profundidade usando aproximação de Padé complexaCOSTA, Carlos Alexandre Nascimento da 21 June 2011 (has links)
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Previous issue date: 2011 / CNPq - Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico / A implementação convencional do método de migração por diferenças finitas 3D, usa a técnica de splitting inline e crossline para melhorar a eficiência computacional deste algoritmo. Esta abordagem torna o algoritmo eficiente computacionalmente, porém cria anisotropia numérica. Esta anisotropia numérica por sua vez, pode levar a falsos posicionamentos de refletores inclinados, especialmente refletores com grandes ângulos de mergulho. Neste trabalho, como objetivo de evitar o surgimento da anisotropia numérica, implementamos o operador de extrapolação do campo de onda para baixo sem usar a técnica splitting inline e crossline no domínio frequência-espaço via método de diferenças finitas implícito, usando a aproximação de Padé complexa. Comparamos a performance do algoritmo iterativo Bi-gradiente conjugado estabilizado (Bi-CGSTAB) com o multifrontal massively parallel solver (MUMPS) para resolver o sistema linear oriundo do método de migração por diferenças finitas. Verifica-se que usando a expansão de Padé complexa ao invés da expansão de Padé real, o algoritmo iterativo Bi-CGSTAB fica mais eficientes computacionalmente, ou seja, a expansão de Padé complexa atua como um precondicionador para este algoritmo iterativo. Como consequência, o algoritmo iterativo Bi-CGSTAB é bem mais eficiente computacionalmente que o MUMPS para resolver o sistema linear quando usado apenas um termo da expansão de Padé complexa. Para aproximações de grandes ângulos, métodos diretos são necessários. Para validar e avaliar as propriedades desses algoritmos de migração, usamos o modelo de sal SEG/EAGE para calcular a sua resposta ao impulso. / Conventional implementations of 3D finite-difference (FD) migration use splitting techniques
to accelerate performace and save computational cost. However, such techniques
are plagued with numerical anisotropy that jeopardizes correct positioning of dipping reflectors
in the directions not used for the splitted operators. We implement 3D downward
continuation migration without splitting in the space coordinates using a complex Padé
approximation and implicit finite differences. In this way, the numerical anisotropy is
eliminated at the expense of a computationally more intensive solution of a large banded
linear system. We compare the performance of the iterative stabilized biconjugate gradient
(Bi-CGSTAB) and the multifrontal massively parallel direct solver (MUMPS). It turns out
that the use of the complex Padé approximation provides an effective preconditioner for
the Bi-CGSTAB, reducing the number of iterations relative to the real Padé expansion of
the FD operator. As a consequence, the iterative Bi-CGSTABmethod ismore efficient than
the directMUMPSmethodwhen solving for a single termin the Padé expansion. Forwide
angle approximations direct methods are required. These algorithms are validated and
the properties evaluated computing themigration impulse response in the SEG/EAGE salt
model.
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Migração FD e FFD com aproximações de grande abertura angularAMAZONAS, Daniela Rêgo January 2007 (has links)
Submitted by Cleide Dantas (cleidedantas@ufpa.br) on 2014-10-31T16:48:42Z
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Previous issue date: 2007 / Métodos de migração baseados na equação da onda unidirecional apresentam limitações no imageamento de refletores com forte mergulho e no tratamento de ondas evanescentes. Utilizando a expansão de Padé complexa na solução da equação da onda unidirecional para imageamento em geofísica é possível tratar ondas evanescentes, estabilizando a migração e dispensando um tratamento especial para absorção nas fronteiras do domínio. Utilizando várias parcelas na expansão de Padé, refletores com forte mergulho podem ser corretamente migrados. Nesta dissertação aplicamos a equação da onda unidirecional com expansão de Padé complexa para implementar dois algoritmos de migração em profundidade pré e pós empilhamento: a migração por diferenças finitas (FD) e a migração por diferenças finitas e Fourier (FFD). O estudo das curvas de dispersão e da resposta impulsiva dos operadores de migração nos permitiu escolher o número adequado de parcelas na expansão de Padé e os coeficientes da expansão que garantem estabilidade à continuação do campo de onda para um ângulo de mergulho máximo prescrito. As implementações foram validadas nos dados Marmousi e no modelo de domo de sal da SEG/EAGE mostrando que refletores com forte mergulho foram corretamente migrados, mesmo na presença de forte variação lateral de velocidade. Esses resultados são comparados com outros métodos de migração baseados na equação da onda unidirecional ressaltando a qualidade da aproximação estudada neste trabalho. / Seismic Migration by downward continuation using the unidirectional wave equation approximations
has two shortcomings: imaging steep dip reflectors and handling evanescent
waves. Complex Padé approximations allow a better treatment of evanescent modes stabilizing
the finite difference migration, and does not require special treatment for domain
boundaries. Imaging of steep dip reflectors can be improved using several terms in the Padé
expansion. This dissertation discuss the implementation and evaluation of complex Padé
approximation for finite difference migration and Fourier finite difference migration.
The study of the dispersion relation and impulsive response associated to the migration
operator is used to select the number of terms and coefficients in the Padé expansion which
assures stability for a prescribed maximum reflector dip. The implementations are validated
in the Marmousi and SEG/EAGE salt model datasets, and compared to other wave equation
migration methods. The results of FD and FFD complex Padé migrations can handle steeper
dips, and present a much lower signal to noise ratio than their real valued counterparts.
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Migração FFD 3D em profundidade usando aproximação de Padé complexaCAMPOS, Itamara do Socorro da Silveira January 2011 (has links)
Submitted by Cleide Dantas (cleidedantas@ufpa.br) on 2014-10-31T16:49:47Z
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Previous issue date: 2011 / CNPq - Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico / CAPES - Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / PETROBRAS - Petróleo Brasileiro S.A. / Implementações dos métodos de migração diferença finita e Fourier (FFD) usam fatoração direcional para acelerar a performance e economizar custo computacional. Entretanto essa técnica introduz anisotropia numérica que podem erroneamente posicionar os refletores em mergulho ao longo das direções em que o não foi aplicado a fatoração no operador de migração. Implementamos a migração FFD 3D, sem usar a técnica do fatoração direcional, no domínio da frequência usando aproximação de Padé complexa. Essa aproximação elimina a anisotropia numérica ao preço de maior custo computacional buscando a solução do campo de onda para um sistema linear de banda larga. Experimentos numéricos, tanto no modelo homogêneo e heterogêneo, mostram que a técnica da fatoração direcional produz notáveis erros de posicionamento dos refletores em meios com forte variação lateral de velocidade. Comparamos a performance de resolução do algoritmo de FFD usando o método iterativo gradiente biconjugado estabilizado (BICGSTAB) e o multifrontal massively parallel direct solver (MUMPS). Mostrando que a aproximação de Padé complexa é um eficiente precondicionador para o BICGSTAB, reduzindo o número de iterações em relação a aproximação de Padé real. O método iterativo BICGSTAB é mais eficiente que o método direto MUMPS, quando usamos apenas um termo da expansão de Padé complexa. Para maior ângulo de abertura do operador, mais termos da série são requeridos no operador de migração, e neste caso, a performance do método direto é mais eficiente. A validação do algoritmo e as propriedades da evolução computacional foram avaliadas para a resposta ao impulso do modelo de sal SEG/EAGE. / Fourier finite-difference (FFD) migration implementations use splitting techniques to accelerate
performace and save computational cost. However, such techniques introduce numerical
anisotropy which leads to mispositioning of dipping reflectors along directions not used for
splitting the migration operator. We implement 3D FFD continuation migration without
splitting in the frequency-space domain using the complex Padé approximation and implicit
finite differences. This approach eliminates numerical anisotropy at the expense of a computationally
more intensive solution of a large banded linear system. Numerical experiments in
homogeneous and heterogeneous models show that splitting techniques produce noticiable positioning
erros for models with strong lateral velocity variation. We compare the performance
of the iterative stabilized biconjugate gradient (BICGSTAB) and the multifrontal massively
parallel direct solver (MUMPS). It turns out that the use of the complex Padé approximation
provides an effective preconditioner for the BICGSTAB, reducing the number of iterations
relative to the real Padé expansion. The iterative BICGSTAB method is more efficient than
the direct MUMPS method when solving for a single term in the Padé expansion. For wide
angle approximations more terms are required to represent the migration operator, in this
case direct methods are required. The algorithm is validated and the properties evaluated
computing the migration impulse response in the SEG/EAGE salt model.
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Modelagem sísmica por diferenças finitas em meios bidimensionais com difratoresFERNANDES, Lindemberg Lima 14 September 2000 (has links)
Submitted by Cleide Dantas (cleidedantas@ufpa.br) on 2014-11-14T13:27:58Z
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Previous issue date: 2000 / CAPES - Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / Este trabalho tem por objetivo a modelagem sísmica em meios com fortes descontinuidades de propriedades físicas, com ênfase na existência de difrações. Como parte deste estudo foi feita a análise numérica visando as condições de estabilidade e de fronteiras utilizadas no cálculo do campo de ondas sísmicas. Para a validação do programa de diferenças finitas foi feita a comparação cinemática com a Teoria do Raio para um modelo simples. O motivo deste estudo é ter uma melhor compreensão e controle sobre os problemas de modelagem, visando contribuir para a solução de problemas na interpretação de dados sísmicos. Segundo vários autores na literatura geológica, Derby (1877), Evans (1906), Paiva (1929) e Moura (1938). A Bacia do Amazonas é constituída por rochas sedimentares depositadas desde o Ordoviciano até o recente, atingindo espessuras da ordem de 5 km. Os corpos de diabásio, presentes entre os sedimentos paleozóicos, estão dispostos na forma de soleiras, alcançando espessuras de centenas de metros, perfazendo um volume total de 90.000 quilômetros cúbicos. A ocorrência de tais estruturas é responsável pela existência de reflexões múltiplas durante a propagação da onda sísmica, impossibilitando uma melhor interpretação dos horizontes refletores que se encontram abaixo das soleiras. Para representar situações geológicas desse tipo foi usado um modelo acústico de velocidades. Para o cálculo dos sismogramas foi utilizado um programa de diferenças finitas com aproximação de quarta ordem da equação da onda acústica no espaço e no tempo. As aplicações dos métodos de diferenças finitas para o estudo de propagação de ondas sísmicas têm melhorado a compreensão sobre a propagação em meios onde existem heterogeneidades significativas, tendo como resultado boa resolução na interpretação dos eventos de reflexão sísmica em áreas de interesse. Como resultado dos experimentos numéricos realizados em meio de geologia complexa, foi observado a influência significativa das múltiplas devido a camada de alta velocidade, o que faz com que haja maior perda de energia dificultando a interpretação dos alvos. Por esta razão recomendo a integração de dados de superfície com os dados de poço, com o objetivo de se obter
uma melhor imagem dos alvos abaixo das soleiras de diabásio. / The subject of this work is the seismic modeling in medium with strong discontinuities in
physical properties with enphasis in diffractions events.
This research intend to contribute for a better comprehension and control of seismic
modeling in complex medium. According to various authors, the Amazon Basin is formed by sedimentary rocks
deposited since the Ordovician to the present, reaching depth up to 5 Km. The bodies of basalt
between the paleozoic sediments are arranged as basaltic layers reaching thickness of hundred
meters, which add to 90,000 km3. The ocurrence of these structures is responsible for the
existence of multiple reflections during the propagation of the seismic waves, which makes
impossible a better imaging of horizons located bellow the basaltic layers
An accoustic velocity model was used to demonstrate this geological situation. The
seismograms were calculated with a program of finite-difference with a fourth order
aproximation of the acoustic wave equation in space and time. The aplication of the finite-difference method for modeling the propagation of the seismic
waves has improved the understanding of the wave propagation in significant heterogeneous
medium and achieves a good resolution in the interpretation of seismic reflection events in areas
of interest
As a result of numerical experiments accomplished in a complex geological medium a
significant influence due to multiple reflection observed in a high velocity layer causing an
increase in a loss of energy that made the data more dificult to analise. Because of this problem I
advise the integration of the data from both surface and wells, to achieve a better imaging below
the basaltic layer.
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Modelagem de perfis de indução no domínio do tempo por diferenças finitasBESERRA, Antonio Adelmo Freire 07 January 1997 (has links)
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Previous issue date: 1997 / UFPA - Universidade Federal do Pará / PETROBRAS - Petróleo Brasileiro S.A. / FADESP - Fundação de Amparo e Desenvolvimento da Pesquisa / FINEP - Financiadora de Estudos e Projetos / CNPq - Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico / Apresentamos aqui uma metodologia alternativa para modelagem de ferramentas de indução diretamente no domínio do tempo. Este trabalho consiste na solução da equação de difusão do campo eletromagnético através do método de diferenças finitas. O nosso modelo consiste de um meio estratificado horizontalmente, através do qual simulamos um deslocamento da ferramenta na direção perpendicular às interfaces. A fonte consiste de uma bobina excitada por uma função degrau de corrente e o registro do campo induzido no meio é feito através de uma bobina receptora localizada acima da bobina transmissora. Na solução da equação de difusão determinamos o campo primário e o campo secundário separadamente. O campo primário é obtido analiticamente e o campo secundário é determinado utilizando-se o método de Direção Alternada Implícita, resultando num sistema tri-diagonal que é resolvido através do método recursivo proposto por Claerbout. Finalmente, determina-se o valor máximo do campo elétrico secundário em cada posição da ferramenta ao longo da formação, obtendo-se assim uma perfilagem no domínio do tempo. Os resultados obtidos mostram que este método é bastante eficiente na determinação do contato entre camadas, inclusive para camadas de pequena espessura. / A new approach of modeling the response of the induction tool in a borehole in the time domain is presented. Here I have solved electromagnetic field diffusion equation in a horizontally stractified medium by finite difference method. The transmitter loop is excited by the step function current. The receiver loop is positioned coaxially in the borehole above the transmitter at a fixed distance. The solution of the difusion equation takes into account the primary and secondary fields. The primary field is obtained analytically and the secondary is calculated by the Alternating Direction Implicit method. The resulting tri-diagonal system is solved by the recursive algorithm proposed by Claerbout. Finally, the electric field in the receiver is computed at different positions of the tool in a borehole and these values are plotted against the depth of measurement. The results obtained show that measuring electric field in the time domain is very eficient to detect the bed boundaries, even if the beds are very thin.
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Estudo de secagem por microondas e eólica-solar térmicaPAIVA, Reginaldo Sabóia de 29 April 2003 (has links)
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Previous issue date: 2003-04-29 / CAPES - Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / Com o principal objetivo de estudar e desenvolver metodologias de controle e
simulação dos processos de secagem por microondas, utiliza-se como ferramenta a
modelagem físico-matemática dos efeitos térmicos e de transferência de massa causados pela
irradiação das microondas em materiais sólidos porosos, levando-se em conta as variáveis
relevantes para cada caso em questão.
Apresentam-se vários resultados de simulações de perfis de campo elétrico, densidade
de potência, temperatura e umidade no interior dos materiais de características homogêneas e
com geometrias simples, nos regimes de excitação uni, bi e tridimensionais.
Como estudo complementar, é modelado o processo térmico para o dimensionamento
de secadores solares e eólicos, exibindo-se resultados de simulações realizadas. / With the main objective of studying and developing methodologies of control and
simulation of microwave drying processes, this work uses as tool the physical-mathematical
modelling of the thermal effects and mass transfer caused by microwave radiation in porous
solid materials, taking into account the important variables for each case.
Several results are presented, such as simulations of electric field profiles, power
density, temperature and humidity inside materials with homogeneous characteristics and with
simple geometry for the one, two and three-dimensional excitations.
As a complementary study, the thermal process for the sizing of solar and wind dryers
is modeled including the presentation of the results of the simulations developed.
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Avaliação do funcionamento e dimensionamento hidráulico de chaminés de equilíbrio em aproveitamentos hidroelétricosMacedo, João Pedro January 2012 (has links)
Tese de mestrado integrado. Mestrado Integrado em Engenharia Civil. Especialização em Hidráulica. Faculdade de Engenharia. Universidade do Porto. 2012
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