Orientador: Ricardo Caetano Azevedo Biloti / Dissertação (mestrado profissional) - Universidade Estadual de Campinas, Instituto de Matematica, Estatistica e Computação Cientifica / Made available in DSpace on 2018-08-13T04:58:29Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Sousa_Nadsonde_M.pdf: 846587 bytes, checksum: 2e5832c38e969f5279654b4c89da83e3 (MD5) Previous issue date: 2009 / Resumo: O presente trabalho aborda os métodos de diferenças finitas com suas propriedades e aplicações. Iniciamos com uma revisão histórica, destacando alguns matemáticos que participaram do desenvolvimento da teoria de métodos de diferenças. Em seguida, apresentamos alguns modelos matemáticos compostos por equações diferenciais. Através da equação de advecção, estudamos métodos de diferenças explícitos, com especial enfoque para as propriedades de erro de truncamento, consistência, estabilidade e convergência dando ênfase ao Teorema de Lax. Estudamos a análise de Fourier e a condição de von Neumann para interpretar a amplitude, a dissipação e a dispersão das soluções numéricas. Abordamos os métodos Upwind, de Lax-Friedrichs e de Lax-Wendroff. Por fim, exemplificamos numericamente os conceitos e propriedades estudados com comparações entre os métodos, aplicados em um problema teste. / Abstract: The present work approaches finite-difference methods, their properties, and their applications. We present a historical review, including some mathematieians who participated in the development of the theory of differences. Furthermore, we present some mathematical models consisting of differential equatiolls. Through the advection equationl, we study explicit finite-difference methods, detailing their truncation error, consistency, stability and conlvergence properties. We employ Fourier analysis and the von Neumann condition to study the amplitude, dissipation and dispersion of numerical solutions. We compare three methods: Upwind, Lax-Friedrichs and Lax-Wendroff. Finally, we perform numerical tests to illustrate the concepts and properties studied in this work. / Mestrado / Analise Numerica / Mestre em Matemática

Orientador: Luiz Felipe Mendes de Moura / Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Mecânica / Made available in DSpace on 2018-08-24T19:08:20Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Campos_MarcoDonisetede_D.pdf: 12731674 bytes, checksum: de4ae78b0a17ad29927779fc24893a33 (MD5) Previous issue date: 2014 / Resumo: O presente trabalho tem como objetivo aplicar o método de diferenças finitas de alta ordem na solução de problemas bi e tridimensionais convectivo-difusivos transientes. As simulações numéricas foram realizadas para investigar, nos problemas lineares, o termo de dissipação viscosa na equação de transferência de calor bidimensional com ênfase, no caso tridimensional, na aplicação envolvendo troca de calor num canal retangular. Para problemas não lineares, o método de Newton para a linearização do termo convectivo foi usado para resolver a equação de Burgers bi e tridimensionais. O esquema desenvolvido mostrou-se simples, computacionalmente rápido, podendo ser aplicado para problemas bi e tridimensionais. Nas aplicações propostas, quando possível, as soluções analíticas disponíveis na revisão da literatura foram utilizadas para comparações com as soluções numéricas e validação do código, sendo a análise dos resultados feita a partir das normas L2 e L? / Abstract: The present study aims to apply the high-order Finite Difference Method to transient diffusive-convective problems in two and three dimensions. Numerical simulations have been undertaken to investigate, in the linear problems, the viscous dissipation term in the two-dimensional heat transfer equation with emphasis, in the three-dimensional case, on the application involving heat exchange in a rectangular channel. For nonlinear problems, the Newton's method for the linearization of the convective term was used for solving the two and three dimensional Burgers equation. This scheme is simple, computationally fast and can be applied for two or three-dimensional problems. For the proposed applications, whenever possible, the analytical solutions found in the literature review were used to compare with the numerical solutions. The analysis of results was done from the L2 and L? norms / Doutorado / Termica e Fluidos / Doutor em Engenharia Mecânica

Orientador: Leonardo de Souza Mendes / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Eletrica e de Computação / Made available in DSpace on 2018-07-24T05:09:21Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Venturini_FredericoPina_M.pdf: 3741789 bytes, checksum: 799bd673fdd878f0b75e06381064ce35 (MD5) Previous issue date: 1998 / Resumo: Apresentamos neste trabalho a formulação do método das diferenças finitas no domínio do tempo (FDTD) para a análise das características de propagação de estruturas dielétricas planares bidimensionais (guia slab e acoplador direcional). Uma solução direta das equações de Maxwell dependentes do tempo é procurada, substituindo-se as derivadas parciais contidas nos operadores diferenciais por diferenças finitas. Para isso é necessário realizar inicialmente a discretização espacial e temporal do problema, em células e passos discretizados de tempo, respectivamente, obtendo-se as equações de diferenças finitas que simularão a propagação da onda desejada. A formulação foi desenvolvida para análise de materiais lineares não dispersivos. É feito inicialmente um estudo teórico das características das estruturas analisadas e do método FDTD, apresentando-se em seguida os resultados obtidos nas simulações realizadas / Abstract: In this a finite-difference time-domain method formulation to the analysis of propagation characteristics in bidimensional dielectric planar structures (slab waveguide and directional coupler) is presented. A direct solution of Maxwell¿s equations is searched, replacing the partial derivative enclosed in the differential operators by finite differences. To reach this solution it is necessary to discretize space and time, in the form of space cells and time steps, respectively, to obtain the finite difference equations that will simulate the wave propagation desired. The formulation was developed to analyze linear nondispersive materials. The theoretical aspects involved in the analysis of the structures and the FDTD method are initially discussed and then the results obtained in the simulations are presented. / Mestrado / Mestre em Engenharia Elétrica

Orientador : Rodney Carlos Bassanezi / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Instituto de Matematica, Estatistica e Computação Cientifica / Made available in DSpace on 2018-07-18T03:52:56Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Bald_AtelmoAloisio_M.pdf: 2680822 bytes, checksum: 11988a2810f2126686f8b1aa0c2c2fdf (MD5) Previous issue date: 1993 / Resumo: Não informado. / Abstract: Not informed. / Mestrado / Mestre em Matemática Aplicada

Este trabalho apresenta o desenvolvimento de um método numérico para simular escoamentos viscoelásticos com superfícies livres de um fluido governado pelo modelo de Oldroyd-B. As equações governantes para um fluido Oldroyd-B são consideradas. A derivada temporal é aproximada por um método de segunda ordem. Uma formulação para o cálculo do tensor de tensão extra nos contornos rígidos é apresentada. As equações governantes são resolvidas pelo método de diferenças finitas numa malha deslocada utilizando variáveis primitivas. O método numérico descrito neste trabalho foi implementado no ambiente de simulação Freeflow-2D. Resultados numéricos demonstrando que o método numérico empregado neste trabalho aplicado a vários escoamentos bidimensionais de um fluido Oldroyd-B são apresentados.

Submitted by camilla martins (camillasmmartins@gmail.com) on 2017-03-28T11:55:28Z No. of bitstreams: 2 license_rdf: 0 bytes, checksum: d41d8cd98f00b204e9800998ecf8427e (MD5) Dissertacao_MetodoModelagemNumerica.pdf: 7926563 bytes, checksum: c9cc3b2a11cac810ac516048be14a69c (MD5) / Approved for entry into archive by Edisangela Bastos (edisangela@ufpa.br) on 2017-03-28T13:19:26Z (GMT) No. of bitstreams: 2 license_rdf: 0 bytes, checksum: d41d8cd98f00b204e9800998ecf8427e (MD5) Dissertacao_MetodoModelagemNumerica.pdf: 7926563 bytes, checksum: c9cc3b2a11cac810ac516048be14a69c (MD5) / Made available in DSpace on 2017-03-28T13:19:26Z (GMT). No. of bitstreams: 2 license_rdf: 0 bytes, checksum: d41d8cd98f00b204e9800998ecf8427e (MD5) Dissertacao_MetodoModelagemNumerica.pdf: 7926563 bytes, checksum: c9cc3b2a11cac810ac516048be14a69c (MD5) Previous issue date: 2016-02-29 / Nesta Dissertação, é desenvolvido e implementado em software um método para modelagem da dispersão elétrica do solo através do método das diferenças nitas no domínio do tempo (FDTD). A metodologia é baseada na aplicação de aproximadores de Padé no domínio da frequência, de forma a representar a dependência espectral tanto da condutividade quanto da permissividade elétrica. As equações no domínio do tempo são obtidas através de simples manipulações algébricas e transformadas inversas de Fourier. Resultados obtidos experimentalmente em sistemas de aterramento solicitados por descargas atmosféricas articialmente produzidas são comparados aos resultados numéricos obtidos através do método proposto. Excelente concordância entre os sinais transitórios é observada. / In this dissertation, it is developed and implemented a numerical method for modeling the soil electrical dispersion using the Finite-Dierence Time-Domain method (FDTD). The methodology is based on the application of Padé approximants in frequency domain, in such a way to represent the spectral dependency of soil's conductivity and electrical permittivity. The time domain equations are obtained using simple algebraic operations and inverse Fourier transforms. Experimental results for grounding systems subjected to articial lightning pulses are compared with numerical results obtained using the proposed method. It was observed an excellent agreement between the corresponding transient signals.

Submitted by Hellen Luz (hellencrisluz@gmail.com) on 2017-10-03T18:29:36Z No. of bitstreams: 2 license_rdf: 0 bytes, checksum: d41d8cd98f00b204e9800998ecf8427e (MD5) Dissertacao_AnalisePropagacaoOndas.pdf: 4371877 bytes, checksum: e90c375a58ae55c4e042b65cce1f0655 (MD5) / Rejected by Edisangela Bastos (edisangela@ufpa.br), reason: on 2017-10-10T17:03:50Z (GMT) / Submitted by Hellen Luz (hellencrisluz@gmail.com) on 2017-10-16T14:29:58Z No. of bitstreams: 2 license_rdf: 0 bytes, checksum: d41d8cd98f00b204e9800998ecf8427e (MD5) Dissertacao_AnalisePropagacaoOndas.pdf: 4371877 bytes, checksum: e90c375a58ae55c4e042b65cce1f0655 (MD5) / Approved for entry into archive by Edisangela Bastos (edisangela@ufpa.br) on 2017-11-13T16:35:25Z (GMT) No. of bitstreams: 2 license_rdf: 0 bytes, checksum: d41d8cd98f00b204e9800998ecf8427e (MD5) Dissertacao_AnalisePropagacaoOndas.pdf: 4371877 bytes, checksum: e90c375a58ae55c4e042b65cce1f0655 (MD5) / Made available in DSpace on 2017-11-13T16:35:25Z (GMT). No. of bitstreams: 2 license_rdf: 0 bytes, checksum: d41d8cd98f00b204e9800998ecf8427e (MD5) Dissertacao_AnalisePropagacaoOndas.pdf: 4371877 bytes, checksum: e90c375a58ae55c4e042b65cce1f0655 (MD5) Previous issue date: 2012-03-08 / CAPES - Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / Este trabalho propõe ferramentas de baixo custo computacional e de boa precisão que permitam a caracterização da propagação de microondas eletromagnéticas em ambientes interiores. Estudou-se a aplicação do método numérico das diferenças finitas no domínio do tempo (FDTD) para modelagem da propagação de ondas nestes ambientes. Para isso, foi implementada uma nova abordagem deste método que aproxima os resultados obtidos na formulação do método em duas dimensões aos resultados obtidos em 3D. Apresenta-se um estudo comparativo entre a precisão, o desempenho e o requisito de recursos computacionais entre as duas formulações desse método. Para aplicar a formulação em 3D, um software em linguagem FORTRAN foi escrito com o método FDTD paralelizado pela biblioteca MPI. Posteriormente, um cluster de arquitetura Beowulf de quatro máquinas iguais foi construído para simular as rotinas geradas no trabalho. Após a validação do método FDTD modificado, apresenta-se a utilização do mesmo para a caracterização de um ambiente interior quanto suas perdas. A interpretação destes dados foi realizada para obter a distribuição estatística do parâmetro n de perdas por propagação para o ambiente. A relevância deste trabalho encontra-se no fato de não haver, na literatura pesquisada, trabalhos que apresentassem o método FDTD 2D modificado para propagação em ambientes interiores e que utilizassem dados simulados para análise estatística. / This work presents tools of low computing cost and good accuracy to characterize the electromagnetic microwave propagation in indoor environments. It was studied the Finite- Difference Time-Domain (FDTD) method applied to model the propagation in these environments. The study deals with the implementing of a new approach of this method which converses a 3D problem in a 2D one. It is presented a comparative study between the two formulation of the method regarding accuracy, speed and the requirement of computing resources. To apply the 3D formulation, a software was written in FORTRAN with the FDTD 3D parallelized by the MPI library. Then, a cluster with Beowulf architecture was set up run the routine. After the validation of the modified FDTD method, it is applied to characterize an indoor environment regarding its losses. This data was used to obtain the statistical distribution of the parameter n of propagation loss of the environment. The contribution of this work lays on the fact that the researched literature do not present the modified FDTD 2D method applied to indoor environments and the use of simulated data to statistical analysis.

Baseado na grande evolução dos dispositivos eletrônicos nos últimos 35 anos e dos novos hardwares de baixo custo e alto poder computacional, esta tese tem como objetivo testar a seguinte hipótese: É possível o controle e automação de um forno em escala piloto com informações de sensores e simulação em tempo real utilizando computação embarcada de baixo custo. Para isto, modelagem matemática e simulação do perfil de temperatura do forno e do alimento foram realizadas para que o sistema de controle possa ter informação da temperatura no alimento em tempo real, contando apenas com os sensores fixos no forno. A informação desta simulação alimenta o controle PID, garantindo que o perfil de temperatura desejado para o aquecimento/cozimento do alimento seja obedecido, melhorando a qualidade do produto final. O sistema de controle possui duas unidades, a escrava que é localizada na lateral do forno é composta de um Arduino mini, da instrumentação para o controle dos sensores e atuadores do forno e a unidade mestre, que utiliza um Raspberry pi onde o software de controle com interface gráfica realiza as simulações, o controle PID e a comunicação via bluetooth com a unidade escrava. Experimentos foram realizados para testar e validar a simulação do perfil térmico do forno, do alimento e o controlador PID. Concluiu-se que é possível um controle de um forno industrial em escala piloto com simulação em tempo real utilizando computação de baixo custo. / Based on the dramatic evolution of electronic devices in the last 35 years and the recent advent of low cost computational hardware, embedded sensors have become a cost-effective solution for real time machine monitoring and simulation. The objective of this thesis is to present both software and hardware intended for the real-time simulation and control of a conveyor belt tunnel oven using low cost embedded hardware, to ensure high quality food production. For this purpose, mathematical modelling and simulation of the temperature profile inside the oven was performed in order to supply the control system with the calculated temperature of the food in real time, using only the fixed sensors inside the oven. This simulation information is passed to the PID controller, ensuring that the desired temperature profile for heating the food is achieved, improving the quality of the final product. The system has two units, a slave that is located on the main body consisting of an Arduino mini and the instrumentation for controlling the sensors and actuators. The second unit is the master unit, which utilises a Raspberry pi to host the control software, the graphical user interface the PID controller and manages the Bluetooth connection with the slave unit. Experiments were performed in order to test and validate the thermal profile simulation of the oven and the food, as well as to test the PID controller. It was concluded that it is possible to control a prototype scale industrial oven using real time simulation with a low-cost computation unit.

Neste projeto, é apresentado um método numérico com uma abordagem do tipoMAC para a simulação de escoamentos viscoelásticos incompressíveis tridimensionais com superfície livre governados pelo modelo de fluido SXPP. A formulação apresentada nesse trabalho é uma extensão dos resultados obtidos por Oishi et al. (2011), sobre o estudo de métodos numéricos para a simulação de escoamentos incompressíveis viscoelásticos com superfície livre a baixos números de Reynolds, para o caso bidimensional. No contexto de problemas transientes, metodologias explícitas para solução numérica das equações governantes apresentam restrições de estabilidade muito severas para a definição do passo temporal, acarretando em um custo computacional relativamente alto. Sendo assim, utilizamos um método implícito para resolver a equação de conservação da quantidade de movimento, eliminando assim, a restrição de estabilidade parabólica e diminuindo significativamente o custo computacional. Mas tal estratégia acopla os campos de velocidade e pressão. Dessa forma, para desacoplar esses campos, foi utilizado uma abordagem que combina método de projeção com uma técnica implícita para o tratamento da pressão na superfície livre. A equação constitutiva foi resolvida pelo método de Runge-Kutta de segunda-ordem. A validação do método numérico foi realizada utilizando refinamento da malha no escoamento em um canal. Como aplicação, apresentamos resultados numéricos sobre o problema do jato oscilante e do inchamento do extrudado / In this work, we present a numerical method with a MAC type approach to simulate tridimensional incompressible viscoelastic free surface flows governed by a SXPP (Single eXtended Pom-Pom) model. The formulation presented in this work is an extension to the work of Oishi et al. (2011). They have studied numerical methods for solving incompressible viscoelastic free surface flows with low Reynolds number, for the bidimensional case. In the context of transient problems, explicitmethodologies for the numerical solution of the governing equations present severe stability constraints for defining the time step, what highly increases the computational cost. Due to this fact, an implicit method is used to solve the momentum equation, eliminating the parabolic stability constraint and decreasing significantly the computational cost. However, this strategy couples velocity and pressure fields. To decouples this fields, it was used an approach that combines a projection method and an implicit technique for the treatment of the pressure at the free surface. The constitutive equation is solved by a second-order Runge-Kutta method. The numerical method validation was achieved by a mesh refinement for a flow in a channel. As applications, numerical results of the die-swell problem and the jet buckling phenomenon are presented

O trabalho apresenta uma modificação aplicada a um método de diferenças finitas para resolução de escoamentos em qualquer regime de velocidade. O método original se baseia no algoritmo padrão de fatoração aproximada de Beam e Warming, próprio para resolução de escoamentos compressíveis. Uma escolha apropriada das variáveis dependentes, que no presente trabalho são pressão, componentes cartesianas de velocidade e temperatura, asseguram um bom desempenho do algoritmo para uma larga faixa de números de Mach. É proposto um método de aceleração de convergência para este algoritmo. Este método se baseia no algoritmo diagonal aplicado ao esquema de fatoração aproximada implícito padrão, o qual apresenta reduções significativas no custo computacional, mantendo as mesmas características de estabilidade e precisão. É mostrado que o algoritmo diagonal é também aplicável ao algoritmo para todo regime de velocidade na resolução de escoamentos. Experimentos numéricos mostram uma redução de mais de 50% do tempo de convergência tanto para escoamentos internos como externos. Por fim, são introduzidos termos viscosos no lado direito do algoritmo. Deste modo, a captura de fenômenos que não podem ser descritos apenas pelas equações de Euler torna-se possível. A adição de termos de viscosidade é feita apenas no lado direito, uma vez que se está interessado apenas na solução de problemas de estado estacionário.