Submitted by ANA KARLA PEREIRA RODRIGUES (anakarla_@hotmail.com) on 2017-08-17T15:40:30Z No. of bitstreams: 1 arquivototal.pdf: 1244185 bytes, checksum: d60955ede563305b1f641dd53d7154a7 (MD5) / Made available in DSpace on 2017-08-17T15:40:30Z (GMT). No. of bitstreams: 1 arquivototal.pdf: 1244185 bytes, checksum: d60955ede563305b1f641dd53d7154a7 (MD5) Previous issue date: 2017-03-30 / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior - CAPES / In thisworkwestudytheasymptoticbehaviorofthesolutionsofpartialdi erential equations slowlynon-dissipative,wewillgiveabriefhistoricaloverviewonthetheme, wewillpresentanintroductiontothetheoryofsemigroupsofboundedlinearoperators in Banachspaces,fractionalpowersofsectoroperatorsandresultsontheexistenceand uniqueness ofsolutionsofabstractCauchysemilinearproblemsoftheparabolictype. / Neste trabalhoestudamosocomportamentoassint oticodassolu c~oesdeequa c~oes diferenciais parciaislentamenten~aodissipativas,daremosumbreveapanhadohist orico sobre otema,apresentaremosumaintrodu c~ao ateoriadesemigruposdeoperadores lineares limitadosemespa cosdeBanach,pot^enciasfracion ariasdeoperadoressetoriais e resultadossobreexist^enciaeunicidadedesolu c~oesdeproblemasabstratosdeCauchy semilineares dotipoparab olico.

Les tourbillons sont des structures importantes pour une large gamme d'écoulements de fluides, notamment les sillages, l'interaction fluide-structure, les décollements de couche limite et la turbulence. Cependant, les méthodes numériques classiques n'arrivent généralement pas à donner une représentation précise des tourbillons. Ceci est principalement lié à la dissipation numérique des schémas qui, si elle n'est pas spécifiquement calibrée pour le calcul des écoulements tourbillonnaires, conduit à une diffusion artificielle très rapide des tourbillons dans les calculs. Parmi d'autres approches, la méthode "Vorticity Confinement" (VC) de J. Steinhoff permet de compenser la dissipation des schémas au sein des tourbillons en introduisant une anti-dissipation non-linéaire, mais elle n’est précise qu’au premier ordre. D’autre part, des progrès significatifs ont récemment été accomplis dans le développement de méthodes numériques d’ordre élevé. Celles-ci permettent de réduire ce problème de dissipation excessive, mais la diffusion des tourbillons reste importante pour de nombreuses applications. La présente étude vise à développer des extensions d’ordre élevé de la méthode VC pour réduire cette dissipation excessive des tourbillons, tout en préservant la précision d'ordre élevé des schémas. Tout d'abord, les schémas de confinement sont analysés dans le cas de l'équation de transport linéaire, à partir de discrétisations couplées et découplées en espace et en temps. Une analyse spectrale de ces schémas est effectuée analytiquement et numériquement en raison de leur caractère non linéaire. Elle montre des propriétés dispersives et dissipatives améliorées par rapport aux schémas linéaires de base à tous les ordres de précision. Dans un second temps, des schémas VC précis au troisième et cinquième ordre sont développés pour les équations de Navier-Stokes compressibles. Les termes correctifs restent conservatifs, invariants par rotation et indépendants du schéma de base, comme la formulation originale VC2. Les tests numériques valident l'ordre de précision et la capacité des extensions VC d’ordre élevé à réduire la dissipation dans les tourbillons. Enfin, les schémas avec VC sont appliqués au calcul des écoulements turbulents, dans une approche de simulation de grandes échelles implicite (ILES). Les schémas numériques avec VC présentent une résolvabilité améliorée par rapport à leur version linéaire de base, et montrent leur capacité à décrire de façon cohérente ces écoulements tourbillonnaires complexes. / Vortices are flow structures of primary interest in a wide range of fluid dynamics applications including wakes, fluid-structure interaction, flow separation and turbulence. Albeit their importance, standard Computational Fluid Dynamics (CFD) methods very often fail to provide an accurate representation of vortices. This is primarily related to the schemes’ numerical dissipation which, if inadequately tuned for the calculation of vortical flows, results in the artificial spreading and diffusion of vortices in numerical simulations. Among other approaches, the Vorticity Confinement (VC) method of J. Steinhoff allows balancing the baseline dissipation within vortices by introducing non-linear anti-dissipation in the discretization of the flow equations, but remains at most first-order accurate. At the same time, remarkable progress has recently been made on the development of high-order numerical methods. These allow reducing the problem of excess dissipation, but the diffusion of vortices remains important for many applications. The present study aims at developing high-order extensions of the VC method to reduce the excess dissipation of vortices, while preserving the accuracy of high-order methods. First, the schemes are analyzed in the case of the linear transport equation, based on time-space coupled and uncoupled formulations. A spectral analysis of nonlinear schemes with VC is performed analytically and numerically, due to their nonlinear character. These schemes exhibit improved dispersive and dissipative properties compared to their linear counterparts at all orders of accuracy. In a second step, third- and fifth-order accurate VC schemes are developed for the compressible Navier-Stokes equations. These remain conservative, rotationally invariant and independent of the baseline scheme, as the original VC2 formulation. Numerical tests validate the increased order of accuracy and the capability of high-order VC extensions to balance dissipation within vortices. Finally, schemes with VC are applied to the calculation of turbulent flows, in an implicit Large Eddy Simulation (ILES) approach. In these applications, numerical schemes with VC exhibit improved resolvability compared to their baseline linear version, while they are capable of producing consistent results even in complex vortical flows.

Orientador: Amir Ordacgi Caldeira / Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Instituto de Fisica Gleb Wataghin / Made available in DSpace on 2018-08-06T02:34:45Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Brito_FredericoBorgesde_D.pdf: 5789237 bytes, checksum: 6648aaced89bad6ff2fc57794c0ae747 (MD5) Previous issue date: 2006 / Resumo: Esta tese teve como objetivo estudar processos de perda de coerência quântica, chamados de descoerência, em sistemas de matéria condensada eleitos pela literatura como possíveis implementações do bit quântico (qubit). Esta perda de coerência quântica ocorre devido ao inevitável acoplamento do sistema de interesse com o seu ambiente. Como os estados de superposição quântica são a chave para a realização de operações baseadas na lógica quântica, tem-se que tais processos limitam ou até mesmo impedem o uso de determinados sistemas na esperada realização física do computador quântico. Os sistemas de matéria condensada padecem de uma dificuldade maior para se isolar o qubit do seu ambiente, o que acarreta, em geral, na observação de tempos de coerência piores do que os encontrados em seus concorrentes. Por outro lado, a possibilidade de construção de vários qubits acoplados e de manipulação de cada um de modo individual, usando-se técnicas convencionais de engenharia, têm impulsionado esforços nestes tipos de dispositivos. Os sistemas abordados na tese foram: qubits supercondutores contendo junções Josephson; e qubits de pontos quânticos. Para a investigação completa do primeiro tipo tivemos que desenvolver o modelo Caldeira-Leggett para o caso de várias fontes de dissipação acopladas ao qubit. Com a prescrição apresentada aqui, pudemos determinar o número de banhos de osciladores necessários para a correta descrição das fontes, e verificar que as taxas totais de relaxação e de descoerência não são necessariamente as somas das taxas devido a cada fonte individualmente. Além disso, pudemos aplicar o formalismo desenvolvido no estudo de um qubit de uxo em investigação. Para o sistema de pontos quânticos seguimos a linha de determinação do banho efetivo visto pelo grau de liberdade de spin do elétron aprisionado no ponto quântico. Determinada a função espectral efetiva, pudemos encontrar soluções analíticas para a dinâmica do valor esperado para cada uma das componentes de spin s x,y,z. o que permitiu uma análise completa dos efeitos de cada parâmetro físico do sistema. Em ambos os casos, fomos capazes de indicar os melhores regimes de operação de cada qubit, e dar estimativas dos tempos de relaxação e de descoerência / Abstract: The purpose of this thesis was to study the process of loss of quantum coherence, named decoherence, in condensed matter systems cited in the literature as possible candidates for the implementation of a quantum bit (qubit). Decoherence occurs due to the inevitable coupling of the system of interest to its environment. Once the quantum superposition states are the key to perform operations based on quantum logic, these processes limit, or even hinder, the utilization of some of those systems in the physical realization of the quantum computer. Relatively to its competitors, condensed matter systems usually present a higher degree of difficulty as one tries to minimize the coupling between the qubit and its environment, which, generally, worsens its coherence time observations. On the other hand, these devices present advantages which stimulates its study, such as: the possibility of construction of several coupled qubits and the possibility of manipulating each one individually, using conventional engineering techniques. The systems studied in this thesis were: superconducting qubits with Josephson junctions; and electronic spins quantum dots. Aiming at a complete investigation of the first system, we developed the Caldeira-Leggett model for the case of several dissipation sources coupled to the qubit. With the prescription presented here, we determine the number of oscillator baths needed to the correct description of the noise sources, and verify that the total relaxation and decoherence rates are not necessarily the sum of the individual rates relative to each source. Moreover, we applied this formalism to the study of a ux qubit currently under investigation. For the quantum dot qubits, we employed the effective bath approach to treat the dynamics of the spin of the electron localized in the quantum dot. As a result, we found analytical solutions for the dynamics of the average value of each one of the spin components s x,y,z . In both cases, we indicated the best operational regime of each qubit and gave estimates of the relaxation and decoherence times / Doutorado / Física da Matéria Condensada / Doutor em Ciências

Lined silencers of various configurations are used to attenuate the noise from building HVAC equipment, gas turbines, and other machinery. First-mode analytical solutions are presented for sound attenuation along rectangular lined ducts, parallel-baffle silencers, and circular lined ducts. The sound absorptive lining is treated using a bulk property model. The analytical solutions entail solving a nonlinear characteristic equation in the transverse direction after the rigid-wall boundary condition is applied. The solution is compared to the boundary element solution and a local impedance analytical solution for several test cases.

Au cours des vingt dernières années, le formalisme en mécanique statistique permettant de décrire des états loin de l’équilibre s’est beaucoup développé. Cependant, les réalisations expérimentales permettant de tester les résultats, et leur robustesse lorsque le système s’éloigne des hypothèses dans le cadre desquelles ils sont établis, sont peu nombreuses et récentes. Partant de ce constat, nous proposons de considérer des systèmes macroscopiques qui permettent un bon contrôle des paramètres expérimentaux. Nous rapportons principalement l’étude de deux systèmes dissipatifs maintenus dans un état stationnaire.D’une part, nous étudions la dynamique d’une bille seule rebondissant à la verticale d’une surface vibrée. Nous considérons tout particulièrement les propriétés des échanges d’énergie entre la particule (la bille) et le thermostat (la surface vibrée) : propriétés statistiques, écart à la situation d’équilibre, réversibilité. D’autre part, nous considérons les propriétés d’un gaz granulaire maintenu dans un état stationnaire sondées au moyen des fluctuations de la position angulaire d’une pale plongée dans le système. Nous avons vérifions ainsi que certaines prédictions théoriques destinées à la description de systèmes non dissipatifs restent encore valables dans ce système dissipatif : théorème de fluctuations, théorème de fluctuation-dissipation, etc.L’utilisation de deux dispositifs expérimentaux couplés, nous permet, de plus, de discuter des échanges d’énergie entre des systèmes maintenus dans des conditions expérimentales différentes, température ou densité, en particulier dans la limite des gaz très raréfiés. / Over the last two decades, formalism in statistical mechanics describing states far from equilibrium has been significantly developed. However, there are few experimental achievements to test exact results and robustness when the system is far from the assumptions under which they are established. On this basis, we propose to consider macroscopic systems that allow good control of experimental parameters. We report here the study of two dissipative systems maintained in a steady state.On the one hand, we study the dynamics of a single bead bouncing vertically upon avibrated surface. We consider the properties of energy exchanges between the particle (bead) and the thermostat (the vibrated surface) : statistical properties, deviation from equilibrium, reversibility. On the other hand, we consider the properties of a granular gas maintained in a steady state, studying the fluctuations in the angular velocity of a blade immersed in the gas. We test some theoretical expectations for non dissipative systems and show that they are compatible with our measurements : fluctuation theorem, fluctuation-dissipation theorem. Using two coupled experimental devices, we discuss energy exchanges between systems maintained under different states, temperature or density, especially in the limit of very low density gases.

Les cellules vivantes ont constamment recours à l’auto-assemblage dissipatif afin de s’adapter et d’effectuer différentes fonctions (translation, transport de masse, etc.). Encore loin d’un tel niveau de complexité, nous avons néanmoins l’ambition d’en étudier en détail les aspects thermodynamiques comme cinétiques afin de mieux comprendre les comportements supramoléculaire résultants. Jusqu’à présent, seul des systèmes dissipatifs transitoires ont pu être mis en évidence. Le design de nouvelles méthodes et de techniques capables de « pousser » des assemblages supramoléculaires hors-équilibre est crucial. Cette thèse énumère et explique en détail les différentes stratégies que nous avons mises en place afin de contrôler et de mieux comprendre les auto-assemblages dissipatifs. Nous avons notamment montré l’importance de « carburants chimiques » ou encore de gradients thermiques dans le maintien d’un système supramoléculaire dans un état hors-équilibre dans l’espoir d’y observer l’émergence de comportements uniques et nouveaux tels que des oscillations ou encore l’apparition de vagues supramoléculaires. / Living cells use dissipative self-assembly polymerization to quickly adapt and perform different functions (translation, mass transport, etc.). We are far from mimicking such systems. Thermodynamic and kinetic insights are important in order to elucidate the self-assembly behaviour of the different supramolecular systems. So far, only transient dissipative systems have been demonstrated. The design of new methodologies and techniques to bring and keep the system out of equilibrium are needed. In this thesis, we have developed new strategies and methodologies to tune, control and understand dissipative self-assembly. Constant influx of energy by chemical fuels or thermal gradients allows to keep the system under non-equilibrium conditions. This allows us to observe emergent behaviour such as oscillations or waves.

Ce mémoire de thèse présente une approche semi-analytique des différentes solutions solitons spatio-temporelles de l'équation cubique quintique de Ginzburg-Landau complexe étendue à (3+1)D (GL3D).La méthode semi-analytique choisie est celle des coordonnées collectives qui permet d'approcher le champ exact, dont l'expression analytique est inconnue, par une fonction d'essai, qui comporte un nombre limité de paramètres physiques.En appliquant cette procédure à l'équation GL3D, nous obtenons un système d'équations variationnelles qui gouverne l'évolution des paramètres de la balle de lumière. Nous montrons que cette approche des coordonnées collectives est incomparablement plus rapide que la procédure de résolution directe de l'équation GL3D. cette rapidité permet d'obtenir, en un temps record, une cartographie générale des comportements dynamiques des balles de lumière. Cette cartographie révèle une riche variété d'états dynamiques faite de balles de lumière stationnaires, oscillantes et rotatives.Finalement, les résultats de cette thèse prédisent l'existence de plusieurs familles de balles de lumière, et précisent les domaines respectifs de leurs paramètres physiques. Cette prédiction constitue un pas en avant dans les efforts entrepris ces dernières années en vue d'une démonstration expérimentale de ce type d'impulsions. / This thesis presents a semi-analytical approach for the search of (3+1)D spatio-temporal soliton solutions of the complex cubic-quintic Ginzburg-Landau equation (GL3D).We use a semi-analytical method called collective coordinate approach, to obtain an approximate profile of the unknown pulse field. This ansatz function is chosen to be a function of a finite number of parameters describing the light pulse.By applying this collective corrdinate procedure to the GL3D equation, we obtain a system of variational equations which give the evolution of the light bullet parameters as a function of the propagation distance. We show that the collective coordinate approach is uncomparably faster than the direct numerical simulation of the propagation equation. This permits us to obtain, efficiently, a global mapping of the dynamical behavior of light bullets, which unveils a rich variety of dynamical states comprising stationary, pulsating and rotating light bullets.Finally the existence of several types of light bullets is predicted in specific domains of the equation parameters. Altogether, this theoretical and numerical work may be a useful tool next to the efforts undertaken these last years observing light bullets experimentally.

La première partie de cette thèse est consacrée à l'élaboration théorique de processus adiabatiques permettant le transfert de population entre un état initial et un état cible d'un système quantique. La stratégie du passage adiabatique parallèle pour laquelle les paramètres de couplage sont conçus de telle sorte que la différence des valeurs propres du système reste constante à chaque instant, permet de minimiser à zéro les transitions non-adiabatiques données par la formule DDP. Cette technique permet de combiner à la fois l'efficacité énergétique des méthodes impulsion-pi et la robustesse du passage adiabatique. La seconde partie de cette thèse concerne les effets de la dissipation sur le passage adiabatique. La formule de probabilité de transition d'un système à deux niveaux tenant compte des effets de la dissipation est établie. Cette formule permet de reformuler la solution générale d'un système dissipatif à deux niveaux dans la limite adiabatique qui est valable au-delà du régime de faible dissipation. / The first part of this thesis is devoted to the theoretical analysis of adiabatic processes allowing the transfer of population from an initial state to a target state of a quantum system. The strategy of parallel adiabatic passage, in which the coupling parameters are specifically designed to optimize the adiabatic passage corresponding to parallel eigenvalues at all times, allows one to combine the energetically efficiency of pi-pulse and related strategies with the robustness of standard adiabaticpassage. The second part of this thesis concerns the effects of the dissipation in adiabatic passage. The non-adiabatic transition probability formula of a two state system with dissipation is established. This formula allows on in particular to derive the general solution of a dissipative two-level system in the adiabatic limit which is valid beyond weak dissipation regimes.

Cette thèse a pour objet d’aborder l’information en tant que lien essentiel entre les sciences de la nature et les sciences humaines. Il y est principalement fait état de principes de la science physique, alliés à un ensemble d’approches scientifiques issues, notamment, des théories de la complexité, du chaos, de l’information, de l’auto-organisation, des émergences et des écosystèmes. Les lois de la thermodynamique jouent un rôle central dans ce contexte, où l’organisation et la néguentropie sont directement inscrites dans le champ de la production d’informations. Il y est en particulier fait référence à la Loi de maximisation d’entropie (ou, autrement dit, de dissipation d’énergie), dont l’incidence sur le fonctionnement et le comportement des structures dissipatives que sont les humains est soulignée via un large éventail d’exemples pris dans la vie courante, incidences fondées à la base sur le rôle omniprésent de l’information. L’approche systémique, à laquelle il est fait appel dans un certain nombre de considérations, conduit ici à souligner en profondeur les incidences interactives de l’environnement (l’écosystème) - et des principes de la sélection naturelle qui le déterminent - avec le comportement humain et les phénomènes d’information qui définissent celui-ci. Les applications de l’approche globale de cette thèse s’expriment dans une grande variété de domaines, dont également ceux de la survie, du bien-être, de la conversation et de la robotique. / This thesis aims at considering the information as essential link between the sciences of the nature and the human sciences. It is mainly refered to principles of the natural science, allied in a set of scientific stemming approaches, in particular, theories of the complexity, of chaos, of information, auto-organization, emergences and ecosystems. The laws of the thermodynamics play a central role in this context, where the organization and the negentropy make directly part of the field of information production. There is in particular refered to Law of maximization of entropy Production (or, in other words, of energy dissipation), among which the incidence on the functioning and the behavior of the human being as a dissipative structure is underlined via a wide range of examples taken in the common life, incidence basically established on the omnipresent role of the information. The systemics approach, to which it is brought up in a number of considerations, leads here to underline the interactive incidences of the environment (the ecosystem) - linked to the principles of the natural selection which determines its evolution - with the human behavior linked to the information phenomena which define it. The applications of the global approach of this thesis appear in a broad variety of domains, of which also those of the survival, the well-being, the conversation and robotics.

Les matériaux polymères sont aussi bien utilisés dans des applications de la vie courante que dans des domaines de haute technologie. Ces matériaux font intervenir des échelles spatiales et temporelles variées et étendues, rendant la modélisation de leurs propriétés inaccessible avec une seule méthode. Cette thèse propose le développement d’une stratégie multi-échelle, couplant ainsi plusieurs niveaux de représentation de la matière. Le but est d’accéder aux propriétés rhéologiques d’un polymère, faisant intervenir des temps de relaxation lents, tout en conservant les caractéristiques chimiques intrinsèques à sa microstructure de façon à pouvoir établir des relations structure-propriétés. Les potentiels d’interaction de l’échelle mésoscopique sont développés à partir des configurations atomistiques. Ils permettent ensuite une reproduction quantitative de plusieurs propriétés structurales du polymère, telles que la masse volumique ou la distance bout à bout. La transférabilité des potentiels mésoscopiques a été étudiée à travers la dépendance des propriétés thermomécaniques en température, en pression et en nature du polymère. À partir de ces potentiels, des simulations hors équilibre ont permis de déterminer des grandeurs caractéristiques comme la masse d’enchevêtrement ou le module élastique. L’approche multi-échelle est étendue à l’interaction polymère-silice, dans le but d’étudier l’impact des facteurs comme le degré de confinement ou la densité de greffage sur les propriétés dynamiques et structurales des chaînes au voisinage de la surface. / Polymer materials are widely used, both for everyday applications and in high-technology products. These materials involves a wide range of time and length scales, making the modelling of their properties challenging by using only one method. This thesis focuses on the development of a multiscale strategy, combining different levels of description of the matter. The aim is to reach the rheological properties of a polymer over a large time scale, while retaining the chemical structure inherent of its microstructure. The investigation of structure-property relationships will then be facilitated. The mesoscopic potentials are developped from atomistic configurations. A quantitative reproduction of several structural properties of the polymer such as density or end to end distance is obtained. Then, the transferability of the potentials has been studied through the dependence of temperature, pressure or polymer structure on thermomechanical properties. By using these potentials, nonequilibrium simulations have been carried out to calculate the entanglement mass and the plateau modulus. The multicale approach has been extended to model the polymer-silica interaction in order to study the impact of the degree of confinement or the grafting density on the dynamical and structural properties of polymer chains close to the surface.