Neste trabalho estuda-se analiticamente um modelo de turbulência com condições de fronteira 2¼-periódicas. Para isso, considera-se uma família de modelos de Simulação em Grandes Escalas (LES) que é baseada na deconvolução aproximada de Van Cittert, onde especifica-se o filtro diferencial e suas propriedades. Para conhecer melhor os modelos de fecho, especifica-se os requisitos para um modelo de fecho ser satisfatório. Define-se uma norma e mostra-se que esta é equivalente à norma L2, sendo usada no estudo da estabilidade (solução satisfazendo uma desigualdade de energia) e da existência de soluções fracas do modelo. Para mostrar a existência de soluções, além de usar a norma definida neste trabalho, usa-se o método de Faedo-Galerkin e a propriedade antissimétrica pertinente ao termo não linear do modelo. / In this work we study analytically a model of turbulence with 2¼- periodic boundary conditions. To that end, we consider a family of Large Eddy Simulation (LES) models based on the van Cittert approximate deconvolution procedure, and we also specify a differential filter and its properties. To learn more about the closure models, we specify the requirements of a satisfactory closure model. We define a norm which is shown to be equivalent to the L2-norm and is used to study stability (solutions satisfy an energy inequality) and existence of weak solutions of the model. To show the existence of solutions, we use the Faedo-Galerkin method and the model’s nonlinear term skew-symmetry property.

Consideramos o problema de Stokes em regiões com cilindros semi-infinitos conectados por um domínio limitado qualquer. Além das condições iniciais e de contorno, é imposto uma condição sobre o comportamento da pressão quando |x| → +∞. Apresentamos um problema proposto por D. Koch envolvendo tais situações e formulamos o problema em regiões mais gerais. Técnicas usadas na resolução do conhecido problema de Leray permitem a demonstração da existência de soluções para o problema variacional. / We consider the Stokes’ problem in regions with cylindrical outlets to infinity connected by an arbitrary bounded domain. We impose an additional condition about the pressure behavior as |x| → +∞, in addition to the usual initial and boundary conditions over the velocity field. We present a problem proposed by D. Koch concerning such regions and conditions, and we formulate it in terms of more general ones. The techniques used in the well-known Leray’s problem allow the demonstration of the existence of solutions to the variational problem.

Neste trabalho, discutimos o movimento de uma macromolécula carregada em um fluido ionizado. A interação do campo elétrico é descrita pela equação de Poisson-Boltzmann acoplada às equações governantes para a dinâmica do fluido e às equações dinâmicas da partícula. Uma formulação fraca é introduzida no caso em que o domínio ocupado pelo fluido é finito e um teorema de existência de soluções fracas, local em tempo, é estabelecido. Dois modelos são considerados: fluxos não-estacionários e estacionários. No primeiro caso, a hidrodinâmica do sistema é governada pelas equações de Navier-Stokes, considerando-se um termo forçante relacionado ao potencial elétrico; no segundo caso, uma velocidade de deslizamento, a qual depende não linearmente sobre os potenciais, é introduzida como uma condição de contorno para um problema estacionário de Stokes. O caso de um fluido ocupando uma região infinita é também discutido supondo-se uma hipótese de aproximação sobre o campo elétrico.

Neste trabalho, consideramos um problema de valor inicial e de fronteira, semelhante ao sistema de equações de Navier-Stokes, que descreve o movimento de um meio granular com densidade constante. Utilizando o método de Galerkin: provamos a existência de soluções fracas em espaços de Sobolev. / In this work, we consider an initial-boundary value problem similar to the Navier-Stokes system of equations describing the motion of a granulated medium with constant density. We prove, using Galerkin method, the existence of weak solutions in Sobolev spaces.

Nessa dissertação apresenta-se o desenvolvimento de um modelo espectral para o decaimento da turbulência na Camada Limite Convectiva (CLC). A equação dinâmica para o espectro de energia é obtida a partir das equações de Navier-Stokes [Rinze, 1975J, na qual o termo de produção de energia por efeito mecânico foi desprezado. Durante o período de transição dia-noite foi considerado que o fluxo de calor da superfície é interrompido instântaneamente, o que permite desconsiderar o termo de produção ou perda de energia por efeito térmico. Para parametrizar o termo de transferência de energia cinética, para um fluxo turbulento e isotrópico, foi utilizado o modelo de Heisenberg, que descreve o decaimento da turbulência como um processo em que os turbilhões de um certo tamanho transferem energia por efeito de uma viscosidade cinemática turbulenta, aos turbilhões menores através de interações em cascata. Para resolver a equação diferencial não linear, que descreve o decaimento da turbulência na Camada Limite Convectiva (CLC), fixa-se o parâmetro "z" e considera-se que o espectro de energia pode ser dividido como um produto de duas funções. Neste trabalho, foi utilizado o modelo de Kristensen [1989] para obter o espectro inicial tridimensional.Foi calculada a componente vertical do coeficiente difusão, considerando o espectro vertical, que foi obtido usando-se uma função peso, a qual informa a contribuição de cada componente na formação do espectro tridimensional. Finalmente, os resultados obtidos no trabalho foram confrontados com os dados de LES - Large Eddy Simulation [Nieuwstadt e Brost, 1986] existentes na literatura. / This work presents the development of a spectral model for the decay of turbulence in the Convective Boundary Layer (CBL). The dynamic equation for the energy spectrum is obtained from the Navier-Stokes equations [Hinze, 1975J, in which the term of energy production by mechanical effect was disregarded. During the period of transition from day to night it was considered that the flow of heat from the surface is instantaneously interrupted, which aIlowed the dismissal of the term of production or loss of energy instantaneously. For the purpose of parameters for the kinetic energy term of transference in a turbulent isotropic flow, the Heisenberg model was used, which describes the decay of turbulence as a process in which certain sized eddy transfer energy to smaIler eddy by means of turbulent kinetic viscosity through cascading interactions. For the purpose of solving the non-linear differential equation describing the decay of turbulence in the Convective Boundary Layer (CBL), we established the "z" parameter and considered that the energy spectrum can be divided as a product of two functions. This paper uses the Kristensen model [1989] for obtaining the initial tridimensional spectrum. The vertical component of the diffusion coefficient was calculated considering the vertical spectrum, which in turn was obtained by means of a weight function, which informs the contribution of each component in the whole of the tridimensional spectrum.FinaIly, the results obtained were confronted with the LES - Large Eddy Simulation [Nieuwstadt e Brost, 1986] existing in literature, for validation.

Este trabalho consiste de duas partes. Na primeira, estendemos o resultado de Braz e Silva e Zingano [2], [3] sobre soluções u(•; t) ε C°([0; T[;Lp(Rn)) de equações de advecção-difusão em meios heterogêneos para classes mais gerais de equações parabólicas, aplicando os resultados nas equações de Navier-Stokes incompressíveis no plano formuladas em termos da vorticidade do escoamento. Em particular, estabelecemos estimativas mostrando o decaimento em certas normas do campo de velocidade u(•; t) em caso de escoamentos de energia infinita. Na segunda parte, consideramos as equações de Navier-Stokes em dimensão n = 2; 3 examinando soluções u(•; t) de energia finita. Inicialmente, obtemos uma nova derivação, mais simples, do resultado obtido originalmente por Kato [20] estabelecendo o decaimento assintótico (t → ∞) de ||u(•; t)||L²(Rn), para estados iniciais u0 ε H¹(Rn) (com divergente nulo) arbitrários. Na linha deste argumento obtemos uma formula»c~ao mais forte dos resultados fundamentais de Wiegner [36] relacionando u(•; t) com soluções evΔtu0 da equação do calor, adaptando o método recentemente introduzido em [22], [23] para a derivação destes resultados. O método de [22], [23] também é utilizado para estabelecermos (dimensão n=3) que, ocorrendo "blow- up"de u(•; t) em tempo finito t*, necessariamente t* < 0:159||u0||4Lp(Rn)º-5, sendo ν a viscosidade dinãmica do escoamento. / In the first part of the this work, we extend results by Braz e Silva e Zingano [2], [3] concerning Lp solutions u(•; t) ε C°([0; T[;Lp(Rn)) of advection-dicusion equations in heterogeneous media to broader classes of quasilinear parabolic equations, applying the results to incompressible Navier-Stokes flows in the plane by way of the vorticity formulation. In particular, we obtain some decay rates (as t → ∞) for certain norms of the velocity field u(•; t) in case of flow with infinity energy. In the second part, we consider the Navier-Stokes equations in dimension n = 2; 3 and examine solutions u(•; t) with finite energy. First, we give a new (and simpler) derivation of the time asymptotic result originally obtained by Kato [20] and Masuda [28] showing the decay of the L2 norm of divergence-free, finite- energy solutions. Following these footsteps, we give a stronger formulation of the fundamental results obtained by Wiegner [36] relating the velocity field u(•; t) to solutions evΔtu0 of the heat equation, adapting the approach introduced in [22], [23] for the derivation of Wiergner's results. The analysis in [22], [23] is also used to obtain an interesting bound for the blow-up time t* in 3-D flows, in case solutions cease to be smooth: one must have t* < 0:159||u0||4Lp(Rn)º-5, where v is the dynamic viscosity.

Submitted by Danielle Karla Martins Silva (danielle.martins@ufpe.br) on 2015-03-12T15:43:18Z No. of bitstreams: 2 license_rdf: 1232 bytes, checksum: 66e71c371cc565284e70f40736c94386 (MD5) DISSERTAÇÃO Lorena Brizza Freitas.pdf: 374549 bytes, checksum: 4a390ea5b39cb8d40ab4774276f3040e (MD5) / Made available in DSpace on 2015-03-12T15:43:18Z (GMT). No. of bitstreams: 2 license_rdf: 1232 bytes, checksum: 66e71c371cc565284e70f40736c94386 (MD5) DISSERTAÇÃO Lorena Brizza Freitas.pdf: 374549 bytes, checksum: 4a390ea5b39cb8d40ab4774276f3040e (MD5) Previous issue date: 2014 / CNPQ / Neste trabalho, analisaremos o decaimento das soluções u de dois problemas do Cauchy. O primeiro, para leis de conservação parabólicas e o segundo para equações de Navier-Stokes. Tal análise será feita para normas L2 e L¥ de u e de suas derivadas utilizando a Transformada de Fourier e a solução da equação do calor.

Made available in DSpace on 2014-06-12T18:31:29Z (GMT). No. of bitstreams: 2 arquivo844_1.pdf: 729153 bytes, checksum: c936434b7eead334df3edb325df26fce (MD5) license.txt: 1748 bytes, checksum: 8a4605be74aa9ea9d79846c1fba20a33 (MD5) Previous issue date: 2011 / Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico / Nesta dissertação, são obtidas estimativas de erro para as aproximações de Galerkin da solução do problema de valor de fronteira de Navier-Stokes, as quais regem o escoamento de fluidos homogêneos, incompressíveis e viscosos. Provaremos que tais estimativas para as expansões das autofunções decrescem em proporção inversa aos autovalores do correspondente problema de valor de fronteira de Stokes

Neste trabalho estudamos a existência de soluções de equações do tipo Navier-Stokes com retardo na força externa e no termo n~ao linear. Usando a teoria de semigrupos estudamos a existência de soluções para um problema da forma \'d. SUP. dt u(t) - v\'delta\'u(t) + (F(t, \'u IND.t\'). abla)u(t) + abla p = g(t, \'u IND.t\'), em \'OMEGA\' x (0, T), div u(t) = 0 em \'OMEGA\' x (0, T), u(0, x) = \'u POT.0 (x) x PERTENCE a \' OMEGA\', u(t, x) = 0 t > 0, X \'PERTENCE A\' \' PARTIAL\' \'OMEGA\', u(t, x) =\\phi (t, x) t \'PERTENCE A\' (- \'INFINITO\', 0) x \'PERTENCE A\' \'OMEGA\', onde F9t, \'uIND.t) = INT.IND.t SUP. -\' INFINITO\' \' ALFA1(s-t)u(s)ds + u(t-r), g(t, \'u IND.t\') = INT. SUP. t IND. - INFINITO \'BETA\' (s-t)u(s)ds. Similarmente, usando a tecnica de aproximac~oes de Galerkin, estudamos o problema anterior com F(.) e g(.) dadas por f(t; \'u INDS.t\') = u(t-r(t)); e g(t; \'u IND.t\') = G(u(t-\'rô\' (t))), para alguma função G apropriada. Neste caso, também estudamos a estabilidade de soluções estacionarias / In this work we stuy the existence of solutions for a Navier-Stokes typt equations with delay in the external force and in the nonlinear term. Using the semi-group theory we study the existence of solution for a problem in the form \'d. SUP. dt u(t) - v\'delta\'u(t) + (F(t, \'u IND.t\'). abla)u(t) + abla p = g(t, \'u IND.t\'), ijn \'OMEGA\' x (0, T), div u(t) = 0 in \'OMEGA\' x (0, T), u(0, x) = \'u POT.0 (x) x \'IT BELONGS \' OMEGA\', u(t, x) = 0 t > 0, X \'IT BELONGS\' \'PARTIAL\' \'OMEGA\', u(t, x) =\\phi (t, x) t \'IT BELONGS\' (- \'INFINITY\', 0) x \'IT BELONGS\' \'OMEGA\', where F(t, \'u .t) = INT.IND.t SUP. -\' INFINITY\' \' ALFA(s-t)u(s)ds + u(t-r), g(t, \'u IND.t\') = INT. SUP. t IND. - INFINITY \'BETA\' (s-t)u(s)ds. On another hand using the Galerkin appreoximations method we study the same with F(.) e g(.) given by f(t; \'u INDS.t\') = u(t-r(t)); and g(t; \'u IND.t\') = G(u(t-\'rô\' (t))), for some G appropriated. In thiis case, we study also the stability of stanionary solutions

Neste trabalho desenvolvemos um algoritmo para a geração de malhas quadtree com o objetivo de utilizá-las na simulação de escoamento de fluidos, onde muitas vezes faz-se necessário o uso de malhas finas. A idéia central da geração das malhas quadtree está baseada na estrutura de árvore quaternária em que cada nodo possui quatro filhos. Assim uma estrutura de árvore está associada a uma malha que pode ter espaçamento uniforme ou refinamento em regiões específicas. Para evitar problemas de discretização, uma malha quadtree deve satisfazer um critério chamado de balanceamento e este é tratado de forma detalhada no desenvolvimento do trabalho. Podemos destacar também outro ponto importantíssimo na implementação de malhas quadtree, que é a busca de vizinhos dos nodos. Além disso apresentamos a discretização dos operadores em diferenças finitas, que é feita a partir do conhecimento dos vizinhos dos quadrantes da malha e de técnicas de interpolação. A ordem do método é verificada a partir de testes com a equação do calor, tanto para malhas uniformes quanto para malhas com níveis de refinamento diferenciados e concluímos, assim, que o método desenvolvido e apresentado é satisfatório. / In this work we developed an algorithm to generate meshes quadtree in order to use them to simulate uid ow, which often makes it necessary to use ne meshes. The central idea of the generation of quadtree meshes is based on the quaternary structure of the tree, where each node has four children, and thus a tree structure is associated with a mesh that can be evenly or locally re ned. To avoid problems of discretization, a quadtree mesh must satisfy a criterion called the balancing and this is addressed in detail in the development of this work. We also highlight another important point in the implementation of quadtree meshes, which is the search for neighboring nodes. Additionally, we present the nite di erences discretization of operators, which uses the knowledge of the mesh quadrant neighboors and interpolation techniques. The order of the method is checked by tests with the heat equation for both uniform meshes and for meshes with di erent levels of re nement and we conclude that method here presented is satisfactory.