Submitted by Almir Azevedo (barbio1313@gmail.com) on 2014-01-14T13:39:42Z No. of bitstreams: 1 dissertacao_mestrado_ien_2009_02.pdf: 632144 bytes, checksum: 79037c1270650f7937d6ef833cca313c (MD5) / Made available in DSpace on 2014-01-14T13:39:42Z (GMT). No. of bitstreams: 1 dissertacao_mestrado_ien_2009_02.pdf: 632144 bytes, checksum: 79037c1270650f7937d6ef833cca313c (MD5) Previous issue date: 2009 / Este trabalho apresenta os resultados de uma análise de estabilidade do fenômeno de circulação natural monofásica unidimensional em um circuito fechado, através de uma simulação computacional com o método de elementos finitos. Para isso utilizaremos as equações de Navier-Stokes em coordenadas cartesianas para os balanços de massa, momento e uma equação de energia. Esta formulação foi implementada em um código computacional, originalmente desenvolvido no Instituto de Engenharia Nuclear(IEN-CNEN) estando o mesmo disponível para futuras análises e projetos de usinas nucleares. / This work presents the results obtained from the analysis of stability of the phenomenon of the natural circulation for one-dimension single-phase flow in a closed loop, by a computer program with the method of finite element. The Navier-Stokes equations in cartesian geometry were used for the balance of mass, momentum and one equation for energy. The formulation has been implemented in a computer code developed at the Nuclear Engineering Institute(IEN-CNEN) and is now available either for futures analysis or design of nuclear systems.

Submitted by Almir Azevedo (barbio1313@gmail.com) on 2014-01-15T12:55:03Z No. of bitstreams: 1 dissertacao_mestrado_ien_2008_05.pdf: 625292 bytes, checksum: af61d21b3c0fe704f4591e7a91ff3189 (MD5) / Made available in DSpace on 2014-01-15T12:55:03Z (GMT). No. of bitstreams: 1 dissertacao_mestrado_ien_2008_05.pdf: 625292 bytes, checksum: af61d21b3c0fe704f4591e7a91ff3189 (MD5) Previous issue date: 2008 / O consumo energético mundial tem aumentado muito ao longo dos anos e incentivado pesquisas em novas tecnologias. Paralelamente a este crescimento, a energia nuclear tem se tornado uma alternativa para suprir a demanda energética em escala industrial. Visando o melhor entendimento e facilidade da análise das usinas nucleares, técnicas modernas de simulação computacional de problemas de mecânica de fluidos e de transferência de calor vem ganhando cada vez maior importância. Um grande número de problemas encontrados na engenharia de reatores nucleares pode ser tratado com a hipótese de simetria axial. Por esta razão, neste trabalho foi desenvolvida e testada uma formulação de elementos finitos para solução das equações de Navier-Stokes e de energia em simetria axial. A formulação foi implementada no programa NS_SOLVER_MPI_2D_A, originalmente desenvolvido no Laboratório de Computação Paralela do Instituto de Engenharia Nuclear (LCP/IEN), encontrando-se disponível para estudos de análise de segurança e de projeto de sistemas nucleares. / The world energy consumption has been increasing strongly in recent years. Nuclear energy has been regarded as a suitable option to supply this growing energy demand in industrial scale. In view of the need of improving the understanding and capacity of analysis of nuclear power plants, modern simulation techniques for flow and heat transfer problems are gaining greater importance. A large number of problems found in nuclear reactor engineering can be dealt assuming axial symmetry. Thus, in this work a stabilized finite element formulation for the solution of the Navier-Stokes and energy equations for axyssimmetric problems have been developed and tested. The formulation has been implemented in the NS_SOLVER_MPI_2D_A program developed at the Parallel Computation Laboratory of the Instituto de Engenharia Nuclear (LCP/IEN) and is now available either for safety analysis or design of nuclear systems.

Made available in DSpace on 2014-06-12T18:28:31Z (GMT). No. of bitstreams: 2 arquivo4372_1.pdf: 748754 bytes, checksum: c05f5b79ac8b05ea5d173829ba28519b (MD5) license.txt: 1748 bytes, checksum: 8a4605be74aa9ea9d79846c1fba20a33 (MD5) Previous issue date: 2008 / Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico / Nesta dissertação estudaremos as equações de Navier-Stokes em Rm, assumindo que o fluido é incompressível e homogêneo. Analisaremos o problema de Cauchy associado em espaços de Marcinkiewicz com índices escolhidos de forma a permitir a existência de soluções auto-similares. Estudaremos também o comportamento assintótico das soluções, mostrando que as soluções auto-similares atraem as soluções que são iniciadas em pequenas perturbações de funções homogêneas. Além disso, abordaremos o problema de Cauchy nos espaços de Lebesgue L p, e assumindo mais regularidade na condição inicial, demonstraremos algumas estimativas de decaimento para as soluções. O conteúdo desta dissertação encontra-se nas seguintes referências [2, 3, 6, 11, 13, 17]

Um problema relevante na modelagem de escoamentos com movimento de corpo rígido consiste na consideração de forças externas bem como forças que o fluido exerce sobre o próprio corpo rígido. Um outro problema importante refere-se à descrição da trajetória dos corpos rígidos. Essas duas questões são o objeto de estudo deste trabalho. No sentido de solucioná-las, foram implementadas duas extensões ao modelador de movimentos do sistema Freeflow-3D. A primeira incorpora um tipo de movimento definido por forças externas e a segunda um tipo de movimento definido por interpolação linear por partes. / A relevant problem in the modeling of the flow of fluids with rigid body movements consists in the consideration of externai forces, as well as forces that the fluids apply in the rigid body. Another important problem in this domain refers to the description of the path of the rigid bodies. Studying these two issues was the goal of this work. Towards solving these problems, two extensions were implemented in the movement modeler of the Freeflow-3D system. The first one, adds to the modeler a new type of movement, defined by externai forces. The second, adds another type of movement defined by piecewise linear interpolation.

Submitted by Edisangela Bastos (edisangela@ufpa.br) on 2018-04-12T18:50:10Z No. of bitstreams: 2 license_rdf: 0 bytes, checksum: d41d8cd98f00b204e9800998ecf8427e (MD5) Tese_AnaliseModeloMatematico.pdf: 3802693 bytes, checksum: 35fe4e7bdde1e9a2916a55196f6567c5 (MD5) / Approved for entry into archive by Edisangela Bastos (edisangela@ufpa.br) on 2018-05-04T14:14:07Z (GMT) No. of bitstreams: 2 license_rdf: 0 bytes, checksum: d41d8cd98f00b204e9800998ecf8427e (MD5) Tese_AnaliseModeloMatematico.pdf: 3802693 bytes, checksum: 35fe4e7bdde1e9a2916a55196f6567c5 (MD5) / Made available in DSpace on 2018-05-04T14:14:07Z (GMT). No. of bitstreams: 2 license_rdf: 0 bytes, checksum: d41d8cd98f00b204e9800998ecf8427e (MD5) Tese_AnaliseModeloMatematico.pdf: 3802693 bytes, checksum: 35fe4e7bdde1e9a2916a55196f6567c5 (MD5) Previous issue date: 2000-02-28 / Neste trabalho apresentaremos resultados de existência e regularidade das soluções de alguns modelos matemáticos relativamente simples (primeiras aproximações) de condução-convecção do tipo campo de fases que tratam problemas de solidificação de materiais puros ou impuros (ligas). A característica fundamental dos modelos tratados neste trabalho é que o indicador das fases, a fração sólida, dependerá apenas do campo de fases. Para o caso de ligas binárias obtivemos a existência de soluções apenas quando a concentração inicial do soluto é suficientemente pequena (isto é, para materiais dopantes). Estes modelos são governados pela equação do campo de fases, pela equação do calor e/ou a equação da concentração, acopladas com as equações de Navier-Stokes modificadas por um termo fonte que simula a zona mushy (interface líquido/sóli.so) como um meio poroso. Para tratarmos tal sistema, procedemos da seguinte forma: primeiramente o sistema é adequadamente regularizado e uma sequência de soluções aproximadas é obtida aplicando-se o Teorema de ponto fixo de Leray-Schauder. Depois, por um processo de passagem ao limite nas equações regularizadas, obtemos uma solução usando argumentos de compacidade. A seguir, por argumentos de bootstraping, prova-se que a solução é de fato mais regular do que inicialmente considerada. / In this work we present results on existence and regularity of solutions of some conduction-convection models of phase-field type for solidification of either pure or impure (alloy) materiaIs. The essential characteristic of this models is that the solid fraction has a functional relation only with the phase field. For binary alloy solidification we are able to prove the existence of solutions only when the initial solute concentration is sufficiently small (that is, for dopant materiaIs.). The governing equations of the model are the phase field equation, the heat equation and/or solute equation coupled with a modified Navier-Stokes equations whose source term simulates the mushy region as a porous medium. Existence and regularity of the corresponding solutions are obtained as follows: firstly, the problem is adequately regularized and a sequence of regularized solutions is obtained using the Leray-Schauder's fixed point theorem. Then, by using compactness arguments, one proves that this sequence has a limit point which is a solution of the original problem. The corresponding regularity is obtained using bootstraping arguments.

Neste trabalho abordam-se alguns aspectos numéricos relacionados ao movimento de uma partícula carregada em um fluido ionizado, constituindo assim o fenômeno de eletroforese. A equação de Navier-Stokes governa a hidrodinâmica do sistema, sendo atribuída a esta um termo forçante relacionado a equação de Poisson-Boltzmann que descreve a interação com o campo elétrico. A simulação foi realizada utilizando a linguagem Fortran 90 e as discretizações foram feitas pelo método de diferenças finitas junto as equações governantes. Para descrever a posição da partícula foi usada a técnica de fronteira virtual, onde são criados pontos lagrangeanos sobre,o contorno da partícula formando uma espécie de segunda malha. Foram feitos testes com objetivo de validar as equações governantes e identificar a influencia das condições de contorno direção da partícula. / In this work we study some of the numerical aspects related to the motion of a charged particle in an ionized fluid, known as the phenomenon of electrophoresis. The Navier-Stokes equations models the ,hydrodynamics of the system, with the addition of a forcing term, related to the Poisson-Boltzmann equation, which describes the interaction of the electric field. The simulation was performed using Fortran 90 and discretizations were made by the method of finite differences applied to the governing equations. To describe the position of the particle the technique of virtual boundary is used, where Lagrangean points are created around the circumference of the particle forming a sort of second mesh. Tests were made with the objective of validating the governing equations and to identify the influence of boundary conditions in the direction of the particle.

Fluid motion has always been of great importance for humanity since much of our progress has been related to our understanding of fluid dynamics and to our control over the fluids surrounding us. In particular, the experimental techniques and the methods for numerical simulation developed during the last century allowed for great progresses both in creating new technologies and in improving old ones. Despite the great importance of experimental techniques, measuring all properties of a fluid throughout the whole domain, without intefering with the flow to be studied, is impossible. Also, building models even in scale is usually expansive. Both of these reasons have driven the development of numerical methods to the point they became an invaluable tool for fluid dynamic studies and the main tool for developing engineering solutions. If numerical methods are to be of any use, though, they have to correctly describe the problem geometry as well as capture the rich dynamics in a variety of flow situations, such as turbulence, boundary-layers and shock-waves. This thesis addresses two of these problems. In particular, I show modified versions of two immersed-interface methods to describe the geometry, simplifying their implementations with no impact to their applicability. I also introduce two methods for handling shock-waves: first aiming to minimize computational costs, then improving shock-wave resolution without increasing the number of grid points. / O movimento dos fluidos sempre foi de grande importância para a humanidade, dado que muito de nosso progresso esteve intimamente relacionado a um entendimento mais profundo de fluidodinâmica e de como controlar os flúidos ao nosso redor. Em particular, os métodos experimentais e de simulação computacional, desenvolvidos no último século, nos permitiram grandes avanços na criação de novas tecnologias e na otimização das já existentes. Apesar de sua grande importância, as dificuldades de se mensurar todas as propriedades de um flúido em todo o espaço, sem interferir com o comportamento do fluxo, além dos custos de se elaborar experimentos em tamanho real ou em escala, fez com que cada vez mais os métodos numéricos se tornassem uma importante ferramenta no estudo da fluido dinâmica e a principal ferramenta para o desenvolvimento de soluções de engenharia. Porém, para efetivamente substituir experimentos, os métodos numéricos tem que ser capazes de corretamente descrever a geometria do problema, além de capturarem todo tipo de comportamento apresentado pelos flúidos, como turbulência, camada limite e ondas de choque. Esta tese busca contribuir com dois destes desafios. Em particular, mostro versões modificadas de métodos de interface imersa para a descrição da geometria, simplificando as implementações originais sem prejudicar sua aplicabilidade. Também abordo métodos para tratar ondas de choque: primeiro buscando minimizar o esforço computacional e depois buscando aumentar a resolução do choque sem precisar refinar a malha computacional.

Um problema auxiliar crucial à análise do problema de Stokes Compressível é estudado via a técnica de potenciais de camada dupla em regiões Lipschitz através de um método primeiro utilizado por Verchota e subseqüentemente estendido ao caso parabólico por Brown e Shen. Desse modo, mediante a utilização e cálculo da condição de salto na fronteira é possível estabelecer a existência e unicidade da solução em apropriados espaços funcionais via o estudo de potenciais de camada. / An auxiliary problem crucial to the analysis of the compressible Stokes problem is studied by means of the technique of double layer in Lipschitz regions through a method first used by Verchota and subsequently extended to the parabolic case by Brown and Shen. In this way through the use and calculation of the boundary jump condition it is possible to establish the existence and unicity of the solution in appropriate function spaces via the study of boundary layer potentials.

Este trabalho faz uma nova proposta de método para solucionar a equação advectivodifusiva tridimensional que descreve os escoamentos viscosos incompressíveis. Este método usa um esquema analítico baseado em split seguido de gênese de equações diferenciais. A solução do problema é efetuada em duas etapas distintas. A primeira etapa consiste na aplicação de um split não-homogêneo sobre as Equações de Navier-Stokes, no qual uma das equações do sistema resultante contém a derivada temporal e o termo viscoso, constituindo uma equação diferencial linear não-homogênea. A solução dessa equação é obtida via mapeamento em uma equação de primeira ordem, fornecendo o formato do campo de velocidades. A partir deste se obtém o formato da função corrente para fins de gênese. Desta forma faz-se com que simulações possam ser obtidas usando computadores portáteis e, mesmo assim, requeiram tempo de processamento pequeno para a solução de problemas ditos de engenharia. Estas vantagens podem ser diretamente traduzidas em aplicações práticas de simulação como, por exemplo, a possibilidade de tomada de decisão em tempo real sobre o controle de um processo em andamento numa planta industrial, respostas transientes num escoamento turbulento ou na previsão da dispersão de poluentes em rios e mananciais críticos à saúde da população. / This work proposes a new method to solve the three-dimensional advective-diffusive equation which describes incompressible viscous flows. The proposed solution uses an analytical method based in the split of the original equation, followed by a genesis of differential equa tions. The problem is solved in two distinct steps. The first step consists of applying a nonhomogeneous split on the Navier-Stokes equations, which results in one non-homogeneous partial differential equation containing the time derivative and the viscous term. This equation is solved by mapping it into a first order equation that provides the velocity field format. Using this result we are able to obtain the stream function format, which will be used in the following genesis. This sequence allows the use of portable computers to achieve simulation results for engineering problems in small enough processing time. These advantages can be used in applications such as real- time decision making about industrial processes variables, transient turbulent flow calculations or pollution dispersion simulations in rivers or other water sources critical to the population.

Neste trabalho, apresenta-se o resultado da existência de soluções fracas em domínios não-limitados para as equações de Navier-Stokes, desde que a fronteira satisfaça uma certa condição de regularidade que é necessária para a obtenção de estimativas em domínios não-limitados semelhantes à desigualdade de Poincaré em domínios limitados. Apresenta-se o desenvolvimento detalhado do método de Galerkin para as equações de Navier-Stokes em domínios não-limitados com cálculo explícito de várias constantes e com forças externas não nulas. Apresenta-se dois teoremas fundamentais: um fornecendo condições para existência de soluções do problema estacionário e o outro fornecendo condições para existência de soluções do problema não-estacionário. / In the work it is presented results of existence of weak solutions in unbounded doroains for the Navier-Stokes equations. The roain condition to obtain similar results as those for bounded doroains; for e."'Carople the Poincaré inequality; is a certain condition of regularity at the boundary of the doroain. It is presented the detailed developroent of the Galerkin roethod for the t.he Navier-Stokes equations in unbounded doroains ~vith the explicit calculat ions of many constants and ''rith non null externai forces. It is presented two basic theorern: one presenting condition for the existence of solutions for the stationary problem and the other presenting conditions for existence of solution for the non stationary problem.