This work has been aimed at developing a mechanistic, transient, 3-D numerical model to predict the behavior of an evaporating thin liquid film on a non-uniformly heated cylindrical rod with simultaneous parallel and cross flow of vapor. Interest in this problem has been motivated by the fact that the liquid film on a full-length boiling water reactor fuel rod may experience significant axial and azimuthal heat flux gradients and cross flow due to variations in the thermal-hydraulic conditions in surrounding subchannels caused by proximity to inserted control blade tip and/or the top of part-length fuel rods. Such heat flux gradients coupled with localized cross flow may cause the liquid film on the fuel rod surface to rupture, thereby forming a dry hot spot. These localized dryout phenomena can not be accurately predicted by traditional subchannel analysis methods in conjunction with empirical dryout correlations. To this end, a numerical model based on the Level Contour Reconstruction Method was developed. The Standard k- turbulence model is included. A cylindrical coordinate system has been used to enhance the resolution of the Level Contour Reconstruction Model. Satisfactory agreement has been achieved between the model predictions and experimental data. A model of this type is necessary to supplement current state-of-the-art BWR core thermal-hydraulic design methods based on subchannel analysis techniques coupled with empirical dry out correlations. In essence, such a model would provide the core designer with a "magnifying glass" by which the behavior of the liquid film at specific locations within the core (specific axial node on specific location within a specific bundle in the subchannel analysis model) can be closely examined. A tool of this type would allow the designer to examine the effectiveness of possible design changes and/or modified control strategies to prevent conditions leading to localized film instability and possible fuel failure.

[pt] O principal objetivo deste trabalho é preencher canais turbidíticos com alguma propriedade petrofísica, como a permeabilidade. Estes canais são geometricamente limitados por lobos turbidíticos, gerando a simulação de um sistema deposicional. Simulações numéricas são usadas para tentar ajustar a permeabilidade a um caso de referência por meio de uma função objetivo. Um simulador convencional de diferenças finitas foi usado para comparar os dados de referência com as simulações, obtendo resultados próximos. / [en] The main objective of this work is to populate turbidite channels with some petrophysical property such as permeability. These channels are geometrically constrained by turbidite lobes creating a simulated depositional system. Numerical simulations are used to try to fit the permeability field to a reference case through an objective function. A conventional finite difference simulator was used to compare the reference data to the simulations, obtaining close results.

Nowadays, the energy sector is facing a huge demand that needs to be covered. Wind energy is one of the most promising energy resources as it is free from pollution, clean and probably will arise as one of the main energy sources to prevent global warming from happening. Almost 10% of the global energy demand is coming from renewable resources. By 2050 this percentage is expected to grow to 60%. Therefore, efforts on wind turbine technology (i.e. reliability, design…) need to be coped with this growth. Currently, large wind energy projects are usually carried out in higher altitudes and cold climates. This is because almost all of the cold climates worldwide offer profitable wind power resources and great wind energy potential. Operating with wind turbines in cold climates bring interesting advantages as a result of higher air density and consequently stronger winds (wind power is around 10% higher in the Nordic regions). Not only benefits can be obtained but extreme conditions force to follow harsh conditions. Low temperatures and ice accretion present an important issue to solve as can cause several problems in fatigue loads, the balance of the rotor and aerodynamics, safety risks, turbine performance, among others. As wind energy is growing steadily on icy climates is crucial that wind turbines can be managed efficiently and harmlessly during the time they operate. The collected data for the ice detection, de-icing and anti-icing systems parts was obtained through the company Arvato Bertelsmann and is also based on scientific papers. In addition, computer simulations were performed, involving the creation of a wind tunnel under certain conditions in order to be able to carry out the simulations (1st at 0ºC, 2nd at -10ºC) with the turbine blades rotating in cold regions as a standard operation. In this project, Computational Fluids Dynamics (CFD) simulation on a 5MW wind turbine prototype with ice accretion on the blades to study how CL and CD can change, also different measures of ice detection, deicing and anti-icing systems for avoiding ice accumulation will be discussed. Simulation results showed a logical correlation as expected, increasing the drag force about 5.7% and lowering the lift force 17,5% thus worsening the turbine's efficiency.

A precipitação é uma das principais variáveis hidrológicas analisadas antes de ser fornecida como dado de entrada aos modelos chuva-vazão. As dificuldades para quantificar o valor da chuva, de modo a representar o evento que verdadeiramente ocorre na bacia hidrográfica, provêm principalmente da alta variabilidade espacial da precipitação, da quantidade de postos distribuídos em uma área, das falhas existentes nas séries pluviométricas (falhas nos aparelhos, no processamento dos dados e por perdas dos dados). Uma das formas de quantificar o valor da chuva em uma determinada área para uso em modelos concentrados chuva-vazão, a partir de uma rede de pluviômetros, pode ser com base na Media Aritmética ou na Mediana, que foi uma das propostas desta pesquisa. Os métodos para se obter estas estatísticas pontuais seriam mediante a utilização dos cálculos diretos aplicados nos postos presentes dentro dos limites da bacia, ou através dos valores dos nós de uma grade regular localizados no interior da bacia, com os valores destes nós estimados por interpolação de medidas pontuais posicionadas no interior e fora dos limites da bacia. Os interpoladores utilizados foram o Inverso do Quadrado da Distância, O Vizinho mais Próximo, O Vizinho Natural e a Triangulação Linear. O método de interpolação mais adequado, para as situações encontradas nas séries de precipitação, foi selecionado com o uso da Técnica da Validação Cruzada, ao qual, o método do Vizinho Natural apresentou melhor desempenho. As séries das precipitações médias e medianas diárias obtidas pelos Cálculos Diretos, e após a espacialização com o Interpolador Vizinho Natural, foram utilizadas como dados de entrada no modelo chuva-vazão concentrado conceitual IPH II, versão WIN_IPH II, em diferentes escalas de bacias hidrográficas embutidas (9426 a 19,5 Km² ). Os resultados das vazões simuladas pelo modelo, após os processos de calibração, com o uso da calibração monoobjetivo SCE-UA, evidenciaram o melhor método, Cálculos Diretos ou Interpolação, e a estatística pontual, Media ou Mediana, que foi mais adequada a partir do desempenho do modelo nas etapas de calibração e de verificação dos parâmetros resultantes. Concluiu-se que além das falhas existentes influenciarem nas chuvas médias e medianas obtidas por cálculos diretos, a mediana não é uma estatística que representa bem o volume de chuva ocorrente na bacia, pois produziu baixo desempenho no modelo e valores de parâmetros sem significado físico para bacias rurais. Observou-se uma melhora nas duas estatísticas pontuais, após o cálculo da chuva média e da mediana com base nos valores dos nós da grade regular no interior da bacia, estimados pelo interpolador Vizinho Natural. O uso das estatísticas pontuais obtidas por este método produziu bom desempenho do modelo nas etapas de calibração e de verificação. A chuva média obtida por interpolação com o Vizinho Natural foi a estatística mais representativa para a maior parte das escalas analisadas. Este trabalho também mostrou a possibilidade de se fazer à transferência de parâmetros do modelo IPH II, com o uso da melhor estatística pontual, de bacias maiores para bacias menores, com o intuito de verificar situações para obtenção de vazões em bacias menores que não possuem medições fluviométricas. / Precipitation is a key hydrological variables analyzed before being supplied as input to rainfall-runoff models. The difficulties to quantify the amount of rain in order to truly represent the event that occurs in the watershed, primarily come from the high spatial variability of precipitation, the number of stations distributed in an area of flaws in the rainfall series (faults in apparatus in data processing and for loss of data). One way to quantify the amount of rainfall in a given area for use in concentrated rainfall-runoff models, from a network of rain gauges, can be based on the arithmetic mean or median, which was one of the purposes of this research. The methods to obtain these statistics would be off by using the direct calculations applied in these posts within the limits of the basin, or through the values of the nodes of a regular grid located inside the basin, we estimated these values by interpolation offs positioned inside and outside the boundaries of the basin. The interpolators used were the Inverse Square Distance, Nearest Neighbor, The Natural Neighbor and Linear Triangulation. The interpolation method most appropriate to the situations found in the precipitation series, was selected by using the Cross Validation technique, which the Natural Neighbor method showed better performance. The series of daily precipitation means and medians obtained by direct calculations, and after the spatial interpolator with Natural Neighbor, were used as input to rainfall-runoff model focused conceptual HPI II, version WIN_IPH II, at different scales of watersheds embedded (9426 to 19.5 km ²). The results of the simulated flows by the model after the calibration procedures, calibration using the SCE-UA monoobjetivo, showed the best method, Direct calculations or interpolation, and timely statistics, mean or median, which was more appropriate to the performance stages of the model calibration and verification of resulting parameters. It was concluded that besides the existing faults influence on rainfall averages and medians obtained by direct calculations, the median is a statistic that well represents the volume of rainfall occurring in the basin, because it produced lower scores in the model and parameter values without physical meaning to rural basins. We observed an improvement in the two point statistics, after calculating the mean and median rainfall based on the values of the nodes of regular grid within the basin, estimated by the Natural Neighbor interpolation. The occasional use of statistics obtained by this method produced good performance of the model in steps of calibration and verification. The average rainfall obtained by interpolation from the Natural Neighbor was statistically more representative for most of the scales analyzed. This work also showed the possibility of making the transfer of model parameters HPI II, using the best statistical point of basins larger for smaller basins, in order to check conditions for obtaining flows in smaller basins that have no measurements gauged.

Fundação de Amparo a Pesquisa do Estado de Minas Gerais / The Araguari river hydrographic basin (BHRA) presents an area of 22,146.23 km2 and is located in a region of Minas Gerais State with high water demand by agriculture, industry and humans, which leads to high environmental costs, including damage of natural water resources systems. The frequent land use changes related to such activities often degrade water resources and therefore should be monitored in order to provide effective environmental management strategies, consistent with conservation activities of existing water streams. In this context, considering the need of efficient water resources management programs, the hydrological modeling becomes an important tool to help monitoring and management activities of water resources found in the watershed. Among numerous hydrological models, we can highlight (as used in this research) the ones having functions to overcome the demand for reliable and continuous data sets. In other words, these models can overcome situations where there is total or partial lack of data collected by hydrometeorological stations and even simulate situations/hypothetical scenarios for verification of some phenomena, for example, the behavior of stream flows. Thus, the objective of this research is to use a hydrological modeling to study the stream flow of BHRA, considering changes in land use and natural vegetation. The selected hydrological model was the Modelo de Grandes Bacias (MGB), developed by Instituto de Pesquisas Hidráulicas (IPH) from the Federal University of Rio Grande do Sul (UFRGS). The effects of land use and land cover (LULC) changes (time period of 1975-2010) in the stream flow regime were evaluated. The main LULC changes in the study area in this time period was the replacement of natural grasslands (Campo limpo, Campo sujo and Campo Cerrado) by croplands and cultivated pasturelands, as result of great increase of economic activities in this region. In 2010, the natural vegetation was reduced to nearly half of found in 1975 (88,93% and 42,97% of basin covered by natural vegetation in 1975 and 2010, respectively). Cultivated pasturelands increased from 8,41% in 1975 to 30,59% in 2010. Croplands increased from 2% in 1975 to 23,02% in 2010. The MGB was adjusted to simulate daily stream flows of the BHRA based on rainfall, climate and stream flow data gathered by eight rain gauged stations, 54 rainfall stations, besides the following spatial data: digital elevation models derived from the Shuttle Radar Topography Mission (SRTM); soil, geomorphology, geology and two-year LULC map (1975 and 2010). The calibration and simulation of MGB for BHRA showed good fit between observed (ANA) and calculated stream flow (MGB). The BHRA was then divided into sub-basins for further analysis. The Ibiá sub-basin showed better results of calibration and simulation of daily stream flows. The stream flows of Fazenda São Mateus, Desemboque and Fazenda Letreiro sub-basins were also analyzed. The Fazenda Letreiro sub-basin, the one that presented highest levels of LULC changes in the time period considered (conversion of 53,56% of natural vegetation into croplands and cultivated pasturelands) showed an increase of maximum (38,8 m3/s), minimum (2,29 m3/s) and average (5,78 m3/s) stream flow and for annual laminar flow (231,35 mm/year) as well. Hypothetical scenarios were simulated for the Ibiá sub-basin and compared with the stream flow results estimated by MGB for the year 2010. For actual LULC conditions, the measured and the estimated mean stream flows were quite similar. In a scenario of 100% of natural vegetation cover, the minimum stream flow increased 2,28 m3/s. In a scenario of 100% of cultivated pasture, the maximum stream flow presented highest increase of 36,18 m3/s. The use of the model and the analyses conducted in this study were considered satisfactory to meet the proposed research objectives. / A bacia hidrográfica do rio Araguari (BHRA) - MG, apresenta área de 22.146,23 km2 localizados em uma região de grande consumo de água pela agricultura, indústria e pelas pessoas, o que acarreta altos custos ambientais, incluindo danos aos sistemas hídricos naturais. As constantes alterações de uso da terra relacionadas a tais atividades são potencialmente degradantes dos recursos hídricos e devem ser conhecidas para que se possa planejar a gestão dos ambientes de forma coerente com a preservação dos cursos d água existentes. Neste contexto, frente a necessidade de gestão dos recursos hídricos, a modelagem hidrológica é uma ferramenta importante e eficiente no sentido de auxiliar o monitoramento e gestão das águas presentes nas bacias hidrográficas. Dentre as inúmeras aplicações dos modelos hidrológicos, podemos destacar (como utilizado nesta pesquisa) que eles têm a função de suprir a demanda de dados confiáveis e contínuos em locais onde existe total ou parcial ausência de dados coletados pelas estações hidrometeorológicas e ainda de simular situações/cenários hipotéticos para verificação de alguns fenômenos, a exemplo do comportamento da vazão dos rios presentes área de estudo. Desta forma, o objetivo geral desta pesquisa é realizar uma modelagem hidrológica para o estudo da vazão da BHRA, a partir das mudanças do uso da terra e cobertura vegetal nativa. O modelo hidrológico utilizado foi o Modelo de Grandes Bacias (MGB), do Instituto de Pesquisas Hidráulicas (IPH), da UFRGS. Foram avaliados os efeitos das mudanças de uso da terra e cobertura vegetal nativa (período de 1975 a 2010) na resposta da vazão na bacia. As principais mudanças de uso da terra e cobertura vegetal nativa na BHRA neste período foram a substituição da classe campestre (Campo limpo/Campo sujo/Campo cerrado) pelas classes de atividades agropecuárias, devido ao grande avanço destas atividades econômicas na região. Em 2010, a cobertura vegetal nativa se reduziu praticamente a metade dos valores calculados para o ano de 1975 (passou de 88,93% para 42,97%). A classe de Pastagem aumentou de 8,41% (1975) para 30,59% (2010) e a classe de Agricultura aumentou de 2% (1975) para 23,02% (2010). O MGB foi ajustado para a simulação de vazões diárias a partir dos dados de chuva, clima e vazão observadas de 8 estações fluviométricas, 54 estações pluviométricas, além de dados espaciais: Modelo Digital de Elevação (SRTM), mapa de solos, mapa de unidades geomorfológicas, mapa geológico e mapas de uso da terra e cobertura vegetal nativa (1975 e 2010) da BHRA. O processo de calibração do modelo e simulação para a BHRA permitiu verificar um bom ajuste entre as vazões observadas (ANA) e calculadas (MGB). A BHRA foi dividida em sub-bacias para melhor análise, sendo a sub-bacia Ibiá aquela que apresentou melhores resultados na calibração e simulação de vazões diárias. Além da sub-bacia Ibiá, foram analisadas as vazões das sub-bacias Fazenda São Mateus, Desemboque e Fazenda Letreiro pertencentes à BHRA. A sub-bacia Fazenda Letreiro, sub-bacia que teve mais mudanças de uso da terra e cobertura vegetal nativa no período considerado (com a substituição de 53.56% da cobertura vegetal nativa transformada em agricultura e pastagem) apresentou um aumento para as vazões máxima (em 38,8 m3/s), mínima (em 2,29 m3/s), média (em 5,78 m3/s) e lâmina escoada anual (231,35 mm/ano), no período de 1975 a 2010. Foram simulados cenários hipotéticos para a sub-bacia Ibiá e comparados os resultados com os dados de vazão calculados pelo MGB, do ano de 2010. Em relação aos dados de vazão do cenário real de 2010: a vazão média para os cenários hipotéticos propostos se manteve praticamente equiparada, o cenário 100% Cobertura vegetal nativa apresentou maior alteração em relação a vazão mínima (aumento de 2,28 m3/s) e o cenário de 100% Pastagem apresentou a maior alteração na vazão máxima (aumento de 36,18 m3/s). A utilização do modelo e as análises realizadas foram consideradas satisfatórias para cumprir os objetivos da pesquisa. / Doutor em Geografia

A precipitação é uma das principais variáveis hidrológicas analisadas antes de ser fornecida como dado de entrada aos modelos chuva-vazão. As dificuldades para quantificar o valor da chuva, de modo a representar o evento que verdadeiramente ocorre na bacia hidrográfica, provêm principalmente da alta variabilidade espacial da precipitação, da quantidade de postos distribuídos em uma área, das falhas existentes nas séries pluviométricas (falhas nos aparelhos, no processamento dos dados e por perdas dos dados). Uma das formas de quantificar o valor da chuva em uma determinada área para uso em modelos concentrados chuva-vazão, a partir de uma rede de pluviômetros, pode ser com base na Media Aritmética ou na Mediana, que foi uma das propostas desta pesquisa. Os métodos para se obter estas estatísticas pontuais seriam mediante a utilização dos cálculos diretos aplicados nos postos presentes dentro dos limites da bacia, ou através dos valores dos nós de uma grade regular localizados no interior da bacia, com os valores destes nós estimados por interpolação de medidas pontuais posicionadas no interior e fora dos limites da bacia. Os interpoladores utilizados foram o Inverso do Quadrado da Distância, O Vizinho mais Próximo, O Vizinho Natural e a Triangulação Linear. O método de interpolação mais adequado, para as situações encontradas nas séries de precipitação, foi selecionado com o uso da Técnica da Validação Cruzada, ao qual, o método do Vizinho Natural apresentou melhor desempenho. As séries das precipitações médias e medianas diárias obtidas pelos Cálculos Diretos, e após a espacialização com o Interpolador Vizinho Natural, foram utilizadas como dados de entrada no modelo chuva-vazão concentrado conceitual IPH II, versão WIN_IPH II, em diferentes escalas de bacias hidrográficas embutidas (9426 a 19,5 Km² ). Os resultados das vazões simuladas pelo modelo, após os processos de calibração, com o uso da calibração monoobjetivo SCE-UA, evidenciaram o melhor método, Cálculos Diretos ou Interpolação, e a estatística pontual, Media ou Mediana, que foi mais adequada a partir do desempenho do modelo nas etapas de calibração e de verificação dos parâmetros resultantes. Concluiu-se que além das falhas existentes influenciarem nas chuvas médias e medianas obtidas por cálculos diretos, a mediana não é uma estatística que representa bem o volume de chuva ocorrente na bacia, pois produziu baixo desempenho no modelo e valores de parâmetros sem significado físico para bacias rurais. Observou-se uma melhora nas duas estatísticas pontuais, após o cálculo da chuva média e da mediana com base nos valores dos nós da grade regular no interior da bacia, estimados pelo interpolador Vizinho Natural. O uso das estatísticas pontuais obtidas por este método produziu bom desempenho do modelo nas etapas de calibração e de verificação. A chuva média obtida por interpolação com o Vizinho Natural foi a estatística mais representativa para a maior parte das escalas analisadas. Este trabalho também mostrou a possibilidade de se fazer à transferência de parâmetros do modelo IPH II, com o uso da melhor estatística pontual, de bacias maiores para bacias menores, com o intuito de verificar situações para obtenção de vazões em bacias menores que não possuem medições fluviométricas. / Precipitation is a key hydrological variables analyzed before being supplied as input to rainfall-runoff models. The difficulties to quantify the amount of rain in order to truly represent the event that occurs in the watershed, primarily come from the high spatial variability of precipitation, the number of stations distributed in an area of flaws in the rainfall series (faults in apparatus in data processing and for loss of data). One way to quantify the amount of rainfall in a given area for use in concentrated rainfall-runoff models, from a network of rain gauges, can be based on the arithmetic mean or median, which was one of the purposes of this research. The methods to obtain these statistics would be off by using the direct calculations applied in these posts within the limits of the basin, or through the values of the nodes of a regular grid located inside the basin, we estimated these values by interpolation offs positioned inside and outside the boundaries of the basin. The interpolators used were the Inverse Square Distance, Nearest Neighbor, The Natural Neighbor and Linear Triangulation. The interpolation method most appropriate to the situations found in the precipitation series, was selected by using the Cross Validation technique, which the Natural Neighbor method showed better performance. The series of daily precipitation means and medians obtained by direct calculations, and after the spatial interpolator with Natural Neighbor, were used as input to rainfall-runoff model focused conceptual HPI II, version WIN_IPH II, at different scales of watersheds embedded (9426 to 19.5 km ²). The results of the simulated flows by the model after the calibration procedures, calibration using the SCE-UA monoobjetivo, showed the best method, Direct calculations or interpolation, and timely statistics, mean or median, which was more appropriate to the performance stages of the model calibration and verification of resulting parameters. It was concluded that besides the existing faults influence on rainfall averages and medians obtained by direct calculations, the median is a statistic that well represents the volume of rainfall occurring in the basin, because it produced lower scores in the model and parameter values without physical meaning to rural basins. We observed an improvement in the two point statistics, after calculating the mean and median rainfall based on the values of the nodes of regular grid within the basin, estimated by the Natural Neighbor interpolation. The occasional use of statistics obtained by this method produced good performance of the model in steps of calibration and verification. The average rainfall obtained by interpolation from the Natural Neighbor was statistically more representative for most of the scales analyzed. This work also showed the possibility of making the transfer of model parameters HPI II, using the best statistical point of basins larger for smaller basins, in order to check conditions for obtaining flows in smaller basins that have no measurements gauged.

O balanceamento de uma rede de distribuição de ar consiste em estabelecer as vazões corretas nos elementos terminais conforme previsto no projeto. A revisão bibliográfica apontou que o balanceamento aplicado à distribuição de ar passou a ser considerado no final dos anos de 1960. A aplicação de modelos matemáticos com a simulação do escoamento do ar nos dutos das redes tem início no final dos anos 80. No presente trabalho o objetivo foi estudar metodologia para simulação e balanceamento de redes de distribuição de ar, implementando-a em um programa de computador. Foram estudados diferentes métodos para realizar o balanceamento: método proporcional, método T e o método direto. Foi adotado o direto, em que as vazões são impostas e as diferenças de pressão determinadas para escoamentos em caminhos em paralelo. Mediante o uso de conceitos que fazem analogia entre a fluido-dinâmica e a eletricidade, foi desenvolvido um algoritmo e elaborado um programa de computador. O aplicativo desenvolvido possui 6 etapas principais: caracterização da rede, perda distribuída, perda localizada, perda total, simulação do escoamento e comparação de caminhos. A partir de um estudo de caso, o programa foi testado simulando uma rede de distribuição. Esta mesma rede teve seu balanceamento avaliado por cálculos em planilha eletrônica. Os resultados do estudo de caso com os valores de pressão para todos os trechos da rede, assim como as diferenças de pressão que definem a magnitude do balanceamento foram comparados e estão coincidentes dentro da margem esperada. / The balancing of a net air distribution consists in establishment the correct flowrate in the terminals elements according the design. The bibliographic review show that the balancing applied in air distribution are consider at the 60`s. In the end of the 80\\2019s the mathematics models beginning applied to air flow simulation in ducts. In the present work the objective is studies the methodology to simulation and balancing air distribution nets using software. Different methods are studies to apply in balance: proportional method, T method and direct method. The direct method is adopted, which the flowrate is fixed and the pressure difference is obtained for the parallel paths. Using fluid-dynamics and electrical analogy concepts an algorithm was developed and a software was prepared. The applicatory developed was divided in 6 main stages: net characterization, continuous losses, local losses, total losses, flow simulation and path comparing. Using a case study the software was tested and the distribution net was simulating. This same net was balancing evaluated by a computational spreadsheet. The case study results present the values of pressure for the sections of the net, and the pressure differences to obtained the balancing. This values was consider coincident with the expected.

A precipitação é uma das principais variáveis hidrológicas analisadas antes de ser fornecida como dado de entrada aos modelos chuva-vazão. As dificuldades para quantificar o valor da chuva, de modo a representar o evento que verdadeiramente ocorre na bacia hidrográfica, provêm principalmente da alta variabilidade espacial da precipitação, da quantidade de postos distribuídos em uma área, das falhas existentes nas séries pluviométricas (falhas nos aparelhos, no processamento dos dados e por perdas dos dados). Uma das formas de quantificar o valor da chuva em uma determinada área para uso em modelos concentrados chuva-vazão, a partir de uma rede de pluviômetros, pode ser com base na Media Aritmética ou na Mediana, que foi uma das propostas desta pesquisa. Os métodos para se obter estas estatísticas pontuais seriam mediante a utilização dos cálculos diretos aplicados nos postos presentes dentro dos limites da bacia, ou através dos valores dos nós de uma grade regular localizados no interior da bacia, com os valores destes nós estimados por interpolação de medidas pontuais posicionadas no interior e fora dos limites da bacia. Os interpoladores utilizados foram o Inverso do Quadrado da Distância, O Vizinho mais Próximo, O Vizinho Natural e a Triangulação Linear. O método de interpolação mais adequado, para as situações encontradas nas séries de precipitação, foi selecionado com o uso da Técnica da Validação Cruzada, ao qual, o método do Vizinho Natural apresentou melhor desempenho. As séries das precipitações médias e medianas diárias obtidas pelos Cálculos Diretos, e após a espacialização com o Interpolador Vizinho Natural, foram utilizadas como dados de entrada no modelo chuva-vazão concentrado conceitual IPH II, versão WIN_IPH II, em diferentes escalas de bacias hidrográficas embutidas (9426 a 19,5 Km² ). Os resultados das vazões simuladas pelo modelo, após os processos de calibração, com o uso da calibração monoobjetivo SCE-UA, evidenciaram o melhor método, Cálculos Diretos ou Interpolação, e a estatística pontual, Media ou Mediana, que foi mais adequada a partir do desempenho do modelo nas etapas de calibração e de verificação dos parâmetros resultantes. Concluiu-se que além das falhas existentes influenciarem nas chuvas médias e medianas obtidas por cálculos diretos, a mediana não é uma estatística que representa bem o volume de chuva ocorrente na bacia, pois produziu baixo desempenho no modelo e valores de parâmetros sem significado físico para bacias rurais. Observou-se uma melhora nas duas estatísticas pontuais, após o cálculo da chuva média e da mediana com base nos valores dos nós da grade regular no interior da bacia, estimados pelo interpolador Vizinho Natural. O uso das estatísticas pontuais obtidas por este método produziu bom desempenho do modelo nas etapas de calibração e de verificação. A chuva média obtida por interpolação com o Vizinho Natural foi a estatística mais representativa para a maior parte das escalas analisadas. Este trabalho também mostrou a possibilidade de se fazer à transferência de parâmetros do modelo IPH II, com o uso da melhor estatística pontual, de bacias maiores para bacias menores, com o intuito de verificar situações para obtenção de vazões em bacias menores que não possuem medições fluviométricas. / Precipitation is a key hydrological variables analyzed before being supplied as input to rainfall-runoff models. The difficulties to quantify the amount of rain in order to truly represent the event that occurs in the watershed, primarily come from the high spatial variability of precipitation, the number of stations distributed in an area of flaws in the rainfall series (faults in apparatus in data processing and for loss of data). One way to quantify the amount of rainfall in a given area for use in concentrated rainfall-runoff models, from a network of rain gauges, can be based on the arithmetic mean or median, which was one of the purposes of this research. The methods to obtain these statistics would be off by using the direct calculations applied in these posts within the limits of the basin, or through the values of the nodes of a regular grid located inside the basin, we estimated these values by interpolation offs positioned inside and outside the boundaries of the basin. The interpolators used were the Inverse Square Distance, Nearest Neighbor, The Natural Neighbor and Linear Triangulation. The interpolation method most appropriate to the situations found in the precipitation series, was selected by using the Cross Validation technique, which the Natural Neighbor method showed better performance. The series of daily precipitation means and medians obtained by direct calculations, and after the spatial interpolator with Natural Neighbor, were used as input to rainfall-runoff model focused conceptual HPI II, version WIN_IPH II, at different scales of watersheds embedded (9426 to 19.5 km ²). The results of the simulated flows by the model after the calibration procedures, calibration using the SCE-UA monoobjetivo, showed the best method, Direct calculations or interpolation, and timely statistics, mean or median, which was more appropriate to the performance stages of the model calibration and verification of resulting parameters. It was concluded that besides the existing faults influence on rainfall averages and medians obtained by direct calculations, the median is a statistic that well represents the volume of rainfall occurring in the basin, because it produced lower scores in the model and parameter values without physical meaning to rural basins. We observed an improvement in the two point statistics, after calculating the mean and median rainfall based on the values of the nodes of regular grid within the basin, estimated by the Natural Neighbor interpolation. The occasional use of statistics obtained by this method produced good performance of the model in steps of calibration and verification. The average rainfall obtained by interpolation from the Natural Neighbor was statistically more representative for most of the scales analyzed. This work also showed the possibility of making the transfer of model parameters HPI II, using the best statistical point of basins larger for smaller basins, in order to check conditions for obtaining flows in smaller basins that have no measurements gauged.

Nanoparticles represent a very exciting new area of research. Their small size, ranging from several nanometers to tens of nanometers, is responsible for many changes in the structural, thermal, electromagnetic, optical and mechanical properties in comparison with the bulk solid of the same materials. However, promoting the use of such material requires well-controlled synthesis techniques to be developed. Inductively coupled thermal plasma (ICTP) reactors have been shown to offer unique advantages over other synthesis methods. The purpose of this thesis is to develop a numerical model to assist the design of an ICTP reactor for the efficient and controlled production of nanoparticles at industrial scale. The complete model describes the evaporation of the micron-sized precursor particles in the plasma flow and the subsequent formation of the nanoparticles in the quenching reactor. The plasma flow is described by a coupled system of the fluid mechanics equations of continuity, momentum, and energy with the vector potential formulation of Maxwell's equations. The solid particles precursors are treated following a Lagrangian approach, taking into account the vapor production field in the plasma flow. An Eulerian model based on the method of moments with interpolative closure is used to describe the formation of nanoparticles by simultaneous nucleation and growth by condensation and coagulation. The coupled plasma torch, particle evaporation and nanoparticle formation models are implemented in 2D and 3D configurations, using the OpenFoam source code. The results show that the effects of the particle evaporation on the temperature field are substantial, even for low particle mass loading. The associated vapor concentration which enters in the reactor has then a direct influence on the formation of nanoparticles. The effects of the plasma torch parameters and the quenching configuration (quench type, position, injection angle and cooling rate) on the contribution of the different formation mechanisms and on the generated particle's size and distribution are studied in both 2D axi-symmetric and 3D geometries. The quench mechanism strongly affects the temperature and the vapor concentration in the reactor, and consequently has an impact on the final particle size distribution. It is shown that the size of the nanoparticles obtained for different quenching conditions is not only a consequence of the cooling rate but also of the trajectories of the vapor and the generated particles imposed by quenching gas. The results have also demonstrated that the predicted particle are smaller and more sensitive to the modifications of the quenching condition when quenching at high temperature. The sensitivity of the complete model to the physical properties of the vapor (vapor pressure and surface tension) is also investigated, in order to identify their effect on the final particle size. The results obtained provide an insight into the phenomena involved during the production of nanoparticles and enable the improvement of ICTP rectors design and nanoparticles synthesis process. / Doctorat en Sciences de l'ingénieur et technologie / info:eu-repo/semantics/nonPublished

This project implements a real application on the Spider II, which is a simulation of Soil Water Movement Model. The main objectives of this project were to develop a parallel and distributed algorithm for the Soil Water Model; implement the Soil Water Movement Simulation model on the Spider II distributed system and to evaluate the performance of simulating the Soil Water Movement Model on Spider II.