Estudos hidrológicos são extremamente importantes em projetos de obras lineares, nas quais o traçado deve minimizar o risco de instabilidade tanto na fase de construção como na fase de operação. O escoamento superficial, além de ser um parâmetro fundamental para a definição do traçado e dos projetos subsequentes, influencia diretamente a dinâmica dos processos geológico-geotécnicos na área do empreendimento. A presente pesquisa propõe um método para realizar uma estimativa das vazões máximas nas travessias de obras civis lineares, integrando modelos hidrológicos obtidos com Sistema de Informação Geográfica (SIG) e métodos usuais de cálculo de vazões de cheia. O método foi aplicado em um setor do oleoduto São Paulo – Brasília (OSBRA), entre os municípios de São Simão e Cravinhos (SP). O modelo hidrológico foi obtido no software ArcGIS 9.3, a partir da definição de uma área mínima de contribuição de 5 hectares, adequada para a escala da base cartográfica digital (1:10.000) e para as características da área de estudo. As 29 bacias de contribuição delimitadas foram posteriormente validadas na vistoria de campo. A compatibilidade entre as bacias geradas pelo modelo hidrológico e as bacias identificadas visualmente na área de estudo foi satisfatória. As vazões máximas foram calculadas pelo Método Racional (bacias com área inferior a 2 km²) e pelo Método Racional Modificado (bacias com área superior a 2 km²), que abrangeu o Método de McMath, o Método Racional com expoente redutor de área e o Método Racional com coeficiente de retardo, sendo o último o que apresentou os resultados mais razoáveis. O cálculo das vazões de cheia foi realizado para períodos de retorno de 10 e 50 anos, a partir dos quais foram gerados Mapas de Vazões Máximas, que foram utilizados para inferência de riscos de eventos perigosos de natureza geológico-geotécnica causados pela ação das águas pluviais na região do oleoduto. Como o traçado do oleoduto foi posicionado ao longo dos divisores principais, não foram identificados locais críticos. Posteriormente, o traçado do oleoduto foi utilizado como referência para uma aplicação do método proposto em um projeto de drenagem. As bacias com valores de vazões máximas classificados com muito baixos não foram incluídas devido aos fluxos pouco significativos. Para as bacias com valores de vazões de cheia classificados como baixos e médios, sugeriu-se a utilização de dispositivos de drenagem superficial. Para as bacias com vazões máximas classificadas como altas e muito altas, foi proposta a utilização de dispositivos de drenagem de transposição de talvegues. Os resultados obtidos na pesquisa permitiram a consolidação do método proposto para aplicação em outros tipos de obras lineares e em locais com diferentes características ambientais. / Hydrological studies are extremely important in linear constructions projects, in which the routing must minimize the risk of instability both during construction and in operation phase. The surface runoff, in addition of being a fundamental parameter to routing definition and subsequent projects, directly influences the dynamics of geological-geotechnical processes in the enterprise area. The present research proposes a method to estimate maximum flows in crossing locations in linear civil constructions, integrating hydrological models obtained with Geographic Information System (GIS) and usual methods of peak flows calculation. The method was applied in a sector of São Paulo – Brasília (OSBRA) oil pipeline, between the municipalities of São Simão and Cravinhos (SP). The hydrological model was obtained in ArcGIS 9.3 software, from the definition of a minimal area of contribution of 5 hectares, adequate for the scale of the digital cartographic base (1:10.000) and for the study area characteristics. The 29 delimited watersheds were subsequently validated in the field visit. The compatibility between watersheds generated in the hydrological model and watersheds visually identified in the study area was satisfactory. The maximum flows were calculated by Rational Method (watersheds with area less than 2 km²) e by Modified Rational Method (watersheds with area higher than 2 km²), which included McMath Method, Rational Method with reducing exponent area and Rational Method with retard coefficient, and the latter presented the most reasonable results. Peak flows calculation was performed for return periods of 10 and 50 years, from which were generated Maximum Flows Maps, which were used for inference of risks of hazardous events of geological-geotechnical nature caused by rainwater action in the pipeline region. The pipeline routing was positioned along the main dividers, therefore critical locations were not identified. Subsequently, the pipeline routing was used as a reference for application of the proposed method in a drainage project. Basins with maximum flows classified as very low were not included due to its low significance flows. For basins with peak flows values classified as low and medium, it was suggested the use of surface drainage devices. For basin with maximum flows classified as high and very high, it was proposed the use of thalwegs transposition drainage devices. The results obtained in the research allowed the consolidation of the proposed method to application in other types of linear constructions and in locals with different environmental characteristics.

Dans cette thèse nous explorons les possibilités offertes par l'implémentation de méthodes hybrides sur des machines de calcul hétérogènes dans le but de réaliser des simulations numériques de problèmes multiéchelles. La méthode hybride consiste à coupler des méthodes de diverses natures pour résoudre les différents aspects physiques et numériques des problèmes considérés. Elle repose sur une méthode particulaire avec remaillage qui combine les avantages des méthodes Lagrangiennes et Eulériennes. Les particules sont déplacées selon le champ de vitesse puis remaillées à chaque itération sur une grille en utilisant des formules de remaillage d'ordre élevés. Cette méthode semi-Lagrangienne bénéficie des avantages du maillage régulier mais n'est pas contrainte par une condition de CFL.Nous construisons une classe de méthodes d'ordre élevé pour lesquelles les preuves de convergence sont obtenues sous la seule contrainte de stabilité telle que les trajectoires des particules ne se croisent pas.Dans un contexte de calcul à haute performances, le développement du code de calcul a été axé sur la portabilité afin de supporter l'évolution rapide des architectures et leur nature hétérogène. Une étude des performances numériques de l'implémentation GPU de la méthode pour la résolution d'équations de transport est réalisée puis étendue au cas multi-GPU. La méthode hybride est appliquée à la simulation du transport d'un scalaire passif dans un écoulement turbulent 3D. Les deux sous-problèmes que sont l'écoulement turbulent et le transport du scalaire sont résolus simultanément sur des architectures multi-CPU et multi-GPU. / In this work, we investigate the implementation of hybrid methods on heterogeneous computers in order to achieve numerical simulations of multi-scale problems. The hybrid numerical method consists of coupling methods of different natures to solve the physical and numerical characteristics of the problem. It is based on a remeshed particle method that combines the advantages of Lagrangian and Eulerian methods. Particles are pushed by local velocities and remeshed at every time-step on a grid using high order interpolation formulas. This forward semi-lagrangian method takes advantage of the regular mesh on which particles are reinitialized but is not limited by CFL conditions.We derive a class of high order methods for which we are able to prove convergence results under the sole stability constraint that particle trajectories do not intersect.In the context of high performance computing, a strong portability constraint is applied to the code development in order to handle the rapid evolution of architectures and their heterogeneous nature. An analysis of the numerical efficiency of the GPU implementation of the method is performed and extended to multi-GPU platforms. The hybrid method is applied to the simulation of the transport of a passive scalar in a 3D turbulent flow. The two sub-problems of the flow and the scalar calculations are solved simultaneously on multi-CPU and multi-GPU architectures.

Submitted by Maike Costa (maiksebas@gmail.com) on 2017-09-18T13:28:20Z No. of bitstreams: 1 arquivototal.pdf: 1052898 bytes, checksum: 488bc614605c52cddafb046cffc927fb (MD5) / Made available in DSpace on 2017-09-18T13:28:20Z (GMT). No. of bitstreams: 1 arquivototal.pdf: 1052898 bytes, checksum: 488bc614605c52cddafb046cffc927fb (MD5) Previous issue date: 2016-07-29 / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior - CAPES / Migration flows are a constant phenomenon in human history, which are enhanced by several factors, such as globalization and the complex cycle of economic and financial crisis. The Brazil, seen today on the world stage as an emerging country, has been increasingly sought by immigrants in search of better living conditions. These are attracted to positive expectations and sighted here employment opportunities, acceptance, tolerance and life changing. However, the expected is not always true because, despite being a signatory to the main international human rights treaties and advances in the treatment of this subject, there are still several flaws in the management of migrants in our country. There are still commonplace cases of a large number of Bolivians, especially those who are undocumented, working in conditions analogous to slavery and suffering various types of human rights violations. There is thus the interest in understanding the Brazilian position as to face these degrading situations. The hypothesis in this paper is that it takes place due to several factors, among which we highlight the absence of targeted public policies and the inconsistency between theory and practice. In this way, it will be investigated the reasons for the absence in Brazil of a current Migration Act and its opposite position to ratify the UN Convention on the Rights of Migrant Workers and Their Families Protection. It will also be checked so that institutions and civil society act to protect these labor migrants. Finally, this study aims to bring the limits, challenges and advances that Brazil has to build a satisfactory migration policy. / Os fluxos migratórios são um fenômeno constante na história da humanidade, que são potencializados por diversos fatores, tais como a globalização e o complexo ciclo de crise econômico-financeira. O Brasil, visto hoje no cenário mundial como país emergente, tem sido cada vez mais procurado por imigrantes em busca de melhores condições de vida. Estes são atraídos por expectativas positivas e enxergam aqui oportunidades de emprego, acolhimento, tolerância e mudança de vida. Porém, nem sempre o esperado é concretizado, pois, apesar de ser signatário dos principais tratados internacionais de direitos humanos e dos avanços no trato deste assunto, ainda existem diversas falhas na gerência dos migrantes em nosso país. Ainda há casos corriqueiros de um grande contingente de bolivianos, principalmente os que se encontram em situação irregular, trabalhando em condições análogas à escravidão e sofrendo diversos tipos de violações de Direitos Humanos. Daí advém o interesse pela compreensão do posicionamento brasileiro quanto ao enfrentamento a estas situações degradantes. A hipótese levantada neste trabalho é a de que isto decorre devido a vários fatores, dentre eles, destacam-se a ausência de políticas públicas com viés de direitos humanos e a incoerência entre a teoria e a prática. Desta forma, serão averiguadas as razões da inexistência no Brasil de uma Lei de Migrações atualizada e do seu posicionamento contrário à ratificação da Convenção da ONU sobre a Proteção dos Direitos dos Trabalhadores Migrantes e Suas Famílias. Além disso, será verificada a maneira que as instituições e sociedade civil atuam para a proteção destes migrantes laborais. Ao final, este estudo pretende trazer os limites, desafios e avanços que o Brasil possui na construção de uma política migratória satisfatória.

Orientador: Arthur Magon Whitacker / Banca: Maria Encarnação Beltrão Spósito / Banca: Beatriz Ribeiro Soares / Resumo: Com a aceleração do processo de urbanização no país, várias cidades cresceram populacionalmente e se expandiram territorialmente de forma significativa nas últimas décadas. Nesse contexto, vários centros urbanos passaram por transformações importantes, tais como o fortalecimento dos papéis desempenhados na rede urbana, configuração de aglomerações territorialmente contínuas e intensificação das interações espaciais entre municípios diferentes. Cidades de menor porte também passam a apresentar configurações territoriais contínuas com intensas interações espaciais intermunicipais, constituindo aglomerações urbanas. A aglomeração é compreendida como o processo de junção de centros urbanos distintos, tanto pela intensificação das interações espaciais quanto pela configuração de áreas territorialmente contínuas ou com tendências neste sentido. A partir destas considerações, a presente pesquisa analisou a expansão territorial e a intensificação dos fluxos entre as cidades de Presidente Prudente, Álvares Machado e Regente Feijó, na perspectiva do processo de aglomeração urbana. Os dados coletados e organizados apontam para uma forte vinculação entre Álvares Machado e Presidente Prudente, tanto pelos fluxos quanto pela expansão territorial. Diante desses resultados, compreende-se que a aglomeração urbana, enquanto forma (materialização do processo) fica evidente apenas entre Presidente Prudente e Álvares Machado. Já Regente Feijó e Presidente Prudente apresentam, até o momento, apenas uma tendência à continuidade territorial e uma significativa intensificação dos fluxos, evidenciando um processo de aglomeração ainda em curso. Esta distinção entre forma e processo constitui-se em um ponto importante para a discussão. / Abstract: With the acceleration of the urbanization process in the country, many cities increased the populations and expanded your territory with significant way in the last decades. In that context, many urban centers were transformed, before the invigoration of the papers executed in the urban net, configuration of territorial continuous agglomeration and intensification of the space interactions between different municipal districts. Smaller cities also starts to demonstrate continuous territorial configurations with intense interactions space inter cities, constituting urban agglomerations. The agglomeration is understood as the process of junction of different urban centers, as the intensification of the space interactions as for the configuration of continuous areas or with tendencies in this way. Starting from these considerations, this search analyzed the territorial expansion and the intensification of the flows among the Presidente Prudente, Álvares Machado and Regent Feijó, in the perspective of the process of urban agglomeration. The collected and organized data show a strong link between Álvares Machado and Presidente Prudente, as the flows as for the territorial expansion. With these results, we understood that the urban agglomeration, while it forms (materialization of the process) is evident just between analyzed the territorial expansion and the intensification of the flows between the cities: Presidente Prudente and Álvares Machado. Already Regent Feijó and Presidente Prudente present until now, just a tendency to the territorial continuity and a significant intensification of the flows, evidencing an agglomeration process still in course. This distinction between form and process is an important point for the discussion. / Mestre

Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico / The mathematical modeling of multiphase flows involves the interaction between deformable and moving geometries with the fluid in which they are dispersed (immersed). This kind of interaction is present in many practical applications. A common approach to handle these problems is the so called Front-Tracking/Front-Capturing Hybrid Methods. This methodology consists in separating the problem into two domains: an eulerian domain, which is kept fixed and is used to discretize the fluid equations of both phases, and a lagrangian domain, which is used to solve the equations of motion of the interface. Since there is no geometric dependence between these two domains, the method can easily handle moving and deformable interfaces that are dispersed in the flow. Following this line of research, the present work aims to capture accurately details of such flows by resolving adequately the relevant physical scales in time and in space. This can be achieved by applying locally refined meshes which adapt dynamically to cover special flow regions, e.g. the vicinity of the fluid-fluid interfaces. To obtain the required resolution in time, a semi-implicit second order discretization to solve the Navier-Stokes equations is used. The turbulence modeling is introduced in the present work through Large Eddy Simulation. The eficiency and robustness of the methodology applied are verified via convergence analysis, as well as with simulations of one-phase and two-phase flows for several Reynolds numbers. The results of two-phase flows, with one bubble and with multiple bubbles, are presented. The results obtained for a single bubble case are compared with Clift's shape diagram (Clift et al., 1978). / A modelagem matemática de escoamentos multifásicos envolve a interação de geometrias móveis e deformáveis com o meio fluido que as envolve. Este tipo de interação faz parte de uma extensa lista de aplicações. Uma linha proposta para o tratamento num érico deste tipo de problema são os métodos híbridos Front-Tracking/Front-Capturing. Esta abordagem leva à separação do problema em dois domínios distintos (líquido/gás e líquido/líquido), um domínio fixo, euleriano, utilizado para discretizar as equações de ambas as fases, e outro móvel, lagrangiano, usado para as interfaces. Para o presente trabalho, na metologia utilizada, ambos os domínios são geometricamente independentes e não apresentam restrição quanto ao movimento e à deformação da fase dispersa. Seguindo esta linha, no presente trabalho propõe-se capturar detalhes deste de tipo escoamento, resolvendo adequadamente as escalas físicas do tempo e do espaço, utilizando malhas bloco estruturada refinadas localmente, as quais se adaptam dinamicamente para recobrir as regiões de interesse do escoamento (como, por exemplo, ao redor da interface fluido-fluido). Para se obter a resolução necessária no tempo, é usada uma discretização semi-implícita de segunda ordem para solucionar as equações de Navier-Stokes. A modelagem da turbulência é introduzida no presente trabalho via Simulação de Grandes Escalas. A eficiência e a robustez da metodologia implementada são verificadas via análise de convergência do método, bem como a simulação de escoamentos monofásicos e bifásicos para diferentes números Reynolds. São também apresentados resultados para escoamentos bifásicos com uma só bolha assim como para múltiplas bolhas. Os resultados de escoamentos mono-bolhas são comparados com o diagrama de forma de Clift et al. (1978). / Doutor em Engenharia Mecânica

A maioria dos líquidos encontrados na natureza são não newtonianos e o estudo do seu comportamento reológico tem uma importância significante em diferentes áreas da engenharia. Entre eles, existe uma classe de fluidos que exibem pequena deformação aparente quando sujeitos a um nível de tensões inferior a uma tensão limite de escoamento, referido como comportamento viscoplástico. Nesta classe de materiais, alguns apresentam também comportamento elástico quando submetidos a baixas taxas de cisalhamento. A presente Tese tem como objetivo o estudo numérico de escoamentos bidimensionais em regime permanente de fluidos elasto-viscoplásticos através de uma expansão-contração planar. O modelo mecânico é definido pelas equações de conservação de massa e de balanço de momentum acopladas ao modelo elasto-viscoplástico proposto nesta Tese. Esta modelagem é aproximada por um método de elementos finitos multi-campos estabilizado baseado na metodologia de Galerkin mínimos-quadrados que possui como variáveis primais os campos de tensão extra polimérica, velocidade e pressão. As condições de compatibilidade entre os sub-espaços de elementos finitos para tensão extra-velocidade e velocidade-pressão são violadas, permitindo assim a utilização de interpolações de igual ordem. O método estabilizado foi implementado no código de elementos finitos para fluidos não newtonianos em desenvolvimento no Laboratório de Mecânica dos Fluidos Aplicada e Computacional (LAMAC) da Universidade Federal do Rio Grande do Sul. Nesta Tese é adotada uma metodologia alternativa para a definição das zonas rígidas do escoamento como sendo a posição onde a taxa de cisalhamento é igual a um valor dado pela relação de parâmetros reológicos do fluido, especificamente a tensão limite de escoamento e a viscosidade newtoniana para baixas taxas de cisalhamento. Nas simulações numéricas realizadas, o tempo de relaxação adimensional, o número de salto, o coeficiente power-law, a vazão adimensional e a massa específica adimensional são variados de forma a avaliar de que modo influenciam na dinâmica de escoamentos elastoviscoplásticos. Os resultados obtidos estão qualitativamente de acordo com a literatura, atestando a estabilidade da formulação empregada. / Non-Newtonian fluids are the majority of liquids found in nature and the study of their rheological behavior has a significant importance on different areas of engineering. Among them, there is a class of materials that exhibits little apparent deformation when subjected to a stress level behind an yield stress, referenced as viscoplastic material. In this class of materials, some fluids also exhibit elastic behavior at low shear rates. The present work aimed to a numerical study of two-dimensional steady state laminar flows of elasto-viscoplastic fluids through a planar expansion-contraction cavity. The mechanical model was defined by the mass conservation and momentum balance equations coupled to the elasto-viscoplastic model porposed in this work. This modeling has been approximated by a stabilized multi-field finite element method based on the Galerkin least-squares methodology, having as primal variables the elastic extra-stress component, velocity and pressure fields. In this way, the compatibility conditions between the extra-stress-velocity and pressure-velocity (Babuška- Brezzi condition) finite element subspaces are violated, allowing to use equal-order finite element interpolations. The stabilized method has been implemented in the finite element code for non-Newtonian fluids under development at the Laboratory of Applied and Computational Fluid Mechanics (LAMAC) of the Federal University of Rio Grande do Sul. An alternative methodology is adopted to define the yield surface as the position where the strain rate is equal to a value given by the relation of the rheological parameters of the fluid, namely the yield stress and the viscosity at low shear rates. In the performed numerical simulations, the non-dimensional relaxation time, the jump number, the power-law coefficient, the non-dimensional flow rate, and the non-dimensional density are varied in order to evaluate their influence on the elasto-viscoplastic fluid dynamics. All results found are in qualitatively accordance with the affine literature, and attesting the good stability features of the formulation.

The theme of thesis is an analyse of relations with suppliers and consumers focused on logistic first of all on material and information flows. The goal is to describe and review distribution chain and its parts of trade block Flosman {--} Flop and find generally useful processes leading to the improvement and costs saving. The thesis is devided into six parts. In the first and second parts is focused on development and characteristics and structure of companies. The third and fourth parts deals with distribution focused on material and information flows of companies. Then follows the analyse of competition and in conclusion the proposals for improvement with answers to defined hypotheses are presented.

O objetivo desta pesquisa consiste em, a partir de um trabalho de campo de caráter etnográfico, seguir as plantas dos moradores do município de Guarani das Missões, noroeste do Rio Grande do Sul, destacando as tramas entre os vegetais e as religiosidades populares. Para tanto, fiz uso da técnica de pesquisa conhecida como observação participante e também mantive um diário de campo. Durante o trabalho de campo, conheci dezenas de espécies de ervas, dentre as quais selecionei as mais relevantes para refletir sobre as relações entre humanos e não humanos. Os caminhos dessas plantas me levaram a abordar, além dos itinerários religiosos, as relações entre mercadoria e dádiva, as medicinas populares, bem como a noção de corpo. Aceitando as provocações da chamada virada ontológica em antropologia e o convite, feito pelos recentes desdobramentos da obra de Tim Ingold, de seguir os fluxos de materiais, pude perceber o quanto as plantas são perpassadas por fluxos de diferentes ordens, de tal modo que as fronteiras entre elas e o mundo ficam borradas. Além disso, para acompanhar as rotas das plantas, tampouco as noções das ciências sociais puderam ser invólucros. Assim, as reflexões sobre os apontamentos do trabalho de campo tiveram que estar abertas aos deslizes do mundo. De modo similar, a singularidade da humanidade precisou ser suspensa, pois tanto humanos quanto não humanos testemunham o mundo. Ainda que isso signifique uma ênfase na continuidade, não implica em ausência de interrupções ou em homogeneidade. Expressa, contudo, que as trajetórias das plantas e das outras coisas são criativas. / Based in an ethnographic fieldwork, this research aims to follow the plants of inhabitants of Guarani das Missões, northwest of Rio Grande do Sul, Brazil. My emphasis is to highlight the connections between vegetables and popular religiosity. The research instruments utilized were participant observation and ethnographic diary. During the fieldwork, I found dozens of species of plants, and among these I selected the most relevant ones to think about the relations between humans and nonhumans. The paths of the selected plants conducted me to consider religious itineraries, the relations between commodity and gift, popular medicines, and also the notion of body. Accepting the provocations of the called “ontological turn” in Anthropology and the rouse made by recent developments in the work of Tim Ingold (about following the flows of materials), I identified how the influence of flows from different orders helps to blur the boundaries between plants and the world. In order to follow the routes of the plants, social sciences common notions could not be used as "wrappers". In this way, I could say that the reflections on the fieldwork's notes had to be open to think about the world changes. Similarly, the human uniqueness had to be rethought, because both humans and nonhumans witness the world. Even if it means an emphasis on continuity, this does not imply absence of interruptions or homogeneity. It expresses, however, that the trajectories of plants and other things are creative.

Este trabalho apresenta um estudo experimental e numérico de escoamentos em canais compostos. Simulação de grandes escalas e método dos elementos finitos, em paralelo com medições utilizando anemômetros de fio quente em um canal aerodinâmico são realizadas. Canais compostos estão presentes em muitas aplicações de engenharia. Dispositivos eletrônicos, trocadores de calor, reatores nucleares, canais de irrigação e planícies de inundação são alguns dos desafios enfrentados pela engenharia. A combinação de simulação de grandes escalas e o método dos elementos finitos para a investigação de escoamentos turbulentos pode ser de grande importância para o estudo dos escoamentos na engenharia. No caso dos escoamentos através dos canais compostos, publicações neste tema são ainda raros. Os principais objetivos deste trabalho são: analisar o escoamento de um fluido viscoso, incompressível e isotérmicas em um canal composto, empregando um código de computação tridimensional apresentado por Petry em 2002, que realiza simulação de grandes escalas com o método dos elementos finitos, para comparar os resultados numéricos com os resultados experimentais do escoamento turbulento em um canal composto cuja geometria é exactamente reproduzida pela malha numérica, para verificar a validade do método numérico e o comportamento de modelos em escala subgrade para reproduzir o fluxo no canal composto investigado; e comparar a eficácia dos esquemas Taylor-Galerkin e dois passos para analisar os resultados. O canal investigado consiste em um canal principal com seção transversal retangular, conectado a uma fenda retangular estreita. No código numérico, o modelo clássico de Smargorinsky é comparado com o modelo dinâmico de viscosidade turbulenta, inicialmente proposto por Germano et al. 1991. A segunda filtragem do processo dinâmico é feita através dos elementos finitos independentes propostos por Petry, 2002. Para a implementação do algoritmo, o método dos elementos finitos é usado, Taylor-Galerkin e esquemas dois passos são usados para a discretização no tempo e no espaço e de ligação das equações governantes. O domínio computacional é discretizadas por intermédio de elementos lineares hexaédricos. Os resultados obtidos a partir simulações de grandes escalas, usando o modelo clássico de Smagorinsky e o modelo dinâmico de submalha; mostram o desenvolvimento de uma camada de cisalhamento na direção principal do escoamento com características dinâmicas regidas pelos perfis de velocidade média. Os resultados da simulação mostraram boa concordância com os dados experimentais dos perfis de velocidade média, intensidade de turbulência e tensão de cisalhamento turbulenta. Em geral, o modelo dinâmico com o esquema de duis passos foi mais eficiente para reproduzir estruturas turbulentas, em comparação com o modelo Smagorinsky e o esquema Taylor-Galerkin particularmente ao longo da região da fenda do canal. / This work presents an experimental and numerical study of turbulent flows in compound channels. Large eddy simulation and finite element method in parallel with hot wires measurements in an aerodynamic channel are employed. Compound channels are present in many engineering applications like in electronic devices, heat exchangers, nuclear reactors and irrigation channels and flooding plains are some of the challenges faced by mechanical engineering. The combination of large eddy simulation and the finite element method for the investigation of turbulent flows can be of great relevance to the study of engineering flows. In the case of flows through compound channels, publications in this subject are still rare. The main objectives in this work are: to analyze the flow of viscous, incompressible and isothermal fluids in a compound channel; employing a three-dimensional computation code presented by Petry, 2002, which performs large eddy simulation with the finite element method; to compare the numerical results with experimental results of the turbulent flow in a compound channel whose geometry is exactly reproduced by the numerical mesh; to check the validity of the numerical method and the behavior of subgrid scale models to reproduce the flow in the compound channel investigated and compare the efficacy of the Taylor-Galerkin and Two-Steps schemes in analyzing the results. The compound channel investigated consists of a rectangular channel connected to a rectangular shaped slot. In the numerical code, Smargorinsky´s classical model is compared to the dynamic model of turbulent viscosity, initially proposed by Germano et al. The second filtering of the dynamic process is made through the independent finite elements proposed by Petry, 2002. For the implementation of the algorithm, the finite element method is used, Taylor- Galerkin and Two-Steps schemes are used for discretization in time and space and to link governing equations. The computational domain is discretized by means of linear hexahedrical elements. The results obtained from large eddy simulations, using the classical model of Smagorinsky and the Dynamic subgrid scale model show the development of a shear layer in the main direction of flow with dynamic characteristics governed by the mean velocity profiles. The simulation results showed good agreement compared to experimental data, and analysis of the profiles of mean velocity, turbulence intensities and turbulent shear stress. In general, dynamic model with the two-steps scheme was more able to reproduce turbulent structures in comparison with the Smagorinsky model with Taylor-Galerkin scheme, particularly along the channel slot.

O presente trabalho tem por objetivo desenvolver uma formulação numérica baseada em Análise Isogeométrica para o estudo de escoamentos incompressíveis isotérmicos de fluidos newtonianos. Com o emprego desta metodologia, os procedimentos de pré-processamento e análise são unificados, melhorando as condições de continuidade das funções de base empregadas tanto na discretização espacial do problema como na aproximação das variáveis do sistema de equações. O sistema de equações fundamentais do escoamento é formado pelas equações de Navier-Stokes e pela equação de conservação de massa, descrita segundo a hipótese de pseudo-compressibilidade, além de uma equação constitutiva para fluidos viscosos de acordo com a hipótese de Stokes. Para problemas com escoamentos turbulentos emprega-se a Simulação de Grandes Escalas - LES (Large Eddy Simulation), na qual o modelo clássico de Smagorinsky é utilizado para a representação das escalas inferiores à resolução da malha. O esquema explícito de dois passos de Taylor-Galerkin é aplicado no contexto da Análise Isogeométrica para a discretização das equações governantes, sendo que a discretização espacial é realizada empregando-se funções NURBS (Non Uniform Rational Basis B-Splines). Essas funções base apresentam vantagens em relação às tradicionais funções utilizadas no MEF (Método dos Elementos Finitos), principalmente no que diz respeito à facilidade de obtenção de continuidade superior a C0 entre os elementos e representação precisa das geometrias. Propõe-se também o desenvolvimento de ferramentas de pré e pós-processamento baseadas na estrutura de dados da Análise Isogeométrica para a geração de malhas e visualização de resultados. Alguns problemas clássicos da Dinâmica dos Fluidos Computacional são analisados para a validação da metodologia apresentada. Os resultados apresentados demonstram boa aproximação da formulação em relação a dados de referência, além de maior versatilidade quanto à discretização espacial dos problemas em comparação com as tradicionais formulações baseadas em elementos finitos. / This work aims to develop a numerical formulation based on Isogeometric Analysis for the study of incompressible flows of Newtonian fluids under isothermal conditions. By using this methodology, pre-processing and analysis procedures are unified, improving the conditions of continuity of the basis functions utilized in the approximations of the equation variables and spatial discretization of the problem. The system of fundamental equations of the fluid flow is constituted by the Navier-Stokes equations and the mass conservation equation, which is described according to the pseudo-compressibility hypothesis. In addition, a constitutive equation for viscous fluids according to Stokes' hypothesis is also provided. Turbulent flows are analyzed using LES (Large Eddy Simulation), where the Smagorinsky’s model is adopted for sub-grid scales. The explicit two-step Taylor-Galerkin method is applied into the context of Isogeometric Analysis for the discretization of the flow equations, where spatial discretization is carried out taking into account Non Uniform Rational Basis B-Splines (NURBS) basis functions. These basis functions have advantages over traditional functions employed in the FEM (Finite Element Method). Particularly, it is easier to obtain continuity order higher than C0 between adjacent elements and geometry representation is more accurate. Pre and post-processing tools for mesh generation and results visualization are also proposed considering the data structure inherent to Isogeometric Analysis. Some classic problems of Computational Fluid Dynamics are analyzed in order to validate the proposed methodology. Results obtained here show that the present formulation has good approximation when compared with predictions obtained by reference authors. Moreover, Isogeometric Analysis is more versatile than traditional finite element formulations when spatial discretization procedures are considered.