Today's high performance aircraft are operating in expanded flight envelopes, often maneuvering at high angular rates at high angles-of-attack, even above maximum lift. Current aerodynamic models are inadequate in predicting flight characteristics in the expanded envelope, such as rapid aircraft departures and other unusual motions. Unsteady flows of aircraft are of real concern. The ability to accurately measure aerodynamic loads directly impacts the ability to accurately model and predict flight. Current wind tunnel testing techniques do not adequately address the data fidelity of a test point under the influence of fluctuating loads and moments. Additionally, forced oscillation test techniques, one of the primary tools used to develop dynamic models, do not currently provide estimates of the uncertainty of the results during an oscillation cycle. Further, in testing models across a range of flight conditions, there are frequently parts of the envelope which are well behaved and require few data points to arrive at a sound answer, and other parts of the envelope where the responses are much more active and require a large sample of data to arrive at an answer with statistical significance. Currently, test methods do not factor changes of flow physics into data acquisition schemes, so in many cases data are obtained over more iterations than required, or insufficient data may be obtained to determine a valid estimate. Methods of providing a measure of data integrity for static and forced oscillation test techniques are presented with examples. A method for optimizing required forced oscillation cycles based on decay of uncertainty gradients and balance tolerances is also presented. / Master of Science

No description available.

Um corpo imerso em movimento arbitrário interage com o fluido ao redor. As partículas fluidas próximas ao corpo exercem certa resistência inercial quando o corpo acelera ou desacelera, devido ao acoplamento dinâmico entre corpo e fluido. Este trabalho resolve as equações de Navier-Stokes, discretizadas pelo método dos elementos finitos, usando o programa de código aberto (LGPL) FreeFem++, e avalia as forças do escoamento que agem sobre um cilindro circular, o qual oscila harmonicamente em um fluido em repouso para números de Keulegan-Carpenter (KC) entre 0,5 e 10, mantendo o parâmetro da frequência constante e igual a 35. Os números de KC selecionados visam entender os conceitos de inércia adicional em fluido viscoso, desde em escoamentos simples até em escoamento mais complexos. O escoamento é bidimensional, laminar e não estacionário. A força em linha com o movimento é então decomposta, conforme equação de Morison, como a soma de uma força inercial e outra de arrasto. Os resultados possuem boa aderência com trabalhos analíticos, experimentais e numéricos anteriores disponíveis na literatura. A dinâmica do escoamento induzido pelo cilindro em movimento harmônico é rica. Para baixo KC, o escoamento é simétrico e estável. Para valores intermediários de KC, a camada limite descola da superfície do cilindro e vórtices são emitidos a cada meio-ciclo. Para elevado KC, certa assimetria se desenvolve e vórtices são emitidos obliquamente a cada meio-ciclo. / An immersed body in arbitrary motion interacts with the surrounding fluid. The fluid particles close to the body impart their inertial resistance when the body accelerates or decelerates, due to the dynamic coupling between body and fluid. This work solves the incompressible Navier-Stokes equation, discretized by the finite element method, using the open source (LGPL) software FreeFem++, and evaluates the flow forces that act on a circular cylinder which oscillates harmonically in a resting fluid for Keulegan- Carpenter (KC) number between 0.5 and 10, with a constant frequency parameter equal to 35. The selected KC numbers aims to understand the concepts of added inertia in viscous fluid, from simpler to more complex flows. The flow is two dimensional, laminar and unsteady. The in-line force is then decomposed, according to Morison equation, as a sum of an inertial force and a drag force. The results agree with former analytical, experimental and numerical works available in the literature. The dynamics of the flow induced by the harmonically moving cylinder is rich. For low KC, the flow is symmetric and stable. For intermediate KC, the boundary layer detaches from the cylinder surface and vortices are shed at each half cycle. For higher KC, certain asymmetry develops and vortices are shed obliquely at each half cycle.

Este trabalho visa a determinação numérico-experimental de propriedades hidrodinâmicos em um cilindro de seção circular parcialmente submerso. A solução numérica do problema foi desenvolvida através do método dos painéis, o qual foi programado no pacote MATLAB®, sendo que o modelo do cilindro é excitado segundo os parâmetros de onda registrados a partir do ensaio de arrasto do cilindro, possibilitando a determinação da massa adicional e amortecimento hidrodinâmico. O desenvolvimento experimental foi efetivado através de ensaios em tanque de testes, com o uso de um carro de arrasto, tendo sido utilizado um sistema PIV (Particle Imagem Velocimetry) para mapear a não ocorrência da formação de vórtices na superfície submersa do cilindro. O cilindro foi fixado na base do carro, através de uma haste, na posição vertical, permanecendo parcialmente submerso nos ensaios de movimento oscilatório, com frequência e deslocamento longitudinal definidos. Nos ensaios, o conjunto de sensores no sistema detectou as variáveis de aceleração e carregamento na haste de sustentação do cilindro, deslocamento do carro e altura de onda, este último, realizado por dois wave probes simetricamente distanciados da posição inicial do cilindro. Os ensaios possibilitaram a obtenção da massa adicional e dos parâmetros necessários à solução numérica. O desenvolvimento da solução numérica hidrodinâmica via simulação em programa comercial foi realizado no pacote ANSYS® AQWATM, onde o cilindro foi modelado parcialmente submerso, sendo excitado pela frequência e velocidade de onda, os quais foram obtidos nos ensaios experimentais. Os resultados numéricos da programação e da simulação mostraram boa correspondência com os resultados experimentais. / This study involves the experimental and numerical determination of the hydrodynamic properties of a partially submerged cylinder with circular cross section. The numerical solution to the problem was developed using the panel method, which was programmed in the MATLAB® package, and the cylinder model was excited according to the wave parameters recorded during the cylinder drag test, enabling the determination of added mass and hydrodynamic damping. The experimental part of this study involved using a drag car in a test tank, with a PIV (Particle Image Velocimetry) system to map the non-occurrence of vortex formation on the submerged surface of the cylinder. The cylinder was attached vertically to the bottom of the car base by a rod, remaining partially submerged in the oscillatory motion tests, with defined frequency and longitudinal displacement. In the tests, the system’s sensor array detected the variables of acceleration and loading on the cylinder support rod, the car’s displacement and wave height, the latter measured by two wave probes placed at symmetrical distances from the cylinder’s initial position. The experimental tests made it possible to determine the added mass and the parameters required for the numerical solution. The development of the numerical solution of the hydrodynamic problem via simulation with commercial software was performed using the ANSYS® AQWATM package, in which the modeled cylinder was partially submerged and was excited by the wave frequency and velocity that were determined in the experimental tests. The numerical results of the programming and simulation showed a good correspondence with the experimental results.

Este trabalho visa a determinação numérico-experimental de propriedades hidrodinâmicos em um cilindro de seção circular parcialmente submerso. A solução numérica do problema foi desenvolvida através do método dos painéis, o qual foi programado no pacote MATLAB®, sendo que o modelo do cilindro é excitado segundo os parâmetros de onda registrados a partir do ensaio de arrasto do cilindro, possibilitando a determinação da massa adicional e amortecimento hidrodinâmico. O desenvolvimento experimental foi efetivado através de ensaios em tanque de testes, com o uso de um carro de arrasto, tendo sido utilizado um sistema PIV (Particle Imagem Velocimetry) para mapear a não ocorrência da formação de vórtices na superfície submersa do cilindro. O cilindro foi fixado na base do carro, através de uma haste, na posição vertical, permanecendo parcialmente submerso nos ensaios de movimento oscilatório, com frequência e deslocamento longitudinal definidos. Nos ensaios, o conjunto de sensores no sistema detectou as variáveis de aceleração e carregamento na haste de sustentação do cilindro, deslocamento do carro e altura de onda, este último, realizado por dois wave probes simetricamente distanciados da posição inicial do cilindro. Os ensaios possibilitaram a obtenção da massa adicional e dos parâmetros necessários à solução numérica. O desenvolvimento da solução numérica hidrodinâmica via simulação em programa comercial foi realizado no pacote ANSYS® AQWATM, onde o cilindro foi modelado parcialmente submerso, sendo excitado pela frequência e velocidade de onda, os quais foram obtidos nos ensaios experimentais. Os resultados numéricos da programação e da simulação mostraram boa correspondência com os resultados experimentais. / This study involves the experimental and numerical determination of the hydrodynamic properties of a partially submerged cylinder with circular cross section. The numerical solution to the problem was developed using the panel method, which was programmed in the MATLAB® package, and the cylinder model was excited according to the wave parameters recorded during the cylinder drag test, enabling the determination of added mass and hydrodynamic damping. The experimental part of this study involved using a drag car in a test tank, with a PIV (Particle Image Velocimetry) system to map the non-occurrence of vortex formation on the submerged surface of the cylinder. The cylinder was attached vertically to the bottom of the car base by a rod, remaining partially submerged in the oscillatory motion tests, with defined frequency and longitudinal displacement. In the tests, the system’s sensor array detected the variables of acceleration and loading on the cylinder support rod, the car’s displacement and wave height, the latter measured by two wave probes placed at symmetrical distances from the cylinder’s initial position. The experimental tests made it possible to determine the added mass and the parameters required for the numerical solution. The development of the numerical solution of the hydrodynamic problem via simulation with commercial software was performed using the ANSYS® AQWATM package, in which the modeled cylinder was partially submerged and was excited by the wave frequency and velocity that were determined in the experimental tests. The numerical results of the programming and simulation showed a good correspondence with the experimental results.

O aprofundamento de nosso conhecimento acerca das alterações da mecânica respiratória e da resposta ao uso do broncodilatador em crianças com asma pode contribuir para o melhor entendimento desta doença. A técnica de oscilações forçadas (FOT) apresenta elevado potencial neste sentido, pois permite uma avaliação detalhada da mecânica respiratória de crianças asmáticas. Desta maneira, os objetivos deste estudo são: (1) aprofundar nosso conhecimento sobre as alterações de mecânica respiratória em crianças asmáticas; (2) investigar o potencial de utilização clínica da FOT e (3) analisar as alterações de mecânica respiratória decorrentes da resposta broncodilatadora em crianças asmáticas. No presente estudo foram analisadas 93 crianças, separadas em grupo controle (n=31) e grupo de crianças asmáticas divididas de acordo com o grau de obstrução ao fluxo aéreo determinado pela espirometria em: normal ao exame espirométrico (n=31) e com distúrbio ventilatório obstrutivo leve (n=31). Pela FOT foram analisados os parâmetros relacionados às propriedades resistivas do sistema respiratório R0 (resistência no intercepto), Rm (resistência média) e S (inclinação da reta de resistência). R0 e Rm aumentaram com a obstrução ao fluxo aéreo (p<0,002 e p<0,02, respectivamente) e S apresentou redução (p<0,0007) caracterizando, este último, aumento da não-homogeneidade do sistema respiratório. Observou- se uma redução nos parâmetros relacionados às propriedades reativas do sistema respiratório, Cdin,sr (complacência dinâmica, p<0,03) e Xm (reatância média, p<0,02) com o aumento da obstrução. Também foi analisado o módulo da impedância em 4 Hz (&#1472;Zrs4Hz&#1472;), parâmetro relacionado com a carga mecânica total no sistema respiratório, que mostrou- se aumentado com a obstrução(p<0,001). Na análise do desempenho diagnóstico, os parâmetros R0, Rm, Cdin,sr e &#1472;Zrs4Hz&#1472; apresentaram área sob a Curva (AUC), sensibilidade (Se) e especificidade (Sp) adequados ao uso clínico no grupo com distúrbio ventilatório obstrutivo leve. Estes valores foram mais elevados do que no grupo de crianças asmáticas normais ao exame espirometrico, o que está relacionado com as maiores alterações no grupo com obstrutrução leve. A resposta broncodilatadora foi estudada observando- se as diferenças dentro do mesmo grupo de crianças e mensurando as alterações em cada grupo antes e após o uso do broncodilatador. Os parâmetros relacionados às propriedades resistivas, R0, Rm e S apresentaram melhora significativa com redução das resistências no grupo controle (p<0,00001, p<0,0003 e 0,00001), normal ao exame espirometrico (p<0,000002, p<0,00008 e 0,0006) e grupo com distúrbio ventilatório obstrutivo leve (p<0,0001, p<0,0007 e 0,000001). Estas alterações ocorreram no grupo controle e nos grupos de crianças asmáticas. Crs,din e Xm também apresentaram alterações significativas em todos os grupos estudados: no grupo controle (p<0,0001, p<0,00001), normal ao exame (p<0,00006, p<0,00001) e no grupo com distúrbio ventilatório obstrutivo leve (p<0,0001, p<0,00001), fato também observado na análise de &#1472;Zrs4Hz&#1472; no grupo controle (p<0,00001), normal ao exame (p<0,00001) e grupo com distúrbio ventilatório obstrutivo leve (p<0, 00001). Concluímos que a asma introduz alterações nos parâmetros resistivos e reativos do sistema respiratório com o aumento do grau de obstrução ao fluxo aéreo. Essas alterações foram identificadas nas crianças com obstrução leve. A FOT detectou as alterações ocorridas após a utilização da medicação broncodilatadora. Estes resultados indicam que a FOT pode ser um exame sensível para avaliar as alterações fisiopatológicas decorrentes da asma em crianças. / The increase of our knowledge about changes in respiratory mechanics and response to bronchodilator use in asthmatic children may contribute to a better understanding of this disease. The forced oscillation technique (FOT) has high potential in this sense, since it allows a detailed assessment of respiratory mechanics in asthmatic children. Thus, the objectives of this study are: (1) increase our understanding of the changes in respiratory mechanics of asthma in children, (2) investigate the clinical potential of FOT and (3) analyze the changes in respiratory mechanics resulting from bronchodilator response in asthmatic children. The present study examined 93 children, separated in the control group (n=31) and the asthmatic group divided according to the degree of airflow obstruction determined by spirometry in normal spirometry results (n=31) and with mild airway obstruction (n=31). Using the FOT we analyzed parameters related to the resistance of the respiratory system R0 (intercept resistance), Rm (resistance average) and S (slope of the resistance). R0 and Rm increased with airflow obstruction (p<0.002 and p<0.02, respectively) and S decreased (p<0.0007), indicating increased respiratory system non-homogeneity. There was a reduction in parameters related to the reactive properties of the respiratory system, Cst,sr (dynamic compliance, p<0.03) and Xm (reactance average, p<0,001) with increasing obstruction. The module of the respiratory system impedance at 4 Hz (| Zrs4Hz |) was also studied. This parameter is related to the total mechanical load on the respiratory system, and increased significantly with obstruction (p<0,001). Analyzing the diagnostic performance of FOT parameters, R0, Rm, Cst,sr and |Zrs4Hz| presented adequate values for clinical use in the identification of mild airway obstruction (AUC>0.7). These values were higher than that observed in the identification of the normal to the spirometric exam group, which may be related to the higher modifications in the group of children with mild airway obstruction. The bronchodilator response was studied by observing the differences within the same group of children, measuring the changes in each group before and after bronchodilator use. The parameters related to the resistance, R0, Rm and S showed significant improvement indicating reduced resistance in control group (p<0.00001,p<0.0003 e 0.00001), normal spirometry results (p<0.000002, p<0.00008 e 0.0006) and with mild airway obstruction (p<0.0001, p<0.0007 e 0.000001). These changes occurred in the control group and groups of children with asthma. Crs,din and Xm also showed significant changes in all groups studied in control group p<0.0001, p<0.00001), normal spirometry results (p<0.00006, p<0.00001) and with mild airway obstruction (p<0.0001, p<0.00001), a fact also observed in the analysis of | Zrs4Hz |, with showed a significant decrease in control group (p<0.00001), normal spirometry results(p<0.00001) and with mild airway obstruction (p<0.00001). We conclude that the increase of the degree of airflow obstruction in asthmatic children introduces increases in the resistance of the respiratory system, reductions in the dynamic compliance, reduction in homogeneity, as well as increase in the total respiratory system mechanical load. The FOT is able to detect respiratory changes in patients with mild airway obstruction. The use of bronchodilator medication introduces changes in asthmatic children, as well as in normal children. The results of the present study indicate that the FOT can be a sensitive test to evaluate the changes associated with asthma in children.

O aprofundamento de nosso conhecimento acerca das alterações da mecânica respiratória e da resposta ao uso do broncodilatador em crianças com asma pode contribuir para o melhor entendimento desta doença. A técnica de oscilações forçadas (FOT) apresenta elevado potencial neste sentido, pois permite uma avaliação detalhada da mecânica respiratória de crianças asmáticas. Desta maneira, os objetivos deste estudo são: (1) aprofundar nosso conhecimento sobre as alterações de mecânica respiratória em crianças asmáticas; (2) investigar o potencial de utilização clínica da FOT e (3) analisar as alterações de mecânica respiratória decorrentes da resposta broncodilatadora em crianças asmáticas. No presente estudo foram analisadas 93 crianças, separadas em grupo controle (n=31) e grupo de crianças asmáticas divididas de acordo com o grau de obstrução ao fluxo aéreo determinado pela espirometria em: normal ao exame espirométrico (n=31) e com distúrbio ventilatório obstrutivo leve (n=31). Pela FOT foram analisados os parâmetros relacionados às propriedades resistivas do sistema respiratório R0 (resistência no intercepto), Rm (resistência média) e S (inclinação da reta de resistência). R0 e Rm aumentaram com a obstrução ao fluxo aéreo (p<0,002 e p<0,02, respectivamente) e S apresentou redução (p<0,0007) caracterizando, este último, aumento da não-homogeneidade do sistema respiratório. Observou- se uma redução nos parâmetros relacionados às propriedades reativas do sistema respiratório, Cdin,sr (complacência dinâmica, p<0,03) e Xm (reatância média, p<0,02) com o aumento da obstrução. Também foi analisado o módulo da impedância em 4 Hz (&#1472;Zrs4Hz&#1472;), parâmetro relacionado com a carga mecânica total no sistema respiratório, que mostrou- se aumentado com a obstrução(p<0,001). Na análise do desempenho diagnóstico, os parâmetros R0, Rm, Cdin,sr e &#1472;Zrs4Hz&#1472; apresentaram área sob a Curva (AUC), sensibilidade (Se) e especificidade (Sp) adequados ao uso clínico no grupo com distúrbio ventilatório obstrutivo leve. Estes valores foram mais elevados do que no grupo de crianças asmáticas normais ao exame espirometrico, o que está relacionado com as maiores alterações no grupo com obstrutrução leve. A resposta broncodilatadora foi estudada observando- se as diferenças dentro do mesmo grupo de crianças e mensurando as alterações em cada grupo antes e após o uso do broncodilatador. Os parâmetros relacionados às propriedades resistivas, R0, Rm e S apresentaram melhora significativa com redução das resistências no grupo controle (p<0,00001, p<0,0003 e 0,00001), normal ao exame espirometrico (p<0,000002, p<0,00008 e 0,0006) e grupo com distúrbio ventilatório obstrutivo leve (p<0,0001, p<0,0007 e 0,000001). Estas alterações ocorreram no grupo controle e nos grupos de crianças asmáticas. Crs,din e Xm também apresentaram alterações significativas em todos os grupos estudados: no grupo controle (p<0,0001, p<0,00001), normal ao exame (p<0,00006, p<0,00001) e no grupo com distúrbio ventilatório obstrutivo leve (p<0,0001, p<0,00001), fato também observado na análise de &#1472;Zrs4Hz&#1472; no grupo controle (p<0,00001), normal ao exame (p<0,00001) e grupo com distúrbio ventilatório obstrutivo leve (p<0, 00001). Concluímos que a asma introduz alterações nos parâmetros resistivos e reativos do sistema respiratório com o aumento do grau de obstrução ao fluxo aéreo. Essas alterações foram identificadas nas crianças com obstrução leve. A FOT detectou as alterações ocorridas após a utilização da medicação broncodilatadora. Estes resultados indicam que a FOT pode ser um exame sensível para avaliar as alterações fisiopatológicas decorrentes da asma em crianças. / The increase of our knowledge about changes in respiratory mechanics and response to bronchodilator use in asthmatic children may contribute to a better understanding of this disease. The forced oscillation technique (FOT) has high potential in this sense, since it allows a detailed assessment of respiratory mechanics in asthmatic children. Thus, the objectives of this study are: (1) increase our understanding of the changes in respiratory mechanics of asthma in children, (2) investigate the clinical potential of FOT and (3) analyze the changes in respiratory mechanics resulting from bronchodilator response in asthmatic children. The present study examined 93 children, separated in the control group (n=31) and the asthmatic group divided according to the degree of airflow obstruction determined by spirometry in normal spirometry results (n=31) and with mild airway obstruction (n=31). Using the FOT we analyzed parameters related to the resistance of the respiratory system R0 (intercept resistance), Rm (resistance average) and S (slope of the resistance). R0 and Rm increased with airflow obstruction (p<0.002 and p<0.02, respectively) and S decreased (p<0.0007), indicating increased respiratory system non-homogeneity. There was a reduction in parameters related to the reactive properties of the respiratory system, Cst,sr (dynamic compliance, p<0.03) and Xm (reactance average, p<0,001) with increasing obstruction. The module of the respiratory system impedance at 4 Hz (| Zrs4Hz |) was also studied. This parameter is related to the total mechanical load on the respiratory system, and increased significantly with obstruction (p<0,001). Analyzing the diagnostic performance of FOT parameters, R0, Rm, Cst,sr and |Zrs4Hz| presented adequate values for clinical use in the identification of mild airway obstruction (AUC>0.7). These values were higher than that observed in the identification of the normal to the spirometric exam group, which may be related to the higher modifications in the group of children with mild airway obstruction. The bronchodilator response was studied by observing the differences within the same group of children, measuring the changes in each group before and after bronchodilator use. The parameters related to the resistance, R0, Rm and S showed significant improvement indicating reduced resistance in control group (p<0.00001,p<0.0003 e 0.00001), normal spirometry results (p<0.000002, p<0.00008 e 0.0006) and with mild airway obstruction (p<0.0001, p<0.0007 e 0.000001). These changes occurred in the control group and groups of children with asthma. Crs,din and Xm also showed significant changes in all groups studied in control group p<0.0001, p<0.00001), normal spirometry results (p<0.00006, p<0.00001) and with mild airway obstruction (p<0.0001, p<0.00001), a fact also observed in the analysis of | Zrs4Hz |, with showed a significant decrease in control group (p<0.00001), normal spirometry results(p<0.00001) and with mild airway obstruction (p<0.00001). We conclude that the increase of the degree of airflow obstruction in asthmatic children introduces increases in the resistance of the respiratory system, reductions in the dynamic compliance, reduction in homogeneity, as well as increase in the total respiratory system mechanical load. The FOT is able to detect respiratory changes in patients with mild airway obstruction. The use of bronchodilator medication introduces changes in asthmatic children, as well as in normal children. The results of the present study indicate that the FOT can be a sensitive test to evaluate the changes associated with asthma in children.

Este trabalho visa a determinação numérico-experimental de propriedades hidrodinâmicos em um cilindro de seção circular parcialmente submerso. A solução numérica do problema foi desenvolvida através do método dos painéis, o qual foi programado no pacote MATLAB®, sendo que o modelo do cilindro é excitado segundo os parâmetros de onda registrados a partir do ensaio de arrasto do cilindro, possibilitando a determinação da massa adicional e amortecimento hidrodinâmico. O desenvolvimento experimental foi efetivado através de ensaios em tanque de testes, com o uso de um carro de arrasto, tendo sido utilizado um sistema PIV (Particle Imagem Velocimetry) para mapear a não ocorrência da formação de vórtices na superfície submersa do cilindro. O cilindro foi fixado na base do carro, através de uma haste, na posição vertical, permanecendo parcialmente submerso nos ensaios de movimento oscilatório, com frequência e deslocamento longitudinal definidos. Nos ensaios, o conjunto de sensores no sistema detectou as variáveis de aceleração e carregamento na haste de sustentação do cilindro, deslocamento do carro e altura de onda, este último, realizado por dois wave probes simetricamente distanciados da posição inicial do cilindro. Os ensaios possibilitaram a obtenção da massa adicional e dos parâmetros necessários à solução numérica. O desenvolvimento da solução numérica hidrodinâmica via simulação em programa comercial foi realizado no pacote ANSYS® AQWATM, onde o cilindro foi modelado parcialmente submerso, sendo excitado pela frequência e velocidade de onda, os quais foram obtidos nos ensaios experimentais. Os resultados numéricos da programação e da simulação mostraram boa correspondência com os resultados experimentais. / This study involves the experimental and numerical determination of the hydrodynamic properties of a partially submerged cylinder with circular cross section. The numerical solution to the problem was developed using the panel method, which was programmed in the MATLAB® package, and the cylinder model was excited according to the wave parameters recorded during the cylinder drag test, enabling the determination of added mass and hydrodynamic damping. The experimental part of this study involved using a drag car in a test tank, with a PIV (Particle Image Velocimetry) system to map the non-occurrence of vortex formation on the submerged surface of the cylinder. The cylinder was attached vertically to the bottom of the car base by a rod, remaining partially submerged in the oscillatory motion tests, with defined frequency and longitudinal displacement. In the tests, the system’s sensor array detected the variables of acceleration and loading on the cylinder support rod, the car’s displacement and wave height, the latter measured by two wave probes placed at symmetrical distances from the cylinder’s initial position. The experimental tests made it possible to determine the added mass and the parameters required for the numerical solution. The development of the numerical solution of the hydrodynamic problem via simulation with commercial software was performed using the ANSYS® AQWATM package, in which the modeled cylinder was partially submerged and was excited by the wave frequency and velocity that were determined in the experimental tests. The numerical results of the programming and simulation showed a good correspondence with the experimental results.

Um corpo imerso em movimento arbitrário interage com o fluido ao redor. As partículas fluidas próximas ao corpo exercem certa resistência inercial quando o corpo acelera ou desacelera, devido ao acoplamento dinâmico entre corpo e fluido. Este trabalho resolve as equações de Navier-Stokes, discretizadas pelo método dos elementos finitos, usando o programa de código aberto (LGPL) FreeFem++, e avalia as forças do escoamento que agem sobre um cilindro circular, o qual oscila harmonicamente em um fluido em repouso para números de Keulegan-Carpenter (KC) entre 0,5 e 10, mantendo o parâmetro da frequência constante e igual a 35. Os números de KC selecionados visam entender os conceitos de inércia adicional em fluido viscoso, desde em escoamentos simples até em escoamento mais complexos. O escoamento é bidimensional, laminar e não estacionário. A força em linha com o movimento é então decomposta, conforme equação de Morison, como a soma de uma força inercial e outra de arrasto. Os resultados possuem boa aderência com trabalhos analíticos, experimentais e numéricos anteriores disponíveis na literatura. A dinâmica do escoamento induzido pelo cilindro em movimento harmônico é rica. Para baixo KC, o escoamento é simétrico e estável. Para valores intermediários de KC, a camada limite descola da superfície do cilindro e vórtices são emitidos a cada meio-ciclo. Para elevado KC, certa assimetria se desenvolve e vórtices são emitidos obliquamente a cada meio-ciclo. / An immersed body in arbitrary motion interacts with the surrounding fluid. The fluid particles close to the body impart their inertial resistance when the body accelerates or decelerates, due to the dynamic coupling between body and fluid. This work solves the incompressible Navier-Stokes equation, discretized by the finite element method, using the open source (LGPL) software FreeFem++, and evaluates the flow forces that act on a circular cylinder which oscillates harmonically in a resting fluid for Keulegan- Carpenter (KC) number between 0.5 and 10, with a constant frequency parameter equal to 35. The selected KC numbers aims to understand the concepts of added inertia in viscous fluid, from simpler to more complex flows. The flow is two dimensional, laminar and unsteady. The in-line force is then decomposed, according to Morison equation, as a sum of an inertial force and a drag force. The results agree with former analytical, experimental and numerical works available in the literature. The dynamics of the flow induced by the harmonically moving cylinder is rich. For low KC, the flow is symmetric and stable. For intermediate KC, the boundary layer detaches from the cylinder surface and vortices are shed at each half cycle. For higher KC, certain asymmetry develops and vortices are shed obliquely at each half cycle.

Allergic asthma is an inflammatory disease of the airways and is characterized by eosinophilic inflammation and increased airway reactivity. In the studies presented in this thesis, lung mechanics and measurements of airway reactivity were assessed in anaesthetized tracheostomized mice by using an animal ventilator (flexiVent®). A forced oscillation technique makes it possible to measure of both airway and tissue mechanics with a potential to distinguish between central and peripheral airways. The results of the experiments on lung mechanics imply that it is important to understand how altered lung mechanics can affect the airway physiology in order to assess the relevance of different animal models of asthma. We have investigated the effects of changing different components of the lung mechanical measurements, such as administering bronchoconstrictive agents via inhalation or intravenously and implementing deep inhalation in animals with airway inflammation. We have also investigated the relation between airway inflammation and oxidative stress. We found that the formation and time-course of F2-isoprostanes, a marker of oxidative stress, and tissue damage were associated with the degree of inflammation and with the degree of heterogeneous airway airflow. Finally we wished to investigate the hypothesis that nitric oxide (NO) may interact with glucocorticoid (GC) treatment because we see a potential for finding new strategies to increase the therapeutic effect in poor responders or patients resistant to GC treatment. NO plays a central role in physiological regulation of the airway function, and is involved in asthma. We found that the concomitant administration of NO and GC attenuated the airway reactivity more than either treatment alone. In conclusion, with the information presented in this thesis, we hope to contribute to the development of better experimental tools and to improved understanding of murine models of asthma for investigating and understanding the underlying pathophysiology of asthma.