Orientador: Sandra dos Santos Padula / Banca:Eduardo de Moraes Gregores / Banca: Fernando Silveira Navarra / Banca: Lauro Tomio / Banca: Marcelo Gameiro Munhoz / Resumo: Apresentamos resultados de um estudo sistemático do papel das equações de estado no modelo hidrodinâmico. Simulamos colisões Au+Au para duas energias do Relativistic Heavy Ion Collider (RHIC), 130 e 200 GeV por nucleon, para compararmos os nossos resultados aos dados experimentais desse acelerador. Utilizando as mesmas condições iniciais e mecanismo de desacoplamento, analisamos os efeitos de diferentes equações de estado sobre alguns observáveis físicos através dos resultados de suas respectivas evoluções hidrodinâmicas. Os observáveis de interesse nesse trabalho são o espectro de partículas, o fluxo elíptico, usado para estudar o impacto das equações de estado nas anisotropias do estado final, e os parâmetros de raio estimados através do efeito Hambury-Brown-Twiss (HBT). São estudadas três diferentes equações de estado, cada uma enfocando diferentes características do sistema formado, tais como a natureza da transição de fase, densidades de estranheza e bariônica. Essas diferentes equações de estado implicam em diferentes respostas hidrodinâmicas sobre os observáveis. Embora as três equações de estado utilizadas no cálculo descrevam razoavelmente bem os dados experimentais, as diferenças observadas são pequenas, demonstrando pouca sensibilidade dos resultados finais a cada escolha particular de equação de estado / Abstract: We present results of a systematic study of the role of the equation of state in the hydrodynamic model. We simulate Au+Au collisions for two energies of the Relativistic Heavy Ion Collider (RHIC), 130 and 200 GeV per nucleon, in order to compare our results to the collider data. By using the same initial conditions and freeze-out scenario, we analysed the effects of different equations of state on some physical observables trough the results of their respective hydrodynamical evolution. The observables of interest investigate here are particle spectra, elliptic flow, used to study the impact of the equations of state on final state anisotropies, and radii parameters estimated by the Hambury-Brown-Twiss effect (HBT). Three different types of equation of state are studied, each focusing on different features of the system, such as the nature of the phase transition, strangeness and baryon densities. These different equations of state imply different hydrodynamic responses on the observables. Although the three equations of state used in the calculations describe the data reasonably well, some small differences are observed, showing weak sensitivity of the results on the particular choice of equation of state / Doutor

Orientador: Roberto Alves de Oliveira / Coorientador: Rose Maria Duda / Banca: Luciano Santos Rodrigues / Banca: Ariovaldo José da Silva / Resumo: A atividade suinícola se intensificou nas últimas décadas, o que proporcionou o aumento na produção de águas residuárias. Os reatores anaeróbios horizontais, em série, seguidos de filtro biológico percolador são uma nova proposta para o tratamento dessas águas residuárias, com vantagens, como a produção de biogás e o efluente final com menor poder poluente. Neste trabalho foi avaliado um sistema anaeróbio composto por um reator anaeróbio horizontal com manta de lodo (RAHML - R1), e três reatores anaeróbios horizontais com leito fixo, utilizando anéis de eletroduto corrugado (RAHLF - R2, R3 e R4) instalados em série, para o tratamento de águas residuárias de suinocultura. Também foi realizado o póstratamento do efluente anaeróbio em um filtro biológico percolador seguido de um sedimentador. Os tempos de detenção hidráulica (TDH) aplicados no sistema anaeróbio (R1+R2+R3+R4) foram de 65; 48,4 e 16,1 h e as cargas orgânicas volumétricas (COV) aplicadas no R1 foram similares estatisticamente, com valores médios de 16,2; 19,8 e 15,1g DQO (L d)-1, nos ensaios 1, 2 e 3, respectivamente. As maiores remoções de demanda química de oxigênio total (DQOtotal), e produções volumétricas de metano de até 63% e de 0,730 m3 CH4 (m3 reator d)-1, ocorreram no R1, onde também foram observados os maiores tempos de retenção de sólidos (TRS), de até 49 dias. Embora os reatores R2, R3 e R4 tenham apresentado menores eficiências, contribuíram para a produção volumétrica de metano e para a estabilidade na remoção de material orgânico do sistema estudado, principalmente com a aplicação TDH maiores. Com a realização da hidrodinâmica no final do ensaio 2, utilizando o método estímulo resposta em pulso, verificou-se que os reatores anaeróbios horizontais R2, R3 e R4 possuem regime de escoamento com características de reatores de mistura completa e o R1 com... / Abstract: The swine activity has intensified in the last decades which resulted in the increased production of wastewater. The horizontal anaerobic reactors in series, followed by biological trickling filter are a new proposal in the treatment of these wastewaters and presents advantages such as biogas production and the final effluent with power pollutant reduced. This study evaluated an anaerobic system formed by a horizontal anaerobic sludge blanket (RAHML - R1), and three horizontal anaerobic reactors with fixed bed utilizing as material support rings of corrugated conduit (RAHLF - R2, R3 and R4) installed in series, for the treatment of wastewater swine. Was also performed post-treatment of anaerobic effluent in a biological trickling filter followed by a settler. The hydraulic retention time (HRT) applied in the anaerobic system (R1 + R2 + R3 + R4) were 65; 48.4 and 16.1 h and the organic loading rate (OLR) applied in R1 were statistically similar, with mean values of 16.2; 19.8 and 15.1 g COD (L d) -1, in trials 1, 2 and 3, respectively. The highest removals of total chemical oxygen demand (totalCOD), and volumetric methane productions of up to 63% and 0.730 m3 CH4 (m3 reactor d)-1, and occurred in R1, which were also observed the largest solid retention times (SRT) of up to 49 days. Although the R2 reactors, R3 and R4 presented lower efficiencies, but they contributed to the volumetric production of methane and to stability in the removal of organic matter in the studied system, especially with the largest application HDT. With the realization of the hydrodynamic at end of test 2 for answers stimulation pulse method, was possible to observe that the horizontal anaerobic reactors R2, R3 and R4 are flow regime with complete mixing reactor characteristics and R1 with plug flow characteristics. With the inclusion of post-treatment system, there were removals up to 90, 96, 64, 86, 68, 64, 77, 76 ... / Mestre

Orientador: Messias Meneguette Junior / Banca: Adriana Luiza do Prado / Banca: Analice Costacurta Brandi / Resumo: Atualmente, devido ao grande avanço tecnológico, o uso dos métodos de partículas (Meshfree Particle Methods), vem ganhando espaço nas simulações numéricas de escoamentos. O marco inicial foi o método Smoothed Particle Hydrodynamics (SPH) que se mostrou bastante eficiente para problemas de escoamento compressível, mas nem tanto para escoamento incompressível. Rapidamente surgiram estratégias para problemas incompressíveis, como o Incompressible Smoothed Particle Hydrodynamics (ISPH) e o Moving Particle Semi-Implicit (MPS): em ambos os métodos a pressão é atualizada por uma equação de Poisson. Assim, para se obter uma boa aproximação das equações de Navier- Stokes é necessário resolver bem a equação de Poisson. Os métodos de partículas (MPM) estão sendo usados nas mais diversas áreas e seu desenvolvimento e adequação são objetos de pesquisas no momento. O estudo desta dissertação visa uma análise comparativa dos aspectos teóricos do SPH: abordagem euleriana e lagrangiana; o formalismo, que tem como base a representação integral de uma função; discretização por duas aproximações fundamentais que são da função núcleo e por partículas e as respectivas consistências; tratamento de fronteiras e, também, um estudo detalhado sobre a influência da desordem das partículas, preocupação esta bastante recente na literatura e cujo entendimento não está ainda bem sistematizado. Um estudo comparativo, será efetuado por meio da equação de Poisson, que é objeto principal desta ... (Resumo completo, clicar acesso eletrônico abaixo) / Abstract: Currently, due to technological advances, the use of meshfree particle methods has high importance in flow numerical simulations. The milestone was the Smoothed Particle Hydrodynamics (SPH) method, which proved quite efficient for problems of compressible flow, but less so for incompressible one. Quickly emerged strategies for incompressible problems, such as Incompressible Smoothed Particle Hydrodynamics (ISPH) and Moving Particle Semi-Implicit (MPS): in both methods the pressure is updated by a Poisson equation. Thus, to obtain a good approximation of the Navier-Stokes equations it is necessary to solve the Poisson equation. Meshfree Particle Methods (MPM) are being used in several areas and their development and adaptation are research matter at the moment. This study will provide a solid expertise in MPM, since it seeks a comparative analysis of theoretical aspects of MPM: Eulerian and Lagrangian approaches; formalism of MPMs that is based on integral representation of a function; discretization by two fundamental approximations that are of the kernel and by particles as well as the respective consistencies; boundary treatment and also a detailed study on the influence of particle disorder, a concern that is quite recent in the literature and whose understanding is not yet well systematized. A comparative study will be carried out through the Poisson equation, which is the main object of this dissertation. The analysis will be done initially with the fixed particles, uniformly distributed and compared with disturbed distributions without correction of self-adjustment. In addition, the codes in M atlab R were developed for the generation of numerical solutions using disordered particles / Mestre

Orientador: Weiliang Qian / Coorientador: Kai Lin / Banca: Marcelo Batista Hott / Banca: Otávio Socolowski Junior / Resumo: Nesta dissertação, investigamos o algoritmo numérico conhecido como hidrodinâmicos de Partículas Suavizadas (SPH). O algoritmo de interpolação SPH é amplamente utilizado para equações diferenciais e para aplicações como problemas em colisões de íons pesados, por exemplo, modelo Landau unidimensional e expansão transveral de escala longitudinal. Propriedades importantes, precisão, eficiência e estabilidades, são discutidas. Como SPH é um método sem malha, os méritos e desvantagens comparados com os métodos baseados em grade anteriores são resumidos. Para colisão de alta energia, o sistema composto pode ser modelado pela hidrodinâmica. Em particular, a equação de Euler e sua versão relativística são abordadas. Além do método SPH convencional, o método de partículas finitas (FPM), que faz uso da expansão da série Taylor de funções suaves desconhecidas, também é investigado. Para o modelo Landau unidimensional, ambos os algoritmos são aplicados e os resultados são comparados. Devido à melhor precisão do FPM, a equação de movimento hidrodinâmica correspondente é derivada. Mostramos que a equação de movimento derivada garante uma melhor consistência das partículas. Também foram feitos esforços no desenvolvimento de programas para estudar a solução numérica do modelo hidrodinâmico de Landau. Escrevemos alguns programs curtos em c++ para calcular numericamente a evolução temporal do modelo de Landau. Os resultados são então comparados aos da abordagem analítica. Além disso, o código ... (Resumo completo, clicar acesso eletrônico abaixo) / Abstract: In this dissertation, we investigate the numerical algorithm known as the Smoothed Particle Hydrodynamics (SPH). The SPH interpolation algorithm are widely used for partial differential equations and for applications such as problems in heavy ion collisions for instance one dimensional Landau model and transverse expansion under a longitudinal scaling expansion. Important properties accuracy, efficiency, stability are discussed. As SPH IS a mesh free method, the merits and drawbacks comparing with previous grid based methods are summarized. For high energy collision, the compound system can be modeled by hydrodynamics. In particular, the Euler equation and its relativistic version are addressed. Besides the conventional SPH method, the finite particle method (FPM) which makes use of the Taylor series expansion of unknown smooth functions is also investigated. For the one dimensional Landu model, both algorithms are applied and results are compared. Owing to the better accuracy of the FPM, the corresponding hydrodynamic equation of motion is derived. We show that the derived equation of motion guarantees better particle consistency. Efforts have also been made in developing programs to study the numerical solution of Landau's hydrodynamical model. We write some short programs in c++ to numerically calculate the temporal evolution of Landau's model. The results are then compared to those of the analytic approach. Moreover the code based on the standard SPH algorithm is modified to investigate FPM scheme / Mestre

The Dynamic Positioning (DP) System is responsible for the station keeping of vessels in several offshore operations. The forces required by the DP System are distributed among the available thrusters by a thrust allocation algorithm which should be accurate, efficient and robust. This means that the effective forces match the required forces while power consumption is minimized. Additionally, in case of impossibility of generating the required forces the heading of the vessel is maintained to avoid increasing environmental forces. To accurately generate the required forces, the physical limitations of the thrusters and the hydrodynamic interactions must be considered. The hydrodynamic interactions are consistently modelled to accommodate the following typical effects: thruster-hull, thruster-current and thruster-thruster interaction. The result of this modeling is a nonlinear optimization problem, which is solved using the Sequential Quadratic Programming (SQP) algorithm with slack variables. The DP simulation carried out show that by considering the hydrodynamic interactions on thrust allocation the overall performance (controllability and power consumption) of the DP system is improved. / O Sistema de Posicionamento Dinâmico (DP) é responsável pela manutenção da posição de embarcações em diversas operações offshore. As forças requeridas pelo Sistema DP são distribuídas entre os propulsores disponíveis por um algoritmo de alocação de empuxo que deve ser preciso, eficiente e robusto. Isso significa que as forças efetivas correspondem às forças solicitadas, enquanto o consumo de energia é minimizado. Além disso, em caso de impossibilidade de gerar as forças necessárias, o rumo da embarcação é mantido para evitar o aumento das forças ambientais. Para gerar com precisão as forças necessárias, as limitações físicas dos propulsores e as interações hidrodinâmicas devem ser consideradas. As interações hidrodinâmicas são modeladas de forma consistente para acomodar os seguintes efeitos típicos: interação entre casco e propulsor, correnteza e propulsor e entre propulsores. O resultado desta modelagem é um problema de otimização não linear, que é resolvido usando o algoritmo de Programação Quadrática Sequencial (SQP) com variáveis de relaxamento. As simulações de posicionameto dinâmico realizadas mostram que, ao considerar as interações hidrodinâmicas na alocação de empuxo, o desempenho geral (controlabilidade e consumo de energia) do sistema DP melhora.

This thesis assesses the use of the measured motions of a semisubmersible oil platform as a basis for estimating on-site wave spectra. The inference method followed is based on the wave buoy analogy, which aims at solving the linear inverse problem: estimate the sea state, given the measured motions and the transfer function of the platform. Directional wave inference obtained from the records of vessels motions is a technique that has seen its application grow signicantly over the last years. As a matter of fact, its applications in ships with forward speed and ship-shaped moored platforms (such as FPSOs) have provided good results. However, little research has been done regarding the use of semisubmersible platforms as wave sensors. This is due to the fact that these platforms are designed to present no signicant responses when excited by waves. Notwithstanding this, the semisubmersible platforms are characterized by measurable small motions. Moreover, if compared with ship-shaped motion-based wave sensors, the responses of the semisubmersibles are in better agreement with the response characteristics estimations obtained by means of linear hydrodynamic models. In addition, the eminently linear characteristics of the responses often lasts even for severe wave conditions. This feature results in that the semisubmersible platforms stand as a promising wave sensor even for extreme sea states, conditions in which other types of sensors (i.e. buoys, radars) may face diculties. Throughout the text, the main results of this work are presented and discussed. These results are mainly based on a dedicated experimental campaign, carried out with a scaled model of the Asgar-B platform, which is a semisubmersible platform located in the Asgard eld oshore Norway. Regarding the sea states tested during the experiential campaign, they were estimated by means of a motion-based Bayesian inference method, which has been developed for more than then years at the EPUSP. In order to allow the adoption of the semisubmersible platforms as a motion based wave sensors, this thesis provides two signicant improvements of the method: rst, a method to obtain an estimation of the linearized equivalent external viscous damping is provided. This analytical methodology allows to reduce the uncertainty of the transfer function of the platform close to the resonances of the motions and, as a consequence, it increases the accuracy of the inference approach. The second relevant contribution is the development of an alternative prior distribution, which is adopted to introduce the prior beliefs regarding the sea state in the Bayesian inference approach. It is shown that although some aspects of this novel approach require further evaluation in future work, the prior distribution developed has potential to improve the accuracy of wave estimates, and, at the same time, it signi cantly simplies the calibration procedures followed by other state-of-the-art Bayesian wave inference methods. Summing up, the inference approach proposed in this work provides the bases to use each semisubmersible oil platform, which stand as the most common type of oil platforms operated oshore Brasil, as a motion based wave sensor, thus contributing to the possible broadening of the Brazilian oceanographic measurement network. / A presente tese investiga a adoção de plataformas de petróleo semi submersíveis como base para inferência das condições de onda através do monitoramento de seus movimentos. O problema em questão consiste na solução do problema inverso de comportamento em ondas; ou seja, uma vez observados os movimentos da unidade flutuante (e conhecidas suas funções de resposta de movimento), estima-se as condições de ondas que os causaram. Este tipo de método já vem sendo empregado há anos para navios em curso e também para navios convertidos em plataformas de petróleo (os chamados FPSOs) com bons resultados. No entanto, o possível emprego de plataformas semi-submersíveis para o mesmo fim foi muito pouco explorado até o momento. Evidentemente, isso decorre da suposição de que, uma vez que essas estruturas são projetadas com o intuito primeiro de atenuar os movimentos decorrentes das ações de ondas, naturalmente elas não seriam bons sensores para esta finalidade. Os resultados apresentados nesta tese, todavia, contrariam tal suposição. De fato, as semi-submersíveis respondem de forma fraca as ondas, porem esta resposta é mensurável. Não apenas isso, mas, em comparação com os cascos de navios, esta resposta adere melhor às previsões dos modelos hidrodinâmicos lineares a partir dos quais as características da plataforma são estimadas. Ademais, o caráter eminentemente linear da resposta muitas vezes perdura inclusive para condições de ondas severas. Isto, por sua vez, torna as semi-submersíveis promissoras inclusive para a estimação de mares extremos, situação nas quais os outros tipos de sensores (boias, radares) enfrentam dificuldades. Nesta tese, a demonstração destes fatos é sustentada por um extenso conjunto de testes experimentais realizados em tanque de ondas com um modelo em escala reduzida de uma plataforma que hoje opera no Mar do Norte. Para tanto, foi empregado um método de inferência Bayesiana para estimação de ondas em navios que vem sendo desenvolvido na EPUSP há mais de dez anos. Para o estudo das semi-submersíveis o trabalho propõe duas melhorias importantes no método: A primeira consiste em um procedimento analítico para prever o amortecimento hidrodinâmico de origem viscosa dos movimentos observados do casco. Este procedimento permite reduzir as incertezas quanto a função de resposta em condições de ressonância dos movimentos com as ondas e, dessa forma, aumentar a confiabilidade do método. A segunda contribuição relevante é a proposição de uma alternativa para a chamada distribuição a priori originalmente empregada pelo método Bayesiano. Demonstra-se que, embora alguns aspectos desta nova metodologia ainda necessitem de uma avaliação adicional em trabalhos futuros, a nova distribuição tem grande potencial para melhorar a precisão das estimativas de ondas, além de simplificar de maneira significativa os procedimentos atuais de calibração do sistema de inferência. Em suma, o método de inferência aqui proposto abre caminho para tornar cada unidade flutuante de óleo e gás do tipo semi-submersível, um dos sistemas de produção mais frequentes nas costas brasileiras, um eventual ponto de monitoramento de ondas, contribuindo então para a possível ampliação de nossas bases de medição oceanograficas.

The subject of this study is the determination of the resistance of an inland vessel engaged in cargo transport in the lower course of the Magdalena River, considering that the hydrodynamic effects in shallow water navigation are very different compared to the effects in deep water navigation. The hydrodynamic analysis is realized numerically using Computational Fluid Dynamics (CFD). The Reynolds-Averaging Navier-Stokes equation (RANS) solver is applied to simulate viscous and pressure effects around a tank and a hull in confined tank considering the wall bottom and side effects in shallow water navigation. For turbulence effects, realizable k-? model is used. The motion of the vessel causes elevations of the free surface, in which, is captured using the Volume of Fluid method (VOF). For discretization of flow domain, the Finite Volume Method (FVM) is applied. The motion of the fluids is updated for each time step that allows the calculation of the resistance acting on the hull. The numerical simulation results are compared with experimental data obtained by the Technological Research Institute of the State of São Paulo (IPT, acronym in Portuguese) together with the existing empirical methods for this type of cases. / É apresentado um estudo para determinar a resistência de uma barcaça empregada no transporte de carga que poderia operar no setor baixo do rio Magdalena. Os efeitos hidrodinâmicos de um navio em águas rasas são muito diferentes, comparados a esses efeitos em águas com profundidade infinita. A análise hidrodinâmica é realizada numericamente usando a Dinâmica dos Fluidos Computacional (CFD, acrônimo em inglês). A solução das equações de Navier-Stokes (NS) junto com a decomposição do Reynolds (RANS, acrônimo em inglês) é aplicada para simular os efeitos viscosos e de pressão em torno de um tanque e de uma embarcação em um tanque confinado que é caracterizado pelos efeitos do fundo e das paredes. Para efeitos de turbulência, o modelo realizado k-? é usado. O movimento da embarcação do rio provoca elevações da superfície livre que são capturadas usando o método do Volume de Fluido (VOF, acrônimo em inglês). Para a discretização do domínio de fluxo, o Método dos Volumes Finitos (FVM, acrônimo em inglês) é utilizado. O movimento dos fluidos é atualizado para cada intervalo de tempo o que permite o cálculo da resistência atuando no casco. Os resultados da simulação numérica são comparados com dados experimentais obtidos pelo Instituto de Pesquisas Tecnológicas do Estado de São Paulo (IPT), juntamente com os métodos empíricos existentes para esse tipo de casos.

Forças eletro-hidrodinâmicas apresentam boas qualidades para a utilização como meio de produzir e manipular escoamentos. Um de seus grandes méritos consiste na falta de partes móveis para a introdução de quantidade de movimento em escoamentos. Foi realizado um estudo experimental para a investigação e comparação de três diferentes configurações dos eletrodos usados para a produção de dispositivos eletro-hidrodinâmicos gerados por descarga de barreira dielétrica. Uma configuração é composta de eletrodos retangulares planos e a outra de um fio e um eletrodo retangular plano. A outra configuração usa uma nova configuração com um eletrodo plano de borda serrilhada, como eletrodo ativo, e um eletrodo retangular plano isolado. Todas as configurações foram investigados para entender o comportamento na produção de escoamento. Medições de tubo Pitot dos perfis de velocidade dos jatos de parede foram feitas em várias distâncias a partir da região da descarga elétrica. Na sequência, a medição do escoamento ao longo do eletrodo serrilhado foi realizada. Assim, pretende-se determinar as características de escoamento tridimensionais produzidas por esta configuração. Os resultados mostram melhores características da configuração serrilhado para ser utilizado na produção de escoamento mais intensos. / Electro-hydrodynamic forces have good qualities to be used to produce and manipulate flows. One of its great merits is the lack of moving parts to introduce momentum in flows. An experimental study for measure and comparing three different configurations of electrodes used for the production of electro-hydrodynamic devices generated by dielectric barrier discharge was performed. One configuration is composed of rectangular at electrodes and the other of a wire electrode and a rectangular at electrode. The other uses a new configuration with a serrated edge flat plane electrode, as the active electrode and an isolated rectangular flat. All configurations are investigated to understand the behavior in the production of the flow. Pitot tube measurements of velocity profiles of the wall jets are made at various distances away from the electrical discharge region. Further, the measurement of the flow along the serrated electrod is performed. Thus, it is intended to determine the three-dimensional flow characteristics produced by this configuration. The results show the best features of serrated configuration to be used in the production of more intense flow.

Os mecanismos de instabilidade hidrodinâmica têm um papel importante no processo da transição do escoamento de laminar para turbulento. A análise da instabilidade hidrodinâmica em uma cavidade com tampa deslizante foi realizada através da decomposição em modos globais (biglobal) para avaliar o efeito da compressibilidade neste fenômeno. O escoamento base foi obtido através de simulação numérica direta (DNS). Para tal, foi desenvolvido um código DNS compressível com discretização espacial por diferenças finitas compactas de alta resolução espectral e capacidade de processamento paralelo, com um método de decomposição de domínio que mantém a precisão das diferenças finitas compactas. O escoamento base é usado para montar o problema de autovalor oriundo das equações de Navier-Stokes linearizadas para a perturbação, discretizadas por diferenças finitas explícitas. O uso de diferenças finitas em conjunto com a implementação em matrizes esparsas reduz sensivelmente o uso de memória. Através do algoritmo de Arnoldi, a ordem do problema de autovalor é reduzida e os autovalores de interesse são recuperados. Os resultados indicam o efeito estabilizante da compressibilidade nos modos dominantes da cavidade e revelam modos inerentes ao escoamento compressível, para os quais a compressibilidade tem efeito desestabilizante. Dentre estes modos compressíveis, estão presentes modos de propagação sonora em dutos e modos relacionados à geração de som na cavidade. / Hydrodynamic instability mechanisms play an important role in laminar to turbulent transition. Hydrodynamic instability analysis of a lid-driven cavity flow was performed by global mode decomposition (biglobal) to evaluate compressibility effects on this phenomenon. The basic flow was calculated by direct numerical simulation (DNS). A compressible DNS code was developed with spectral-like compact finite difference spatial discretization. The code allows parallel processing with a domain decomposition method that preserves the compact finite difference accuracy. The basic flow is used to form the eigenvalue problem associated to the linear Navier- Stokes equations for the perturbation, which were discretized by an explicit finite difference scheme. The combination of sparse matrix techniques and finite difference discretization leads to a significant memory reduction. The order of the eigenvalue problem was reduced using the Arnoldi algorithm and the eigenvalues of interest were calculated. Results show the stabilizing effect of compressibility on the leading modes and reveal some modes intrinsic to compressible flow, for which compressibility has a destabilizing effect. Among these compressible modes, there are some related to sound propagation in ducts and to sound generation inside the cavity.

O objetivo deste projeto de mestrado é estudar o escoamento bidimensional ao redor de um cilindro isolado oscilando forçadamente e apoiado em base elástica através de simulações computacionais utilizando o Método de Elementos Espectrais. Este tópico suscita grande interesse no meio tecnológico, pois esta configuração aparece com bastante freqüência em estruturas marítimas, como os \"risers\" de produção e umbilicais de plataformas de exploração de petróleo, e também no meio acadêmico, uma vez que se trata do estudo de fenômenos complexos originados do escoamento ao redor de uma geometria simples: cilindro circular. A pesquisa tem seu principal enfoque na avaliação da utilização do método espectral de elementos finitos para solução do escoamento bidimensional no limite do regime de esteira laminar, Re < ou = 200 , ao redor de um cilindro oscilando forçadamente e apoiado em base elástica. As simulações do escoamento ao redor de um cilindro oscilando forçadamente são realizadas com duas amplitudes de oscilação do cilindro: 0.15D e 0.40D . Para cada amplitude são utilizadas dez freqüências de oscilação: 0.8 s f , 0.85 s f , 0.9 s f , 0.95 s f , 0.975 s f , 0.9875 s f , 1.025 s f , 1.05 s f , 1.075 s f e 1.1 s f ; onde D é o diâmetro do cilindro e s f é a freqüência de desprendimento de vórtices para cilindro fixo. O objetivo destas simulações é a tentativa de observação do fenômeno da mudança brusca do ângulo de fase entre a força transversal à direção da corrente e o deslocamento do cilindro, \"phase-jump\", obtendo, deste modo, uma base para comparação com trabalhos já existentes sobre o mesmo tema, avaliando o método numérico utilizado para o caso do escoamento ao redor de um cilindro oscilando. As simulações do escoamento ao redor de um cilindro apoiado em base elástica (livre para oscilar) foram feitas com apenas um grau de liberdade: a direção transversal ao escoamento incidente (eixo y no caso estudado). O resultado mais importante deste tipo de configuração, do ponto de vista prático (projetos de \"risers\", e outras estruturas cilíndricas), é a curva max A / D versus r V , isto, devido à dependência da vida útil destas estruturas à máxima amplitude de oscilação. Para reproduzir a curva max A / D versus r V , foram escolhidos os seguintes valores de velocidade reduzida: 1.0, 2.0, 3.0, 3.5, 4.0, 4.5, 5.0, 6.0, 7.0, 8.0, 9.0, e 10.0. / The goal of this work is to study through numerical simulations using the Spectral Elements Method the two-dimensional the flow past a single circular cylinder that is either in simple harmonic cross-flow oscillation or elastically mounted. This is a very important topic for the technological environment because this configuration is identical to offshore structures, like risers of oil production platform and is also important to scientific environment due to the study of complex phenomena originated from the flow past a very simple geometry: a circular cylinder. The focus of this research is to evaluate the use of Spectral Element Method for solution of two-dimensional flow past a circular cylinder that is either in simple harmonic cross-flow oscillation or elastically mounted, at the laminar wake limit, Re < or = 200 . Two oscillation amplitudes were employed for the forced oscillations simulations: 0.15D e 0.40D . And, for each amplitude, were selected ten frequencies: 0.8 s f , 0.85 s f , 0.9 s f , 0.95 s f , 0.975 s f , 0.9875 s f , 1.025 s f , 1.05 s f , 1.075 s f e 1.1 s f ; where D is the cylinder diameter and s f is the vortex shedding frequency. The phase jump phenomenon, e.g., the fast change of phase angle, is observed and compared with existents works evaluating the Spectral Elements Method for forced oscillations cases. In the elastically mounted simulations the most important result, for the practical point of view (risers design), is the max A / D x r V curve, e.g., maximum amplitude versus velocity ratio, due to the relation of risers lifetime with maximum oscillation amplitude. To build the max A / D x r V curve were selected the follow values of velocity ratio: 1.0, 2.0, 3.0, 3.5, 4.0, 4.5, 5.0, 6.0, 7.0, 8.0, 9.0, e 10.0.