This dissertation is focused on studying transport behavior in vapor chambers at ultra-thin form factors so that their use as heat spreaders can be extended to applications with extreme space constraints. Both the steady-state and transient thermal transport behaviors of vapor chambers are studied. The steady-state section presents an experimental characterization technique, methodologies for the design of the vapor chamber wick structure, and a working fluid selection procedure. The transient section develops a low-cost, 3D, transient semi-analytical transport model, which is used to explore the transient thermal behavior of thin vapor chambers: 1) The key mechanisms governing the transient behavior are identified and experimentally validated; 2) the transient performance of a vapor chamber relative to a copper heat spreader of the same external dimensions is explored and key performance thresholds are identified; and 3) practices are developed for the design of vapor chambers under transient conditions. These analyses have been tailored to ultra-thin vapor chamber geometries, focusing on the application of heat spreading in mobile electronic devices. Compared to the conventional scenarios of use for vapor chambers, this application is uniquely characterized by compact spaces, low and transient heat input, and heat rejection via natural convection.

Tubos flexíveis são amplamente utilizados na indústria offshore. Essas estruturas são empregadas no transporte de fluidos, na exploração de petróleo em águas profundas. Suas diversas camadas conferem propriedades, como a resistência mecânica e a impermeabilidade, que são importantes em ambientes de condições adversas. A instalação é uma etapa crítica da vida útil dos tubos flexíveis, visto que os carregamentos de lançamento podem danificar a estrutura dos mesmos. As cargas predominantes durante essa etapa são o peso próprio da linha, os esforços de compressão radial que são impostos ao tubo pelas sapatas dos tensionadores e a pressão de estrangulamento aplicada ao tubo pelas armaduras de tração. A magnitude dessas cargas está diretamente associada à profundidade de lançamento. O presente trabalho tem como objetivo a análise qualitativa dos principais parâmetros responsáveis pela falha dos tubos flexíveis quando submetidos aos carregamentos de lançamento. O comportamento do tubo é investigado em função da variação das cargas de esmagamento (crushing) e de estrangulamento (squeezing) com a profundidade de lançamento da linha. Esse estudo é conduzido através da proposição de modelos numéricos baseados no método dos Elementos Finitos. Aspectos importantes de modelagem como a representação do perfil real das camadas metálicas e das sapatas e a avaliação dos contatos entre as camadas são considerados nos modelos propostos. Os parâmetros de investigação são: a quantidade de sapatas e seu ângulo de abertura; a adição da capa polimérica externa e o estudo de seu contato com as sapatas; a rigidez das sapatas; e a profundidade de falha do tubo com atuação simultânea dos carregamentos de esmagamento e estrangulamento. A avaliação da influência desses parâmetros na falha do tubo flexível durante o lançamento é o escopo deste trabalho. Essa análise ainda proporcionou a determinação das regiões de escoamento das camadas metálicas considerando cada uma das variáveis avaliadas. Através deste trabalho, foi possível perceber que todos os parâmetros investigados têm influência na falha do tubo flexível. Alguns, no entanto, como o tipo de contato entre a camada polimérica externa e as sapatas, e a atuação do carregamento de estrangulamento no tubo não atuam de maneira significativa na falha. Assim, foi eleita uma configuração de lançamento a favor da segurança para o tubo investigado com base nos parâmetros estudados. / Flexible pipes are widely used in the offshore industry. These structures are employed in the transportation of fluids in deep-water oil exploitation. Its several layers provide different properties as mechanical strength and tightness that are important for operation in harsh environment condition. The installation procedure is critical in the life cycle of flexible pipes since the installation loads can damage the pipe structure. The prevailing loads during this step are the pipe weight, radial compressive forces applied to the pipe by the shoes of the tensioners, and the squeezing loads applied to the pipe by the tensile armors. The extent of these loads is directly linked with the launching depth. The main goal of this dissertation is the qualitative analysis of the main parameters that leads the pipe to failure by the installation loads. The behavior of the pipe is investigated considering the change in crushing and squeezing loads with the launching depth. This analysis is done through numerical models based on the Finite Element Method. Important modeling assumptions such as the representation of the actual profile of the layers and shoes and contact-pair between the layers are features taken in account into the models presented. The parameters investigated are: the number of shoes and their opening angle; the addition of the external polymeric sheath, and the study of their contact with the shoes; the stiffness of the shoes; and the depth by which the failure of the tube occurs when the crushing and squeezing loads are applied. The scope of this work is the evaluation of these parameters in the tube failure during installation. This analysis also provided to determine the regions of layers yielding considering one of the variables. Through this work, it was noticed that all parameters investigated contribute to the tube failure. However, some of them such as the contact between the external polymeric sheath and shoes, and the squeezing load do affect significantly to failure. Therefore, a launching configuration was chosen respecting the safety of the pipe, and based on the parameters investigated.

A presente dissertação tem como objetivo principal estudar a propagação acústica em escoamentos monofásicos. Para tal, são analisados sinais transientes de pressão fornecidos por sensores instalados em posições conhecidas na linha de teste, através do estudo de técnicas de análise de sinais, a fim de investigar se as variações do conteúdo espectral dos sinais são influenciadas pela ocorrência de vazamentos no duto. A análise dos sinais foi realizada nos planos temporal, frequencial, tempo-frequência e estatístico. Os resultados experimentais foram obtidos no oleoduto piloto do NETeF - Núcleo de Engenharia Térmica e Fluidos da USP - Universidade de São Paulo, com uma seção de testes com 1500 metros e diâmetro de 51,2 mm, com escoamento monofásico de água. Os resultados obtidos através da análise tempo-frequência mostraram-se satisfatórios, sendo esta técnica capaz de identificar a composição espectral instantânea de um sinal, ou seja, foi eficiente na identificação de picos de amplitude da frequência ao longo do eixo temporal. Além disso, a análise probabilística, através do desvio-padrão do sinal também mostrou-se eficiente exibindo uma disparidade significativa entre os sinais com e sem vazamento. / The present dissertation reports on the study of the acoustic propagation in single-phase flow. It analyzes the transient signals provided by pressure sensors in known locations in the test line through the study of signal analysis techniques to investigate if the variations in spectral content of the signals are influenced by the occurrence of leaks in the pipe. The analysis of signals was performed in the time, frequency, time-frequency and statistical plans. The experimental results were obtained in a 1500 meter-long and 51.2 millimeter-diameter pilot pipeline at the Center of Thermal Engineering and Fluids, with single-phase flow of water. The results obtained by time-frequency analysis were satisfactory, allowing identifying the spectral composition of an instantaneous signal, i.e., the analysis was effective in identifying the frequency amplitude peaks along the time axis. Moreover, probabilistic analysis using the standard deviation of the signal was also efficient, displaying a significant disparity between the signals with and without leakage.

Os projetos de redes hidráulicas dimensionam a capacidade de vazão e pressão para atender a uma demanda e prever a resistência necessária para garantir a estabilidade da instalação. Os esforços solicitantes não deverão ultrapassar as resistências estruturais, mantendo-se um coeficiente de segurança que garanta a estabilidade, mesmo nos casos de falhas operacionais. Deve-se proceder à simulação hidráulica tanto para o regime permanente quanto para o regime transitório. Na fase operacional haverão situações transitórias ocasionadas por manobras intencionais ou falhas não previstas que provocarão mudanças do regime permanente para o regime transitório, cuja variação de carga é diretamente proporcional à velocidade de propagação da onda ou celeridade e, dependendo da intensidade do transitório hidráulico, haverá a necessidade de instalar dispositivos de proteção de redes. A concepção dos dispositivos de proteção baseia-se na dissipação do fenômeno transitório por meios de descargas, amortecimento em câmaras de ar comprimido e por reservatórios intermediários que absorvem e suprem os picos de pressão e vazão no início da perturbação, de tal forma que a onda de pressão seja controlada. A celeridade, por sua vez, é função das características do meio fluido, do material da tubulação e da geometria. Ao provocar uma mudança na compressibilidade do meio fluido, tem-se redução no coeficiente de compressibilidade volumétrico da mistura fluida que vai ocasionar uma redução na velocidade de propagação da onda ou celeridade, amortecendo o impacto da variação de carga para níveis que possam ser absorvidos pela instalação. Esta dissertação aborda um dispositivo de redução da velocidade de propagação ou celeridade que pode ser usado como proteção de redes hidráulicas ou atenuador de celeridade, que junto com outros dispositivos e associados em série, distribuídos ao longo da tubulação, podem absorver os excessos de pressão e vazão gerados pelos transitórios e manter os esforços solicitantes inferiores à resistência oferecida pela instalação. / The projects of hydraulic networks define the capacity of outflow and pressure to meet a demand and to achieve the necessary resistance to guarantee the installation stability. The applied loading must not exceed structural resistance, there remaining a safety coefficient which guarantees the stability even in case of operational failure. The hydraulic simulation must be performed both for permanent and transitory regime. In the operational phase, there will be transitory situations caused by intentional maneuvers or unpredicted failures which will cause changes from permanent to transitory regime, with changes in load directly proportional to the propagation speed of the wave or celerity and, depending on the intensity of the hydraulic transient, it will be necessary to provide devices for the network protection. The conception of protection devices is based on the transient phenomena dissipation by means of discharges, shock absorption in air compressed chambers and though intermediate reservoirs, which absorb and supply the outflow and pressure peaks in the beginning of the disturbance. This dissertation approaches a device so that the pressure wave is controlled. The celerity, in its turn, is a function of the fluid characteristics, the network material and geometry. Provoking a change in the mean fluid compressibility there is a reduction in the volumetric compressibility coefficient and also in the specific mass of the mixture, which will cause a reduction in the speed of propagation of the wave or celerity, cushioning the impact of the pressure head variation to a level that can be absorbed by the installation. Therefore, the reduction in the speed of propagation or celerity canbe used is as a protection device for hydraulic nets, or celerity attenuation, which together with other devices, associated in series and distributed along the duct may absorb the excess of pressure and outflow generated by the transitory and keep the applied loading inferior to the resistance supplied by the installation.

Made available in DSpace on 2016-12-23T14:08:13Z (GMT). No. of bitstreams: 1 luiz fernando lavezzo.pdf: 2560237 bytes, checksum: 622accd559bcb34b4ded5fe0495d5d69 (MD5) Previous issue date: 2010-04-09 / This work is dedicated to the reference measurement of liquid flow aiming to deal with the peculiarities related to the subject, which reach great importance in commercial transactions involving typical interests of the oil industry. The flow measurement process however is not deterministic and involves a large number of variables that contributes to the doubt about of the real value that it proposes to measure. Such variables, which contribute to uncertainty in measurement, include a lot of aspects such constructive feature meter, fluid properties, environmental conditions and operator ability, for instance. This work presents a prototype project of a laboratorial scale ball prover, experimentally evaluate its performance, aiming to point out its alignment with the requirements established by the norms, considering the uncertainties in the measurement and the contribution of different lengths. Otherwise, it is procedured a comparison with a turbine meter calibrated by the manufacturer. / Este estudo se dedica à medição referencial de vazão de líquidos com o propósito de se lidar com as características específicas do funcionamento de um medidor, que tem suma importância nos interesses envolvendo transações comerciais na indústria de petróleo. O processo de medição de vazão envolve diversas variáveis que contribuem para a incerteza do real valor que se propõe medir. Estas variáveis vão desde características construtivas do medidor, propriedades do fluido a ser medido, das condições ambientais e perícia do operador. A proposta deste estudo é apresentar um projeto de protótipo laboratorial de medidor de referência tipo ball prover, avaliar experimentalmente seu desempenho e buscar se alinhar com os requisitos estabelecidos pelas normas. As incertezas inerentes à medição e sua contribuição em diferentes trechos será avaliada através de comparações com um medidor do tipo turbina, calibrado pelo fabricante.

O objetivo da presente pesquisa é, decifrando o significado do termo Clavier (-teclado?, em sentido genérico), na obra tecladística de J. S Bach - especialmente nos Prelúdios e Fugas que compõem Das Wohltemperierte Clavier, oder Praeludia und Fugen durch alle Tone und Semitonia - concentrar-se naqueles que apresentam maiores problemas de execução ao cravo e propor uma leitura dessas peças ao órgão de tubos, levando em conta a linguagem instrumental de cada instrumento. / The objective of the present study remains in the meaning of the word Clavier (-keyboard?, in a general sense) in Bach\'s keyboard works - especially the Preludes and Fuges of Das Wolhtemperierte Clavier, oder Praeludia und Fugen durch alle Tone und Semitonia - to focus in those pieces that presents more difficulties to perform on a harpsichord and suggest a pipe organ performance according to each instrumental language.

Nos projetos hidráulicos de irrigação são contabilizadas as perdas de carga totais, que seriam as perdas contínuas ou principais e as localizadas, objetivando maximizar a uniformidade de distribuição de água, caracterizando um conjunto motobomba adequado ao sistema de irrigação e com isso, minimizando os custos anuais e de implantação do projeto. Com o uso da informática, problemas de cálculos complexos são resolvidos com muita facilidade; desta forma pode-se aplicar modelos mais complexo para calculo da perda de carga nos sistemas de irrigação, resultando em valores mais próximos da realidade, com maiores riquezas de detalhes. A perda de carga representa a dissipação de energia da água em forma de calor, ao longo da tubulação, decorrente da resistência ao escoamento oferecida pela viscosidade do fluido e pela inércia das partículas. É variável de acordo com o tamanho das rugosidades da parede do tubo, diâmetro da tubulação e com a velocidade da água. A indústria de plásticos e seus derivados, com o auxilio da engenharia, tem aprimorado a qualidade dos materiais destinados à fabricação dos tubos, principalmente de polietileno. A utilização de tubos fabricados de matérias plásticos, de menor custo, destinados à irrigação tem aumentado nos últimos anos. A flexibilidade desses tubos traz como consequência o aumento do diâmetro interno com o aumento da pressão, fato este já observado em pesquisa e que não são levados em consideração pelos equacionamentos matemáticos utilizados para determinação da perda de carga. O presente trabalho propõe um modelo onde leva em consideração o módulo de elasticidade (E) do tubo para determinar a alteração do diâmetro em tubos elásticos provocada pela pressão, afetando assim a determinação da perda de carga contínua. Conhecer detalhadamente a causa da perda de energia, com intuito de cada vez mais otimizar a energia gasta por área irrigada no cenário brasileiro, passa a ser de fundamental importância. O Modelo Elástico proposto associado à Equação Universal, apresentou índice de desempenho médio de 0,9 sendo considerado com uma estimativa muito boa da realidade. / Total head losses are accounted in the irrigation hydraulic projects, that would be the continuous losses and the local head losses, aiming to maximize the uniformity of water distribution, characterizing an adequate pump set to the irrigation system e thus, minimizing the project implantation and annual costs. With informatics support, complex calculation problems are solved with ease, therefore it is possible to apply more complex models for head loss calculation in the irrigation system, resulting in values closer to the reality, with greater details. The head loss represents the water energy dissipation as heat, along the piping, due to the resistance to the flow offered by the fluid viscosity and by the particles inertia. It is variable according to the size of the rugosities of the pipe wall, piping diameter and the water velocity. plastic industry and its derivates, with engineering support, have improved the quality of the materials for the pipe manufacturing, mainly polyethylene. The usage of plastic material pipes for irrigation, of lowest cost, has risen in the latest years. The flexibility of these pipes leads to the internal diameter increase with pressure increase, fact already observed in research and that are not taken into account by mathematics equating used to determine the head loss. This paper proposes a model where it takes into account the elastic module (E) of the pipe to determine the diameter alteration in elastic pipes due to the pressure, affecting the determination of continuous head loss. Elastic Module proposed associated to Universal Equation, showed average performance rate of 0,9% being considered a extremely good estimative of reality.

Nous étudions expérimentalement le comportement d'un film liquide, dit de Landau-Levich, lorsqu'il s'évapore dans une atmosphère constituée uniquement de sa vapeur.La dynamique de ce type de film est un paramètre-clef qui gouverne le fonctionnement des caloducs oscillant (en anglais PHP - Pulsating Heat Pipes). Les PHP sont des liens thermiques de forte conductance. Les recherches récentes leur attribuent un pouvoir de refroidissement très élevé, ce qui les rend particulièrement convoités par l'industrie. Leur géométrie est simple : il s'agit d'un tube capillaire enroulé en plusieurs branches entre une partie froide (condenseur) et une partie chaude (évaporateur). Le tube est rempli d'un fluide pur diphasique, c'est-à-dire présent sous la forme d'une succession de bulles de vapeur et de bouchons de liquide. Lorsque la différence de température entre l’évaporateur et le condenseur dépasse un certain seuil, les bulles et bouchons commencent à osciller dans le tube, entre les deux parties, ce qui permet au PHP de transférer la chaleur.Notre installation expérimentale représente un PHP dans sa configuration la plus simple, à branche unique. Une interface liquide-vapeur oscille dans un tube de section rectangulaire, et dépose un film liquide à chaque passage. Nous nous intéressons au mécanisme qui permet l'entretien de l'oscillation de l'interface, et fixe sa fréquence. L'équation de mouvement obtenue prend en compte la dissipation visqueuse engendrée par un écoulement oscillant. Dans les modèles actuels de PHP, l'hypothèse d'un écoulement de type Poiseuille est formulée. Or, notre approche montre que l'hypothèse d'un écoulement faiblement inertiel est mieux adaptée, conduit à une dissipation deux fois supérieure.Le dispositif expérimental permet l'observation du film. Une combinaison originale de méthodes optiques permet également de mesurer sa longueur et son épaisseur, et de reconstruire son profil 3D à chaque instant. Nous pouvons suivre l'évolution du film tout au long de sa durée de vie, et ainsi analyser son comportement dynamique. Le film est presque plat (pente inférieure à 0,1°). Sur toute sa longueur, qui est de quelques centimètres, cela correspond à une variation de son épaisseur de moitié, la valeur moyenne étant de 50 microns. Sous l'effet du chauffage, le film se rétracte progressivement. Dès le début de son évaporation, un bourrelet de démouillage est formé sur le pourtour du film, près de la ligne triple. L'apparition de ce bourrelet est caractéristique d'un démouillage visqueux sous conditions de non-mouillage. Ce comportement est surprenant, dans la mesure où nous avons choisi un fluide mouillant parfaitement la paroi en conditions isothermes. A l'échelle nanométrique, au plus près de la ligne triple, l'angle de contact entre le liquide et la paroi est donc très faible. Nous mesurons cependant un grand angle apparent (c'est-à-dire visible à l'échelle millimétrique), qui augmente avec la surchauffe de la paroi. Dès l'augmentation de cet angle, le bourrelet de démouillage se forme, et le film se rétracte. Ce phénomène est expliqué par l'évaporation à l'échelle microscopique. Les résultats expérimentaux sont en accord quantitatif avec la théorie développée par d'autres chercheurs. / We experimentally study the behavior of liquid films - so called Landau-Levich films - when they evaporate in their pure vapor atmosphere.The dynamics of this film is a key parameter that rules out the functioning of Pulsating Heat Pipes (PHPs). PHPs are high conductive thermal links. Their heat transfert capability is known to be extremely high. For this reason they are promising for numerous industrial applications. Their geometry is simple. It is a capillary tube bent in several branches that meander between a hot part (called evaporator) and a cold part (called condenser), and filled up with a pure two-phase fluid. When the temperature difference between evaporator and condenser exceeds a certain threshold, gas bubbles and liquid plugs begin to oscillate spontaneously back and forth inside the tube and PHP starts transferring the heat.Our experimental setup features the simplest, single branch PHP. A liquid/vapor interface oscillates in a tube. It deposits a liquid film at each passage. We focus first on the mecanism which makes possible self-sustained interface oscillations and defines its frequency. The obtained motion equation accounts for the viscous dissipation caused by oscillatory flow. In existing PHP modelling, a laminar flow is supposed. Yet, our approach shows that the assumption of weakly inertial flow is preferable and leads to a dissipation rate twice larger that the Poiseuille flow.The experimental setup allows the film visualization. An original combination of optical measurement techniques lets us measure the film length, thickness and 3D-profile at all times. The film evolution has been measured during its whole lifetime. The film is nearly flat (its slope is smaller than 0,1°). The film length is of several centimeters, and the average thickness is 50 microns. Thus, along the total length, its thickness decreases by half. Under heating conditions, the film gradually recedes. A dewetting ridge is formed, near the triple contact line. Such a behavior is typical under non-wetting conditions. At the nanometric scale the contact angle between the liquid and the solid wall is very low. However, we measure a large apparent contact angle (visible at the millimetric scale) which increases with the wall superheating. Once this angle increases, the dewetting ridge is formed and the film recedes. The large apparent contact angle is explained by evaporation in the microscopic vicinity of the contact line. The measured apparent contact angle value agrees quantitatively with theoretical results obtained by other researchers.

Dans les pays développés, l’eau potable est distribuée au domicile des usagers. Ce confort requier tun long linéaire de réseau de forte valeur patrimoniale. Pour maintenir un équilibre entre ressources financières et performances, il est important d’essayer de renouveler les tronçons au meilleur moment possible. Ce manuscrit présente les modèles court (1 à 3 ans), moyen et long terme ( > 30 ans)actuellement employés. Les processus court terme semblent assez efficaces, mais les méthodes moyen et long terme restent frustes. Le modèle OPTIMEAU propose une approche long terme pour obtenir une vision globale du patrimoine de canalisations et rationaliser sa gestion, tout en restant en phase avec les pratiques opérationnelles de programmation à court terme. Cette démarche, fondée sur des modèles statistiques de survie, est testée à partir des données réelles de 3 services d’eau Européens : le SEDIF (Syndicat des Eaux d’Ile de France), le Grand Lyon et eau service Lausanne en Suisse. L’originalité de ce modèle réside dans l’estimation de la distribution des âges à la mise hors service passée, clef de voûte dans la construction de onze indicateurs liés aux finances, aux réalisations et à la performance future des services. / In developed countries, drinking water is distributed to households. This comfort requires a long networkwith a high value. To optimize resources and performance, it is important to renew pipe sectionsat the best possible time. This thesis presents the short (1-3 years), medium and long term (> 30 years)models commonly employed. The short-term processes seem quite effective, but long term methods remainrough. The OPTIMEAU model proposes a long-term approach to get a prospective overview ofpipes and improve its management, while remaining connected to the technical practices at short-termlevel. This approach, based on survival statistical models, is tested using actual data of three Europeanwater services : SEDIF (Syndicat des Eaux d’Ile de France), Grand Lyon and eauservice Lausanne inSwitzerland. The originality of this model lies in the estimation of the past decommissioning age distribution,keystone in the construction of eleven indicators related to finance, achievements and futureperformance of water utilities.

La conception de systèmes de traitement d'images parallèles mariant dans une même architecture, des microprocesseurs évolués et des opérateurs spécialisés est une tache délicate, du fait de la diversité des problèmes a prendre en compte. La présente étude identifie une certaine manière de réaliser et d'interfacer des opérateurs spécialisés a une unité centrale de type microprocesseur. Les deux orientations qui ont guide ce travail sont la recherche d'opérateurs spécialisés polyvalents et reconfigurables et leurs connexions a un bus système, et non a des bus video spécialisés. Ce travail de recherche propose une certaine architecture de circuits dédies au traitement d'images et deux propositions de réalisation de ces derniers sous la forme de circuits asic. Un de ces circuits a pu être réalisé dans le cadre de cette étude en utilisant des outils de type compilateurs de silicium. Ce travail s'intègre dans un projet plus vaste, dont le but est de développer un système pour le traitement d'image industriel, très performant, modulaire, base sur la parallélisation dans des structures de type mimd, d'une unité de traitement d'image élémentaire autonome composée d'un microprocesseur dote d'un coprocesseur parallèle adapte au traitement d'images