Tese de doutoramento. Engenharia Química. Departamento de Engenharia Química. Universidade de Houston, Faculdade de Engenharia. Universidade do Porto. 1984

A anastomose sistêmico-pulmonar é um excelente procedimento paliativo para crianças e recém-nascidos portadores de cardiopatias congênitas cianóticas com diminuição da circulação pulmonar. Neste artigo, as aproximações “Streamline Upwind/Petrov-Galerkin – SUPG” foram utilizadas na simulação de escoamento de sangue em uma anastomose sistêmico pulmonar. A Anastomose estudada neste artigo é conhecido como Blalock-Taussig modificada no qual um enxerto de tubo sintético (prótese) é interposto entre a artéria subclávia esquerda e a artéria pulmonar com o objetivo de desviar parte do fluxo sistêmico ao pulmonar. A metodologia de elementos finitos utilizada, conhecida como método SUPG, supera as dificuldades enfrentadas pelo método de Galerkin clássico em altos números de Reynolds, que são compatibilizar os subespaços de velocidade e pressão – satisfazendo deste modo a condição denominada de Babuška-Brezzi e evitar oscilações espúrias devido à natureza assimétrica da aceleração advectiva de equação de momentum – adicionando termos malha-dependentes para a formulação de Galerkin clássica. Estes termos adicionais são construídos para aumentar a estabilidade da formulação de Galerkin original sem prejudicar sua consistência. Um modelo tridimensional parametrizado, utilizando o elemento lagrangeano trilinear, foi criado a partir de medições obtidas durante procedimento cirúrgico para avaliar os efeitos dos parametros geométricos envolvidos na cirurgia (diâmetro e ângulo do enxerto e a pulsatilidade do escoamento) Os resultados apresentam que o ângulo da anastomose proximal tem sensível influência na quantidade de fluxo desviada pelo enxerto e enorme influência na porcentagem de fluxo direcionado para cada um dos pulmões. Quanto ao diâmetro do enxerto conclui-se que este é o regulador principal da porcentagem de fluxo desviada. A partir das simulações realizadas determinou-se correlações para o fator de atrito e porcentagem de fluxo sangüíneo desviado pelo enxerto.

O objetivo deste trabalho e apresentar um modelo matemático para o estudo da circulação transiente em sistemas de aguas rasas e a sua implementação no sistema HYDRO que e uma linguagem orientada para Hidrodinâmica, desenvolvida pelo Curso de Pós-graduação em Engenharia Civil da UFRGS. O modelo visa descrever o fluxo em sistemas hídricos (lagos, estuários, rios) devido ao efeito de mares, ventos e rotação terrestre. A solução das equações que governam o problema se obtém empregando o método de elementos finitos. A particularidade deste modelo é a de tentar simular as características tridimensionais do movimento do fluido, podendo-se então determinar o perfil de velocidades . / The objetive of this work is to present a mathematical model for the study of transient circulation in "Shallow" water systems and its implementation in the HYDRO system, which is an oriented language for computational hydrodinamic developed by the Postgraduation Course in Civil Engineering at UFRGS. This mathematical model aims to describe the flow in hydric systems (lakes, estuaries, rivers) induced by tidal effects, wind actions and earth movements. The solution of the equations that govern the problem is obtained through the use of the finite element method. One of the most important features of this model is its possibility to simulate the threedimensional characteristic of the flow, so that the velocity profile can be. determinated.

A anastomose sistêmico-pulmonar é um excelente procedimento paliativo para crianças e recém-nascidos portadores de cardiopatias congênitas cianóticas com diminuição da circulação pulmonar. Neste artigo, as aproximações “Streamline Upwind/Petrov-Galerkin – SUPG” foram utilizadas na simulação de escoamento de sangue em uma anastomose sistêmico pulmonar. A Anastomose estudada neste artigo é conhecido como Blalock-Taussig modificada no qual um enxerto de tubo sintético (prótese) é interposto entre a artéria subclávia esquerda e a artéria pulmonar com o objetivo de desviar parte do fluxo sistêmico ao pulmonar. A metodologia de elementos finitos utilizada, conhecida como método SUPG, supera as dificuldades enfrentadas pelo método de Galerkin clássico em altos números de Reynolds, que são compatibilizar os subespaços de velocidade e pressão – satisfazendo deste modo a condição denominada de Babuška-Brezzi e evitar oscilações espúrias devido à natureza assimétrica da aceleração advectiva de equação de momentum – adicionando termos malha-dependentes para a formulação de Galerkin clássica. Estes termos adicionais são construídos para aumentar a estabilidade da formulação de Galerkin original sem prejudicar sua consistência. Um modelo tridimensional parametrizado, utilizando o elemento lagrangeano trilinear, foi criado a partir de medições obtidas durante procedimento cirúrgico para avaliar os efeitos dos parametros geométricos envolvidos na cirurgia (diâmetro e ângulo do enxerto e a pulsatilidade do escoamento) Os resultados apresentam que o ângulo da anastomose proximal tem sensível influência na quantidade de fluxo desviada pelo enxerto e enorme influência na porcentagem de fluxo direcionado para cada um dos pulmões. Quanto ao diâmetro do enxerto conclui-se que este é o regulador principal da porcentagem de fluxo desviada. A partir das simulações realizadas determinou-se correlações para o fator de atrito e porcentagem de fluxo sangüíneo desviado pelo enxerto.

Made available in DSpace on 2018-05-16T12:04:37Z (GMT). No. of bitstreams: 1 000488756-Texto+Completo-0.pdf: 24416873 bytes, checksum: 61b6a5e0625a49b1bb008d8f6023eb15 (MD5) Previous issue date: 2018 / Gravity currents are flows generated by the pressure gradient due density differences between two fluids which are in contact. In this work are presented a set of three-dimensional highly resolved direct numerical simulations of particle-laden gravity currents, solved in an original configuration called channel-basin. The focus is on low concentrations gravity currents, where the density differences are small enough for the Boussinesq approximation may be valid. The mathematical model is based on an Eulerian description of the concentration field by using a transport equation, combined with the incompressible Navier-Stokes equations. The equations are solved by the open-source code Incompact3d, which is based on high-order compact schemes for the concentration and velocity fields discretization, and a spectral method for the pressure field. The adopted mathematical modeling allows the particle sedimentation, however there is no possibility of re-suspension of the particles already deposited, nor the bottom deformation due the growth of the sediment layer thikness. The main goal of this reserach is to know how the initial parameters, such as Reynolds number, settling velocity and channel geometry, affect the dynamics of the current spreading. The results have shown that the spreading form is highly dependent of the settling velocity. For the front velocity of the current, the channel geometry and settling velocity are more important when the Reynolds is lower than when it is higher. The sedimentation rate is highly affected by the settling velocity. The increasing of the Reynolds number mainly affects the size of the turbulent structures such as vortex and lobes. The energy budget is strongly dependent of the settling velocity and slightly dependent of the channel geometry and Reynolds number. / Corrente de gravidade são escoamentos que ocorrem devido a um gradiente de pressão gerado, exclusivamente, pela diferença na massa específica entre dois fluidos que entram em contato. Neste trabalho é apresentada uma série de resultados tridimensionais de alta fidedignidade, obtidos através de simulação numérica direta em uma configuração original, aqui denominada de canal-bacia, a qual busca emular a transição entre um escoamento confinado para um não confinado. O foco deste estudo está nas correntes de gravidade de baixas concentrações, onde as diferenças de densidade sejam pequenas o suficiente para que a aproximação de Boussinesq seja válida. O modelo matemático baseia-se em uma descrição Euleriana do campo de concentrações, que usa uma equação de transporte combinada com as equações de Navier-Stokes em sua forma incompressível. A resolução das equações é feita através do código Incompact3d, o qual baseia-se em esquemas compactos de diferenças finitas de alta ordem para a solução da concentração e velocidade, e um método espectral para a solução da pressão. O modelo matemático adotado permite que as partículas se depositem no fundo do domínio, porém não permite que haja a ressuspensão nem que o fundo se deforme pelo aumento da espessura da camada de sedimentos. O objetivo proposto nesta Tese é investigar como os parâmetros iniciais, tais como número de Reynolds, velocidade de queda e a geometria do canal de alimentação afetam a dinâmica de livre espalhamento de correntes conservativas e não conservativas. Os resultados mostram que a forma como as correntes se espalham pelo domínio é altamente dependente da velocidade de queda. A velocidade de propagação da corrente se mostrou mais dependente da geometria do canal e da velocidade de queda para o menor Reynolds do que para o maior.A taxa de sedimentação também apresentou grande sensibilidade às variações da velocidade de queda. O aumento no número de Reynolds afetou, principalmente, o tamanho das estruturas turbulentas, tais como vórtices e lobos. O balanço de energias é fortemente dependente da velocidade de queda, sendo pouca a influência da geometria do canal e do número de Reynolds.

Made available in DSpace on 2014-05-06T02:02:16Z (GMT). No. of bitstreams: 1 000457571-Texto+Completo-0.pdf: 10390298 bytes, checksum: e0a909718de3206b7518ce4a359dd921 (MD5) Previous issue date: 2014 / Gravity currents begin when two fluid bodies, with different densities, collides one against other, starting a relative movement in both. This currents are called polydisperses when the excess in density is due to the presence of more than one type of particles, which are characterized by their diameter, diluted in dispersant phase. The purpose of this research is to investigate, using Direct Numerical Simulation (DNS), how different combinations of fine and coarse particles affect the dynamics of the current when two different boundary conditions are imposed on the bottom wall of the domain. There is also interest, using 3D simulation, in investigate how the main tri-dimensional structures influences in its dynamics. Data of an experimental work are used to validate and compare the results for the final deposit profile and front evolution of the current. The suspended mass and complete energy budget are also presented. Two-dimensional simulations showed that the addition of a small amount of fine particles, into a current predominantly composed by coarse particles, affect more significantly the features of the flow than the opposite. Comparisons show us the inability of the two-dimensional simulation to reproduce accurately the intense turbulence generated in 3D, resulting an error in the dissipation term due to convective motion. / Correntes de gravidade tem início quando corpos fluidos de diferentes densidade se encontram, dando início à um movimento relativo entre ambos. Estas correntes são ditas poli-dispersas quando o excesso na densidade acontece pela presença de mais de uma fração granulométrica, caracterizadas pelo diâmetro da partícula, diluídas na fase dispersante. A intenção desta pesquisa é investigar, através da Simulação Numérica Direta (DNS), como a combinação de diferentes proporções iniciais de duas frações granulométricas, uma dita mais fina e a outra dita mais grossa, afeta a dinâmica da corrente. Outro ponto investigado é o comportamento da corrente quando impõe-se, na parede inferior do domínio de cálculo, duas condições de contorno diferentes: a) fluxo de partículas através do fundo; b) fluxo nulo de partículas através do fundo. Busca-se também, através de simulação 3D, determinar como as principais estruturas tridimensionais influenciam nesta dinâmica. Utilizam-se os resultados de um trabalho experimental para validar e comparar os resultados obtidos para o perfil de depósito e evolução da frente da corrente. A quantidade de massa suspensa e o balanço completo de energias são apresentados. Através de simulações 2D foi possível mostrar que a adição de pequenas quantidades de partículas finas, em uma corrente predominantemente composta por partículas grossas, afeta mais as características do escoamento do que o contrário. Comparações mostram a incapacidade da simulação bidimensional reproduzir, de forma precisa, a intensa turbulência gerada em uma simulação tridimensional, o que resulta em erros na estimativa da perda dissipativa devida ao movimento convectivo.

Foi elaborado um programa para a simulação de escoamentos incompressíveis transientes laminares com ou sem transferência de calor. O programa foi baseado na formulação variacional das equações de Navier-Stokes com o emprego da função de penalidade. Para a discretização espacial das equações variacionais foi empregado o método de elementos finitos com integração reduzida seletiva do termo de penalidade. 0 programa é capaz de simular escoamentos em domínios bidimensionais multiplamente conexos e de geometria complexa. Para a discretização no tempo foi implementado um esquema genérico que possibilita a opção do método a ser utilizado, do implícito ao totalmente explicito. O programa, destinado a simulação de escoamentos transientes, pode também ser empregado para a obtenção de soluções de regime permanente, segundo a técnica de avanço no tempo- feita uma análise das características e limitações do programa baseada na simulação, de dois problemas-tipo: escoamento não-isotérmico em cavidade e o escoamento aberto em torno de um cilindro. / A simulation program has been elaborated for laminar incompressible transient flows including or not heat transfer. The program was based in the variational formulation of the Navier-Stokes equations employing the penalty function. As for the special discretization of the variational equations it was employed the finite element with selective reduced integration of the penalty term. The program is capable of simulating flows is multiply connected bidimensional domains with complex geometry. For time discretization it was outlined a general scheme that makes possible to choose the method from implicit to totally explicit. Although the program was designed for transient flows simulation, it may also be used to attain the steady state solution using the time marching technic. Analysis of the characteristics of two standard problems: the non-isothermal cavity flow and the open flow past a cilinder.

O objetivo deste trabalho e apresentar um modelo matemático para o estudo da circulação transiente em sistemas de aguas rasas e a sua implementação no sistema HYDRO que e uma linguagem orientada para Hidrodinâmica, desenvolvida pelo Curso de Pós-graduação em Engenharia Civil da UFRGS. O modelo visa descrever o fluxo em sistemas hídricos (lagos, estuários, rios) devido ao efeito de mares, ventos e rotação terrestre. A solução das equações que governam o problema se obtém empregando o método de elementos finitos. A particularidade deste modelo é a de tentar simular as características tridimensionais do movimento do fluido, podendo-se então determinar o perfil de velocidades . / The objetive of this work is to present a mathematical model for the study of transient circulation in "Shallow" water systems and its implementation in the HYDRO system, which is an oriented language for computational hydrodinamic developed by the Postgraduation Course in Civil Engineering at UFRGS. This mathematical model aims to describe the flow in hydric systems (lakes, estuaries, rivers) induced by tidal effects, wind actions and earth movements. The solution of the equations that govern the problem is obtained through the use of the finite element method. One of the most important features of this model is its possibility to simulate the threedimensional characteristic of the flow, so that the velocity profile can be. determinated.

xxi, 81 f. : il. / Submitted by Allan Wanick Motta (allan_wanick@hotmail.com) on 2010-03-15T19:00:56Z No. of bitstreams: 1 2009_ElianeSilvaLeite.pdf: 3036367 bytes, checksum: eb44534f43fccd83cfaf14f8ddc1775a (MD5) / Approved for entry into archive by Lucila Saraiva(lucilasaraiva1@gmail.com) on 2010-05-07T21:56:01Z (GMT) No. of bitstreams: 1 2009_ElianeSilvaLeite.pdf: 3036367 bytes, checksum: eb44534f43fccd83cfaf14f8ddc1775a (MD5) / Made available in DSpace on 2010-05-07T21:56:01Z (GMT). No. of bitstreams: 1 2009_ElianeSilvaLeite.pdf: 3036367 bytes, checksum: eb44534f43fccd83cfaf14f8ddc1775a (MD5) Previous issue date: 2009 / Nesta dissertação foram investigadas as propriedades magnéticas de nanopartículas magnéticas, assim como as propriedades magnéticas dos fluidos magnéticos (FMs) dessas nanopartículas funcionalizadas com ácido oléico (AO) e dispersas em óleo isolante mineral e vegetal para verificar a possibilidade de aplicação dessas partículas em óleo isolante magnético para uso em transformador. Nanopartículas foram sintetizadas por coprecipitação em meio aquoso alcalino dos íons Fe2+ e Fe3+ e oxidada para obtenção da maghemita recoberta com ácido oléico. Foram realizadas medidas de difração de raios-X e microscopia eletrônica de transmissão para obtenção das fases e dos diâmetros médios. Espectroscopia Mössbauer, medidas de magnetização e de ressonância magnética foram utilizadas na investigação dos materiais. A análise dos resultados Mössbauer nos forneceu informação a respeito da razão (fase) magnetita-maghemita, indicando o grau de oxidação da amostra. A análise dos parâmetros hiperfinos dos espectros Mössbauer para a amostra em pó, bem como para o FM obtido indicou, tanto na temperatura ambiente quanto na temperatura do nitrogênio líquido, uma mistura de magnetita e maghemita, sendo a maior componente (fase) da amostra composta de magnetita, apesar do processo de oxidação que a nanopartícula de magnetita foi submetida. Essa descoberta indicou que a eficiência do processo de oxidação é fortemente dependente do tamanho da partícula. O resultado da análise dos dados Mössbauer é consistente com os resultados observados nos dados de raios-X, indicando um sistema bifásico de magnetita e maghemita. Os resultados de magnetização e ressonância magnética não foram analisados neste trabalho, ficando como perspectiva de trabalhos futuros. _______________________________________________________________________________ ABSTRACT / In this dissertation the magnetic properties of magnetic nanoparticles as well as the corresponding mineral and vegetable insulating oil-based magnetic fluids (MFs) containing the oleic acid (OA)-coated nanoparticles were investigated with the aim to explore their application in transformers. Magnetite nanoparticles were synthesized by co-precipitation of Fe2+ and Fe3+ in alkaline medium following their oxidation to produce maghemite. X-ray diffraction and transmission electron microscopy were performed to obtain the material’s phases and the average nanoparticle diameter. Mössbauer spectroscopy, magnetization measurements and magnetic resonance were used to investigate the as-produced materials. Analysis of the Mössbauer data provided the magnetite-to-maghemite content in the samples, indicating the yield of the oxidation route. The hyperfine parameters obtained from the Mössbauer spectra of both the powder and the MF samples, at room and at liquid nitrogen temperatures, indicated the presence of magnetite and maghemite, being magnetite the dominant phase, despite the oxidation process the sample was submitted to. This finding indicated that the efficiency of the oxidation process employed strongly depends on the particle size. Analysis of the Mössbauer data is consistent with the analysis of the X-ray data in supporting the presence of dual-phased maghemite-magnetite system. Analysis of the magnetization and the magnetic resonance data will be performed in the near future.

Tese (doutorado)—Universidade de Brasília, Faculdade de Tecnologia, Departamento de Engenharia Civil e Ambiental, 2012. / Submitted by Albânia Cézar de Melo (albania@bce.unb.br) on 2013-09-18T16:16:49Z No. of bitstreams: 1 2012_GislaineCristinaLuiz.pdf: 5877536 bytes, checksum: 635b87244dd06206c1ae5aa89670ccba (MD5) / Approved for entry into archive by Guimaraes Jacqueline(jacqueline.guimaraes@bce.unb.br) on 2013-10-10T15:20:34Z (GMT) No. of bitstreams: 1 2012_GislaineCristinaLuiz.pdf: 5877536 bytes, checksum: 635b87244dd06206c1ae5aa89670ccba (MD5) / Made available in DSpace on 2013-10-10T15:20:34Z (GMT). No. of bitstreams: 1 2012_GislaineCristinaLuiz.pdf: 5877536 bytes, checksum: 635b87244dd06206c1ae5aa89670ccba (MD5) / Considerando a estreita relação das propriedades físicas, químico-mineralógicas e estruturais dos solos e a variação da umidade, são relevantes as leis que regem a dinâmica da paisagem. Tal conhecimento permite entender os condicionantes à deflagração e aceleração de processos como os erosivos, de assoreamento e de inundação, associados à dinâmica de infiltração e de escoamento superficial das águas das chuvas. Nesse sentido, as características climáticas constituem importante dinâmica a partir da demanda e oferta de precipitação, da variação da temperatura, da umidade relativa do ar, da direção dos ventos e da radiação solar, associadas à morfometria do terreno. Esta pesquisa apresenta análise das aracterísticas climáticas regional e local, produção e análise de mapas temáticos relativos ao relevo, uso e cobertura do solo e termografia da superfície do terreno. Apresenta ainda os resultados de um programa experimental em laboratório e in situ, incluindo análises físicas, químicas e mineralógicas ao longo dos perfis de solo de até 3 m de profundidade, distribuídos em 11 pontos no Município de Goiânia-GO. A análise do clima indicou tendência para a antecipação do período seco no outono e de seu prolongamento na primavera. A variação no campo termodinâmico das superfícies indicou temperaturas mais elevadas segundo orientação das vertentes e cobertura dos solos. Os solos estudados são ácidos, com baixos teores de alumínio, sugerindo condição de altamente lixiviados. Em relação às propriedades mineralógicas e físicas, os solos apresentaram variações em profundidade mais expressivas para os solos situados sobre rochas granulíticas. As curvas características indicaram solos com estrutura de macroporos e de microporos e diferenças estruturais entre as amostras analisadas. A variação sazonal da umidade dos solos indicou elevado gradiente de sucção no período seco. No período chuvoso, o gradiente de sucção não foi tão elevado e a variação de umidade correspondeu ao domínio dos macroporos, exceto para o final desse período. Os solos sobre rochas granulíticas indicaram maior variação da infiltração ao longo das profundidades e, em 0,1 m de profundidade, as menores taxas de infiltração. Em agosto-setembro/2010, em 0,5 e 1 m de profundidade, observou-se os menores valores na taxa de infiltração, o que permite inferir que o papel do ar aprisionado nos poros do solo dificulta o processo de infiltração. Ao serem observadas as condições presentes nos solos dos perfis analisados e o clima atuante em Goiânia, destaca-se a necessidade do conhecimento das propriedades físico, química e mineralógica e a variação sazonal da umidade no comportamento do solo, considerando a interface solo-atmosfera. _____________________________________________________________________________ ABSTRACT / Considering the close relationship of the physical properties, chemical, mineralogical and structural and soil moisture variation, it is important to consider the laws that govern the dynamics of landscape. This knowledge allows us to understand the origin and acceleration of processes, such as erosion, flooding and sedimentation, associated dynamics of infiltration and stormwater runoff. In this sense, climate characteristics are important dynamics of supply and demand of rainfall, variation of temperature, relative humidity, wind direction and solar radiation, associated with morphometric parameters of the terrain morphology. This research presents analysis of regional and local climate characteristics, production and analysis of thematic maps of morphology, soil cover and surface thermography. It also presents the experimental program carried out in the laboratory and in situ, chemical and mineralogical analysis along the soil profiles up to 3 m deep, more than 11 points in Goiânia-GO. The climate analysis indicated a trend for anticipating the dry season in the fall and extension spring. The variation in the field of thermodynamic surfaces indicated higher temperatures second orientation of slopes and land cover. The soils are acidic, with low levels of aluminum, suggesting highly leached condition. Regarding the physical and mineralogical properties, the soils had more expressive variations in depth for soils located on granulitic rocks. The characteristic curves indicated soil structure with macropores and micropores and structural differences between the samples. The seasonal variation of soil moisture showed high suction gradient in dry season. In the rainy season, the gradient was not as high suction and moisture variation corresponded to the area of macropores, except for the end of that period. The soils on granulitic rocks showed greater variation of infiltration along the depth and 0.1 m depth, the lowest rates of infiltration. In agosto-setembro/2010 0.5 and 1 m was observed at lower infiltration rate values, which we infer that the role of the air trapped in the pores hinders the process of infiltration of the soil. By being subject to the conditions present in the soils and climate of the profiles analyzed active in Goiania, highlights the need for knowledge of the physical, chemical and mineralogical and seasonal variation of moisture in the soil behavior, considering the soil-atmosphere interaction.