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Simultâneas ocorrências de vibrações de cabos de pontes estaiadas sob ação combinada de chuva de vento têm sido observadas ao redor do mundo nos últimos 20 anos. Este mecanismo tem causado grande preocupação aos engenheiros de pontes e pesquisadores por provocar grandes amplitudes de vibração. O melhor conhecimento do fenômeno evitará que perigosas oscilações induzidas pelo efeito combinado de chuva e vento ocorram evitando que medidas sejam tomadas apenas após a ocorrência de acidentes. Foi possível determinar, neste trabalho, as características aerodinâmicas de cabos de pontes estaiadas submetidos à ação combinada de chuva e vento no que diz respeito à influência dos filetes sobre as forças aerodinâmicas (arrasto e sustentação) e sobre o desprendimento de vórtices em três modelos seccionais. O modelo M1 foi posicionado horizontalmente com vento incidente normal ao eixo longitudinal, o modelo M2 foi posicionado horizontalmente com vento incidindo obliquamente ao eixo longitudinal e o modelo M3 representa um cabo inclinado típico de ponte estaiada. Os filetes nas posições = 1 θ 60° e = 2 θ 110° aumentaram as sucções na esteira do M3 consideravelmente. Para qualquer posição dos filetes no M3 não ocorreram mudanças em seus coeficientes de sustentação. Os coeficientes de arrasto aumentaram com a presença dos filetes, no entanto não apresentaram mudanças nos valores com a variação da posição dos filetes. Em modelos horizontais, a presença dos filetes pode causar supressão ou amplificação da intensidade do desprendimento de vórtices dependendo da localização dos filetes. Para o M3 notou-se aumento da intensidade do desprendimento de vórtices para qualquer posição dos filetes. A maior intensidade ocorreu para = 1 θ 50° e = 2 θ 110°. Para todos os modelos com filetes, o desprendimento de vórtices é mais forte em escoamento turbulento. Independente da presença dos filetes, o modelo M3 apresentou freqüências de desprendimento de vórtices mais baixas que as freqüências de desprendimento do vórtice de Kármán convencional. Verifica-se, portanto, o efeito de vórtice axial. Para Re < 1,2 x 105 o filete inferior não tem influência sobre o escoamento. Entretanto, para Re > 1,2 x 105 o filete inferior passa a afetar nitidamente o escoamento em torno do cilindro. Para o modelo inclinado o filete inferior apresentou influência no escoamento para todos os valores de Re. / Simultaneous occurrences of cable vibrations under combined action of wind and rain have been observed around the world in cable-stayed bridges in the last 20 years. This mechanism has caused great concern to bridge engineers and researchers due to the large vibration amplitudes. A better knowledge of the phenomenon may prevent that dangerous oscillations induced by the combined effect of rain and wind occur, compromising the usefulness and safety of cable-stayed bridges, besides to avoiding the necessity of measures taken only after some accident occurrence. It was possible to determine, in this study, the aerodynamic characteristics of cables submitted to the combined action of rain and wind regarding the influence of rivulets on aerodynamic forces (drag and lift) and on the vortex shedding in three sectionals models. The M1 model was positioned horizontally with perpendicular wind incidence to the longitudinal axis, the M2 model was positioned horizontally with oblique wind to the longitudinal axis and the M3 model is a typical, cable of cable-stayed bridges. The rivulets positioned in the 60° (upper) position and the 110° (lower) position increase considerably the negative pressures in the M3 model wake. For any rivulets position, the M3 do not change their lift coefficients. The drag coefficients increased with the rivulet presence, however its position seems to make no difference in the values of the coefficients. In horizontal models, the rivulets can suppress or cause amplification in the vortex shedding intensity, depending of their position. For the M3 model, the vortex shedding intensity increases for all rivulets positions. The greater intensity occurred when the upper and lower rivulets were at 50° and 110°, respectively. For all models with rivulets, the vortex shedding is stronger in turbulent flow. Independent of the rivulets presence, the vortex shedding frequencies at the inclined model (M3) presented lower frequencies than the conventional Karman vortex shedding. This shows, therefore, the effects of the axial vortex. For Re < 1.2 x 105 the lower rivulet has no influence on the flow. However, for Re > 1.2 x 105 the lower rivulets affect significantly the flow around the cylinder. For the inclined model the lower rivulet has no influence on the flow for all Re range.

Desde 1988, ao redor do mundo, têm sido relatadas, ocorrências de vibrações de cabos de pontes estaiadas sob ação combinada de chuva de vento. Este mecanismo tem sido de grande interesse dos engenheiros de pontes e pesquisadores, por provocar vibrações de grandes amplitudes em cabos de pontes estaiadas. Estas vibrações, que são predominantemente transversais à direção do vento, foram observadas apenas sob condições de chuva leve e baixa velocidade do vento ocorrendo simultaneamente. As oscilações são provocadas principalmente pela formação e pelo movimento de filetes d´água que se dispõem ao longo da superfície dos cabos e modificam continuamente a distribuição de pressões em volta destes. Devido à alta flexibilidade, massa relativamente pequena e amortecimento extremamente baixo, o sistema de cabos de pontes estaiadas pode estar sujeito a largos movimentos dinâmicos induzidos pela ação combinada de chuva e vento. As grandes amplitudes atingidas reduzem a vida útil dos cabos e de suas conexões e em consequência causam danos aos dutos de proteção contra corrosão. Além disso, as oscilações excessivas podem provocar choques entre cabos adjacentes e causar situações de desconforto ao usuário. O melhor conhecimento do fenômeno evitará que perigosas oscilações induzidas pelo efeito combinado de chuva e vento ocorram evitando que medidas sejam tomadas apenas após a ocorrência de acidentes e não na fase de projeto. O objetivo principal deste trabalho foi investigar os mecanismos relacionados ao efeito combinado de chuva e vento através da identificação e quantificação da influência dos filetes sobre coeficientes aerodinâmicos e sobre a esteira de modelos seccionais. Modelos seccionais de diâmetros 110 mm e 200 mm foram posicionados verticalmente com vento incidente normal ao eixo longitudinal e posicionados verticalmente com vento incidindo obliquamente ao eixo. Os números de Strouhal apresentaram valores diferentes, variando de forma aleatória entre 0,18 e 0,27, em função do diâmetro do cabo e posição dos filetes. Existe, portanto a presença de vórtices de kármám (St=0,2), vórtices de alta velocidade reduzida (St=0,18) e vórtices de alta frequência (St=0,28), sendo estes dois últimos ocorrendo devido a presença dos filetes. Foi confirmada através dos gráficos de densidade espectral a existência de amplificação ou diminuição da intensidade do desprendimento dos vórtices em função da posição do filete superior podendo ocorrer até a supressão dos vórtices. Os modelos inclinados não apresentaram resultados visíveis para a análise de desprendimento de vórtices através de anemometria. Isso pode ter ocorrido devido a presença outros efeitos do vento que normalmente ocorrem sobre cabos inclinados. O escoamento axial, por exemplo, (que ocorre na direção axial do cabo e a sotavento da seção) pode ter sido impedido de se representar na câmara de ensaio do túnel, pois o escoamento pode encontrar as paredes ou pisos como obstáculo ao fluxo. Puderam-se reunir dados experimentais de cabos de diâmetros, posições de filetes e tipos de escoamentos diferentes. Estes resultados servem como base de dados para diversos modelos teóricos já desenvolvidos para estudo do fenômeno. / Since 1988, around the world, have been reported occurrences of cable-stayed bridges cables vibrations under combined action of rain wind. This mechanism has caused great concern to bridge engineers and researchers due to the large vibration amplitudes. These vibrations, which are predominantly cross-wind, were observed only under conditions of light rain and low wind speed occurring simultaneously. The oscillations are caused mainly by the formation and movement of water rivulets over the cables surface in the axial direction, which modify continuously the pressure distribution around the cable. Due to the high flexibility, relatively small mass and low damping, the cables system of cable-stayed bridges may be subject to large dynamic movements induced by the combined action of rain and wind. The large amplitudes reduce the lifetime of the cables and their connections, resulting in damage to the corrosion protection ducts. Moreover, the fluctuations can cause shocks between adjacent cables and cause user discomfort. A better knowledge of the phenomenon may prevent that dangerous oscillations induced by the combined effect of rain and wind occur, compromising the usefulness and safety of cable-stayed bridges, besides to avoiding the necessity of measures taken only after some accident occurrence. The main objective of this study was to investigate the mechanisms related to the combined effect of rain and wind by the identification and quantification of the rivulet influence on aerodynamic coefficients and sectional models wake. Sectional models diameters of 110 mm and 200 mm was positioned vertically with perpendicular wind incidence to the longitudinal axis and positioned vertically with oblique wind incidence to the longitudinal axis. The Strouhal numbers showed different values, varying randomly between 0.18 and 0.27 due the cable diameter and rivulet position. Therefore is noted the kármám vortex presence (St = 0.2), low frequency vortex (St = 0.18) and high frequency vortex (St = 0.28), the latter two occurring due the rivulet presence. Was confirmed by spectral density the amplification and the reduction of the vortex shedding intensity due rivulet position occurring until the vortex suppress. The inclined models showed no visible results for the vortex shedding analysis by anemometry. This may be occurring due the presence of other effects of the wind that normally occur on inclined cables. The axial flow, for example, (which occurs in the axial direction of the) may have been unable to be represented due the tunnel dimensions. Experimental data of cable diameters, rivulet positions and different flow was collected. These results serve as a database for theoretical models already developed for studying of the phenomenon.

Simultâneas ocorrências de vibrações de cabos de pontes estaiadas sob ação combinada de chuva de vento têm sido observadas ao redor do mundo nos últimos 20 anos. Este mecanismo tem causado grande preocupação aos engenheiros de pontes e pesquisadores por provocar grandes amplitudes de vibração. O melhor conhecimento do fenômeno evitará que perigosas oscilações induzidas pelo efeito combinado de chuva e vento ocorram evitando que medidas sejam tomadas apenas após a ocorrência de acidentes. Foi possível determinar, neste trabalho, as características aerodinâmicas de cabos de pontes estaiadas submetidos à ação combinada de chuva e vento no que diz respeito à influência dos filetes sobre as forças aerodinâmicas (arrasto e sustentação) e sobre o desprendimento de vórtices em três modelos seccionais. O modelo M1 foi posicionado horizontalmente com vento incidente normal ao eixo longitudinal, o modelo M2 foi posicionado horizontalmente com vento incidindo obliquamente ao eixo longitudinal e o modelo M3 representa um cabo inclinado típico de ponte estaiada. Os filetes nas posições = 1 θ 60° e = 2 θ 110° aumentaram as sucções na esteira do M3 consideravelmente. Para qualquer posição dos filetes no M3 não ocorreram mudanças em seus coeficientes de sustentação. Os coeficientes de arrasto aumentaram com a presença dos filetes, no entanto não apresentaram mudanças nos valores com a variação da posição dos filetes. Em modelos horizontais, a presença dos filetes pode causar supressão ou amplificação da intensidade do desprendimento de vórtices dependendo da localização dos filetes. Para o M3 notou-se aumento da intensidade do desprendimento de vórtices para qualquer posição dos filetes. A maior intensidade ocorreu para = 1 θ 50° e = 2 θ 110°. Para todos os modelos com filetes, o desprendimento de vórtices é mais forte em escoamento turbulento. Independente da presença dos filetes, o modelo M3 apresentou freqüências de desprendimento de vórtices mais baixas que as freqüências de desprendimento do vórtice de Kármán convencional. Verifica-se, portanto, o efeito de vórtice axial. Para Re < 1,2 x 105 o filete inferior não tem influência sobre o escoamento. Entretanto, para Re > 1,2 x 105 o filete inferior passa a afetar nitidamente o escoamento em torno do cilindro. Para o modelo inclinado o filete inferior apresentou influência no escoamento para todos os valores de Re. / Simultaneous occurrences of cable vibrations under combined action of wind and rain have been observed around the world in cable-stayed bridges in the last 20 years. This mechanism has caused great concern to bridge engineers and researchers due to the large vibration amplitudes. A better knowledge of the phenomenon may prevent that dangerous oscillations induced by the combined effect of rain and wind occur, compromising the usefulness and safety of cable-stayed bridges, besides to avoiding the necessity of measures taken only after some accident occurrence. It was possible to determine, in this study, the aerodynamic characteristics of cables submitted to the combined action of rain and wind regarding the influence of rivulets on aerodynamic forces (drag and lift) and on the vortex shedding in three sectionals models. The M1 model was positioned horizontally with perpendicular wind incidence to the longitudinal axis, the M2 model was positioned horizontally with oblique wind to the longitudinal axis and the M3 model is a typical, cable of cable-stayed bridges. The rivulets positioned in the 60° (upper) position and the 110° (lower) position increase considerably the negative pressures in the M3 model wake. For any rivulets position, the M3 do not change their lift coefficients. The drag coefficients increased with the rivulet presence, however its position seems to make no difference in the values of the coefficients. In horizontal models, the rivulets can suppress or cause amplification in the vortex shedding intensity, depending of their position. For the M3 model, the vortex shedding intensity increases for all rivulets positions. The greater intensity occurred when the upper and lower rivulets were at 50° and 110°, respectively. For all models with rivulets, the vortex shedding is stronger in turbulent flow. Independent of the rivulets presence, the vortex shedding frequencies at the inclined model (M3) presented lower frequencies than the conventional Karman vortex shedding. This shows, therefore, the effects of the axial vortex. For Re < 1.2 x 105 the lower rivulet has no influence on the flow. However, for Re > 1.2 x 105 the lower rivulets affect significantly the flow around the cylinder. For the inclined model the lower rivulet has no influence on the flow for all Re range.

Desde 1988, ao redor do mundo, têm sido relatadas, ocorrências de vibrações de cabos de pontes estaiadas sob ação combinada de chuva de vento. Este mecanismo tem sido de grande interesse dos engenheiros de pontes e pesquisadores, por provocar vibrações de grandes amplitudes em cabos de pontes estaiadas. Estas vibrações, que são predominantemente transversais à direção do vento, foram observadas apenas sob condições de chuva leve e baixa velocidade do vento ocorrendo simultaneamente. As oscilações são provocadas principalmente pela formação e pelo movimento de filetes d´água que se dispõem ao longo da superfície dos cabos e modificam continuamente a distribuição de pressões em volta destes. Devido à alta flexibilidade, massa relativamente pequena e amortecimento extremamente baixo, o sistema de cabos de pontes estaiadas pode estar sujeito a largos movimentos dinâmicos induzidos pela ação combinada de chuva e vento. As grandes amplitudes atingidas reduzem a vida útil dos cabos e de suas conexões e em consequência causam danos aos dutos de proteção contra corrosão. Além disso, as oscilações excessivas podem provocar choques entre cabos adjacentes e causar situações de desconforto ao usuário. O melhor conhecimento do fenômeno evitará que perigosas oscilações induzidas pelo efeito combinado de chuva e vento ocorram evitando que medidas sejam tomadas apenas após a ocorrência de acidentes e não na fase de projeto. O objetivo principal deste trabalho foi investigar os mecanismos relacionados ao efeito combinado de chuva e vento através da identificação e quantificação da influência dos filetes sobre coeficientes aerodinâmicos e sobre a esteira de modelos seccionais. Modelos seccionais de diâmetros 110 mm e 200 mm foram posicionados verticalmente com vento incidente normal ao eixo longitudinal e posicionados verticalmente com vento incidindo obliquamente ao eixo. Os números de Strouhal apresentaram valores diferentes, variando de forma aleatória entre 0,18 e 0,27, em função do diâmetro do cabo e posição dos filetes. Existe, portanto a presença de vórtices de kármám (St=0,2), vórtices de alta velocidade reduzida (St=0,18) e vórtices de alta frequência (St=0,28), sendo estes dois últimos ocorrendo devido a presença dos filetes. Foi confirmada através dos gráficos de densidade espectral a existência de amplificação ou diminuição da intensidade do desprendimento dos vórtices em função da posição do filete superior podendo ocorrer até a supressão dos vórtices. Os modelos inclinados não apresentaram resultados visíveis para a análise de desprendimento de vórtices através de anemometria. Isso pode ter ocorrido devido a presença outros efeitos do vento que normalmente ocorrem sobre cabos inclinados. O escoamento axial, por exemplo, (que ocorre na direção axial do cabo e a sotavento da seção) pode ter sido impedido de se representar na câmara de ensaio do túnel, pois o escoamento pode encontrar as paredes ou pisos como obstáculo ao fluxo. Puderam-se reunir dados experimentais de cabos de diâmetros, posições de filetes e tipos de escoamentos diferentes. Estes resultados servem como base de dados para diversos modelos teóricos já desenvolvidos para estudo do fenômeno. / Since 1988, around the world, have been reported occurrences of cable-stayed bridges cables vibrations under combined action of rain wind. This mechanism has caused great concern to bridge engineers and researchers due to the large vibration amplitudes. These vibrations, which are predominantly cross-wind, were observed only under conditions of light rain and low wind speed occurring simultaneously. The oscillations are caused mainly by the formation and movement of water rivulets over the cables surface in the axial direction, which modify continuously the pressure distribution around the cable. Due to the high flexibility, relatively small mass and low damping, the cables system of cable-stayed bridges may be subject to large dynamic movements induced by the combined action of rain and wind. The large amplitudes reduce the lifetime of the cables and their connections, resulting in damage to the corrosion protection ducts. Moreover, the fluctuations can cause shocks between adjacent cables and cause user discomfort. A better knowledge of the phenomenon may prevent that dangerous oscillations induced by the combined effect of rain and wind occur, compromising the usefulness and safety of cable-stayed bridges, besides to avoiding the necessity of measures taken only after some accident occurrence. The main objective of this study was to investigate the mechanisms related to the combined effect of rain and wind by the identification and quantification of the rivulet influence on aerodynamic coefficients and sectional models wake. Sectional models diameters of 110 mm and 200 mm was positioned vertically with perpendicular wind incidence to the longitudinal axis and positioned vertically with oblique wind incidence to the longitudinal axis. The Strouhal numbers showed different values, varying randomly between 0.18 and 0.27 due the cable diameter and rivulet position. Therefore is noted the kármám vortex presence (St = 0.2), low frequency vortex (St = 0.18) and high frequency vortex (St = 0.28), the latter two occurring due the rivulet presence. Was confirmed by spectral density the amplification and the reduction of the vortex shedding intensity due rivulet position occurring until the vortex suppress. The inclined models showed no visible results for the vortex shedding analysis by anemometry. This may be occurring due the presence of other effects of the wind that normally occur on inclined cables. The axial flow, for example, (which occurs in the axial direction of the) may have been unable to be represented due the tunnel dimensions. Experimental data of cable diameters, rivulet positions and different flow was collected. These results serve as a database for theoretical models already developed for studying of the phenomenon.

Simultâneas ocorrências de vibrações de cabos de pontes estaiadas sob ação combinada de chuva de vento têm sido observadas ao redor do mundo nos últimos 20 anos. Este mecanismo tem causado grande preocupação aos engenheiros de pontes e pesquisadores por provocar grandes amplitudes de vibração. O melhor conhecimento do fenômeno evitará que perigosas oscilações induzidas pelo efeito combinado de chuva e vento ocorram evitando que medidas sejam tomadas apenas após a ocorrência de acidentes. Foi possível determinar, neste trabalho, as características aerodinâmicas de cabos de pontes estaiadas submetidos à ação combinada de chuva e vento no que diz respeito à influência dos filetes sobre as forças aerodinâmicas (arrasto e sustentação) e sobre o desprendimento de vórtices em três modelos seccionais. O modelo M1 foi posicionado horizontalmente com vento incidente normal ao eixo longitudinal, o modelo M2 foi posicionado horizontalmente com vento incidindo obliquamente ao eixo longitudinal e o modelo M3 representa um cabo inclinado típico de ponte estaiada. Os filetes nas posições = 1 θ 60° e = 2 θ 110° aumentaram as sucções na esteira do M3 consideravelmente. Para qualquer posição dos filetes no M3 não ocorreram mudanças em seus coeficientes de sustentação. Os coeficientes de arrasto aumentaram com a presença dos filetes, no entanto não apresentaram mudanças nos valores com a variação da posição dos filetes. Em modelos horizontais, a presença dos filetes pode causar supressão ou amplificação da intensidade do desprendimento de vórtices dependendo da localização dos filetes. Para o M3 notou-se aumento da intensidade do desprendimento de vórtices para qualquer posição dos filetes. A maior intensidade ocorreu para = 1 θ 50° e = 2 θ 110°. Para todos os modelos com filetes, o desprendimento de vórtices é mais forte em escoamento turbulento. Independente da presença dos filetes, o modelo M3 apresentou freqüências de desprendimento de vórtices mais baixas que as freqüências de desprendimento do vórtice de Kármán convencional. Verifica-se, portanto, o efeito de vórtice axial. Para Re < 1,2 x 105 o filete inferior não tem influência sobre o escoamento. Entretanto, para Re > 1,2 x 105 o filete inferior passa a afetar nitidamente o escoamento em torno do cilindro. Para o modelo inclinado o filete inferior apresentou influência no escoamento para todos os valores de Re. / Simultaneous occurrences of cable vibrations under combined action of wind and rain have been observed around the world in cable-stayed bridges in the last 20 years. This mechanism has caused great concern to bridge engineers and researchers due to the large vibration amplitudes. A better knowledge of the phenomenon may prevent that dangerous oscillations induced by the combined effect of rain and wind occur, compromising the usefulness and safety of cable-stayed bridges, besides to avoiding the necessity of measures taken only after some accident occurrence. It was possible to determine, in this study, the aerodynamic characteristics of cables submitted to the combined action of rain and wind regarding the influence of rivulets on aerodynamic forces (drag and lift) and on the vortex shedding in three sectionals models. The M1 model was positioned horizontally with perpendicular wind incidence to the longitudinal axis, the M2 model was positioned horizontally with oblique wind to the longitudinal axis and the M3 model is a typical, cable of cable-stayed bridges. The rivulets positioned in the 60° (upper) position and the 110° (lower) position increase considerably the negative pressures in the M3 model wake. For any rivulets position, the M3 do not change their lift coefficients. The drag coefficients increased with the rivulet presence, however its position seems to make no difference in the values of the coefficients. In horizontal models, the rivulets can suppress or cause amplification in the vortex shedding intensity, depending of their position. For the M3 model, the vortex shedding intensity increases for all rivulets positions. The greater intensity occurred when the upper and lower rivulets were at 50° and 110°, respectively. For all models with rivulets, the vortex shedding is stronger in turbulent flow. Independent of the rivulets presence, the vortex shedding frequencies at the inclined model (M3) presented lower frequencies than the conventional Karman vortex shedding. This shows, therefore, the effects of the axial vortex. For Re < 1.2 x 105 the lower rivulet has no influence on the flow. However, for Re > 1.2 x 105 the lower rivulets affect significantly the flow around the cylinder. For the inclined model the lower rivulet has no influence on the flow for all Re range.

Desde 1988, ao redor do mundo, têm sido relatadas, ocorrências de vibrações de cabos de pontes estaiadas sob ação combinada de chuva de vento. Este mecanismo tem sido de grande interesse dos engenheiros de pontes e pesquisadores, por provocar vibrações de grandes amplitudes em cabos de pontes estaiadas. Estas vibrações, que são predominantemente transversais à direção do vento, foram observadas apenas sob condições de chuva leve e baixa velocidade do vento ocorrendo simultaneamente. As oscilações são provocadas principalmente pela formação e pelo movimento de filetes d´água que se dispõem ao longo da superfície dos cabos e modificam continuamente a distribuição de pressões em volta destes. Devido à alta flexibilidade, massa relativamente pequena e amortecimento extremamente baixo, o sistema de cabos de pontes estaiadas pode estar sujeito a largos movimentos dinâmicos induzidos pela ação combinada de chuva e vento. As grandes amplitudes atingidas reduzem a vida útil dos cabos e de suas conexões e em consequência causam danos aos dutos de proteção contra corrosão. Além disso, as oscilações excessivas podem provocar choques entre cabos adjacentes e causar situações de desconforto ao usuário. O melhor conhecimento do fenômeno evitará que perigosas oscilações induzidas pelo efeito combinado de chuva e vento ocorram evitando que medidas sejam tomadas apenas após a ocorrência de acidentes e não na fase de projeto. O objetivo principal deste trabalho foi investigar os mecanismos relacionados ao efeito combinado de chuva e vento através da identificação e quantificação da influência dos filetes sobre coeficientes aerodinâmicos e sobre a esteira de modelos seccionais. Modelos seccionais de diâmetros 110 mm e 200 mm foram posicionados verticalmente com vento incidente normal ao eixo longitudinal e posicionados verticalmente com vento incidindo obliquamente ao eixo. Os números de Strouhal apresentaram valores diferentes, variando de forma aleatória entre 0,18 e 0,27, em função do diâmetro do cabo e posição dos filetes. Existe, portanto a presença de vórtices de kármám (St=0,2), vórtices de alta velocidade reduzida (St=0,18) e vórtices de alta frequência (St=0,28), sendo estes dois últimos ocorrendo devido a presença dos filetes. Foi confirmada através dos gráficos de densidade espectral a existência de amplificação ou diminuição da intensidade do desprendimento dos vórtices em função da posição do filete superior podendo ocorrer até a supressão dos vórtices. Os modelos inclinados não apresentaram resultados visíveis para a análise de desprendimento de vórtices através de anemometria. Isso pode ter ocorrido devido a presença outros efeitos do vento que normalmente ocorrem sobre cabos inclinados. O escoamento axial, por exemplo, (que ocorre na direção axial do cabo e a sotavento da seção) pode ter sido impedido de se representar na câmara de ensaio do túnel, pois o escoamento pode encontrar as paredes ou pisos como obstáculo ao fluxo. Puderam-se reunir dados experimentais de cabos de diâmetros, posições de filetes e tipos de escoamentos diferentes. Estes resultados servem como base de dados para diversos modelos teóricos já desenvolvidos para estudo do fenômeno. / Since 1988, around the world, have been reported occurrences of cable-stayed bridges cables vibrations under combined action of rain wind. This mechanism has caused great concern to bridge engineers and researchers due to the large vibration amplitudes. These vibrations, which are predominantly cross-wind, were observed only under conditions of light rain and low wind speed occurring simultaneously. The oscillations are caused mainly by the formation and movement of water rivulets over the cables surface in the axial direction, which modify continuously the pressure distribution around the cable. Due to the high flexibility, relatively small mass and low damping, the cables system of cable-stayed bridges may be subject to large dynamic movements induced by the combined action of rain and wind. The large amplitudes reduce the lifetime of the cables and their connections, resulting in damage to the corrosion protection ducts. Moreover, the fluctuations can cause shocks between adjacent cables and cause user discomfort. A better knowledge of the phenomenon may prevent that dangerous oscillations induced by the combined effect of rain and wind occur, compromising the usefulness and safety of cable-stayed bridges, besides to avoiding the necessity of measures taken only after some accident occurrence. The main objective of this study was to investigate the mechanisms related to the combined effect of rain and wind by the identification and quantification of the rivulet influence on aerodynamic coefficients and sectional models wake. Sectional models diameters of 110 mm and 200 mm was positioned vertically with perpendicular wind incidence to the longitudinal axis and positioned vertically with oblique wind incidence to the longitudinal axis. The Strouhal numbers showed different values, varying randomly between 0.18 and 0.27 due the cable diameter and rivulet position. Therefore is noted the kármám vortex presence (St = 0.2), low frequency vortex (St = 0.18) and high frequency vortex (St = 0.28), the latter two occurring due the rivulet presence. Was confirmed by spectral density the amplification and the reduction of the vortex shedding intensity due rivulet position occurring until the vortex suppress. The inclined models showed no visible results for the vortex shedding analysis by anemometry. This may be occurring due the presence of other effects of the wind that normally occur on inclined cables. The axial flow, for example, (which occurs in the axial direction of the) may have been unable to be represented due the tunnel dimensions. Experimental data of cable diameters, rivulet positions and different flow was collected. These results serve as a database for theoretical models already developed for studying of the phenomenon.

Yes / This study assesses experimentally the role of gas viscosity in controlling the minimum film thickness in slot coating in both the slot over roll and tensioned web modes. The minimum film thickness here is defined with respect to the onset of air entrainment rather than rivulets, the reason being that rivulets are an extreme form of instabilities occurring at much higher speeds. The gas viscosity effects are simulated experimentally by encasing the coaters in a sealed gas chamber in which various gases can be admitted. An appropriate choice of two gases was used to compare performances: air at atmospheric pressure and helium at sub-ambient pressure (25mbar), which we establish has a significantly lower “thin film” viscosity than atmospheric air. A capacitance sensor was used to continuously measure the film thickness on the web, which was ramped up in speed at a fixed acceleration whilst visualizations of the film stability were recorded through a viewing port in the chamber. The data collected show clearly that by coating in rarefied helium rather that atmospheric air we can reduce the minimum film thickness or air/gas entrainment low-flow limit. We attribute this widening of the stable coating window to the enhancement of dynamic wetting that results when the thin film gas viscosity is reduced. These results have evident practical significance for slot coating, the coating method of choice in many new technological applications, but it is their fundamental merit which is new and one that should be followed with further data and theoretical underpinning.

Desorption electrospray ionization (DESI) is an ambient ionization technique for mass spectrometry. This solvent based desorption ion source has wide applicability in surface analysis with minimal sample preparation. Interest in improving detection limits, broadening applications, and increasing the spatial resolution for chemical imaging has led to studies of the DESI mechanism. An inverted microscope has been used to image interactions between the DESI spray and test analytes on a glass surface. Microscopic images recorded with millisecond time resolution have provided important insights into the processes governing analyte transport and desorption. These insights are the basis of a rivulet-based model for desorption that differs significantly from the widely-accepted momentum transfer model.

This thesis deals with the dynamics of a thin liquid film falling down a heated plate. The heating yields surface tension gradients that induce thermocapillary stresses on the free surface, thus affecting the stability and the evolution of the film. Accounting for the coherence of the flow due to viscosity, two main approaches that reduce the dimensionality of the original problem are usually considered depending on the flow rate (as measured by the Reynolds number): the `long wave' asymptotic expansion for small Reynolds numbers and the `integral boundary layer' approximation for moderate Reynolds numbers. The former suffers from singularities and the latter from incorrectness of the instability threshold for the occurrence of hydrodynamic waves. Thus, the aim of this thesis is twofold: in a first part, we define quantitatively the validity of the `long wave' evolution equation (Benney equation) for the film thickness h including the thermocapillary effect; and in a second part, we improve the `integral boundary layer' approach by combining a gradient expansion to a weighted residual method. In the first part, we further investigate the Benney equation in its validity domain in the case of periodically inhomogeneous heating in the streamwise direction. It induces steady-state deformations of the free surface with increased transfer rate in regions where the film is thinner, and also in average. The inhomogeneities of the heating also modify the nature of travelling wave solutions at moderate temperature gradients and allows for suppressing wave motion at larger ones. Moreover, large temperature gradients (for instance positive ones) in the streamwise direction produce large local film thickening that may in turn become unstable with respect to transverse disturbances such that the flow may organize in rivulet-like structures. The mechanism of such instability is elucidated via an energy analysis. The main features of the rivulet pattern are described experimentally and recovered by direct numerical simulations. In the second part, various models are obtained, which are valid for larger Reynolds numbers than the Benney equation and account for second-order viscous and inertial effects. We then elaborate a strategy to select the optimal model in terms of linear stability properties and existence of nonlinear solutions (solitary waves), for the widest possible range of parameters. This model -- called reduced model -- is a system of three coupled evolution equations for the local film thickness h, the local flow rate q and the surface temperature Ts. Solutions of this model indicate that the interaction of the hydrodynamic and thermocapillary modes is non-trivial, especially in the region of large-amplitude solitary waves. Finally, the three-dimensional evolution of the solutions of the reduced model in the presence of periodic forcing and noise compares favourably with available experimental data in isothermal conditions and with direct numerical simulations in non-isothermal conditions. ------------------------------------------------ Cette thèse analyse la dynamique d'un film mince s'écoulant le long d'une paroi chauffée. Le chauffage crée des gradients de tension superficielle qui induisent des tensions thermocapillaires à la surface libre, altérant ainsi la stabilité et l'évolution du film. Grâce à la cohérence de l'écoulement assurée par la viscosité, deux approches permettant de réduire la dimensionnalité du problème original sont habituellement considérées suivant le débit (mesuré par le nombre de Reynolds): l'approximation asymptotique dite `longues ondes' pour les faibles nombres de Reynolds et l'approximation `intégrale couche limite' pour les nombres de Reynolds modérés. Cependant, la première approximation souffre de singularités et la dernière de prédictions imprécises du seuil de stabilité des ondes hydrodynamiques à la surface du film. Le but de cette thèse est donc double: dans une première partie, il s'agit de déterminer, de manière quantitative, la validité de l'équation d'évolution `longues ondes' (ou équation de Benney) pour l'épaisseur du film h, en y incluant l'effet thermocapillaire; et dans une seconde partie, il s'agit d'améliorer l'approche `intégrale couche limite' en combinant un développement en gradients avec une méthode aux résidus pondérés. Dans la première partie, nous étudions l'équation de Benney, dans son domaine de validité, dans le cas d'un chauffage inhomogène et périodique dans la direction de l'écoulement. Cela induit des déformations permanentes de la surface libre avec un accroissement du transfert de chaleur dans les régions où le film est plus mince, mais aussi en moyenne. Un chauffage inhomogène modifie également la nature des solutions d'ondes progressives pour des gradients de températures modérés et conduit même à leur suppression pour des gradients de températures plus importants. De plus, ceux-ci, lorsqu'ils sont par exemple positifs le long de l'écoulement, produisent des épaississements localisés du film qui peuvent à leur tour devenir instables par rapport à des perturbations suivant la direction transverse à l'écoulement. Ce dernier s'organise alors sous forme d'une structure en rivulets. Le mécanisme de cette instabilité est élucidé via une analyse énergétique des perturbations. Les principales caractéristiques des structures en rivulets sont décrites expérimentalement et retrouvées par l'intermédiaire de simulations numériques. Dans la seconde partie, nous dérivons une famille de modèles valables pour des nombres de Reynolds plus grands que l'équation de Benney, qui prennent en compte les effets visqueux et inertiels du second ordre. Nous élaborons ensuite une stratégie pour sélectionner le modèle optimal en fonction de ses propriétés de stabilité linéaire et de l'existence de solutions non-linéaires (ondes solitaires), et ce pour la gamme de paramètres la plus large possible. Ce modèle -- appelé modèle réduit -- est un système de trois équations d'évolution couplées pour l'épaisseur locale de film h, le débit local q et la température de surface Ts. Les solutions de ce modèle indiquent que l'interaction des modes hydrodynamiques et thermocapillaires n'est pas triviale, spécialement dans le domaine des ondes solitaires de grande amplitude. Finalement, l'évolution tri-dimensionnelle des solutions du modèle réduit en présence d'un forçage périodique ou d'un bruit se compare favorablement aux données expérimentales disponibles en conditions isothermes, ainsi qu'aux simulations numériques directes en conditions non-isothermes