Submitted by Maria Medeiros (maria.dilva1@ufcg.edu.br) on 2018-09-25T11:56:53Z No. of bitstreams: 1 MARCOS ANTÔNIO AMARAL LINS - TESE (PPGEP) 2013.pdf: 2840885 bytes, checksum: 13b6f2695a2ffd6be9d615430752bc2d (MD5) / Made available in DSpace on 2018-09-25T11:56:53Z (GMT). No. of bitstreams: 1 MARCOS ANTÔNIO AMARAL LINS - TESE (PPGEP) 2013.pdf: 2840885 bytes, checksum: 13b6f2695a2ffd6be9d615430752bc2d (MD5) Previous issue date: 2013-07-05 / Para muitos gêneros alimentícios, o processo de transferência de calor é essencial para se chegar à condição de consumo humano. O presente trabalho teve como objetivo estudar o fenômeno da difusão transiente de calor em alimentos pastosos contidos em recipientes cilíndricos. O estudo apresenta soluções para a equação de difusão com condição de contorno do primeiro tipo. Foram desenvolvidas ferramentas analíticas (otimizador acoplado à solução analítica) para a descrição da difusão de calor em produtos pastosos com as formas mencionadas. As ferramentas analíticas foram validadas através de dados obtidos por simulação numérica tanto para o cilindro infinito quanto para o finito. Os erros cometidos com as ferramentas desenvolvidas no cálculo da difusividade térmica aparente para os dados simulados são aceitáveis quando o sensor de temperatura é colocado na região mais interna do cilindro. Os resultados obtidos para a difusividade térmica aparente de agar gel, purê de tomate e creme custard são compatíveis com os resultados encontrados na literatura para esses produtos. O software Finite Cylinder First Kind foi desenvolvido, validado e aplicado aos dados do purê de tomate, creme custard e agar gel para várias posições no interior do cilindro finito onde estes gêneros alimentícios se encontravam. Todos os resultados obtidos por otimização e simulação tiveram uma excelente concordância com os resultados experimentais. O método numérico se mostrou mais eficiente do que o analítico, na descrição do processo de difusão de calor nos produtos estudados, devido sua versatilidade de permitir a obtenção da solução da equação de difusão considerando a difusividade térmica variável com a temperatura local. / For many foodstuffs, the process of heat transfer is essential to reach the condition human consumption. The present work aims to study the phenomenon of transient diffusion of heat in pasty foodstuffs contained in cylindrical containers. The study presents solutions for the diffusion equation with boundary condition of the first kind. Analytical tools were developed - optimizer coupled to the analytical solution - to describe the diffusion of heat into products with the forms mentioned. Analytical tools were validated using data obtained by numerical simulation for both the cylinder the infinite and finite. The tools developed minimize errors in calculating the thermal diffusivity for the simulated data are acceptable when the temperature sensor is placed in the innermost region of the cylinder. The results obtained for the thermal diffusivity of agar gel, tomato puree and cream custard are consistents with the results found in the literature for these products. The software finite cylinder first kind was developed, validated and applied to data of tomato puree, cream custard and agar gel for various positions within the finite and infinite cylinder filled with these foodstuffs. All results obtained by simulation and optimization had an excellent agreement with the experimental results. The numerical method is more efficient than the analytical description of the heat diffusion process in the products, due to their versatility that allows obtaining the solution of the diffusion equation considering the thermal diffusivity varies with local temperature.

Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico / In this work a transient one dimensional thermal problem with multilayer was solved analytical by using the Green\'s functions (FG) method. This method was used because the boundary conditions vary with time and this discards the use os the separation of variables method. The temperature prole for a two-layer medium was obtained and checks up this analytical solution by comparison with exact and numerical solutions of related thermal problems with specic characteristics. One important application of double layer solutions are given by thermal analysis in a coating machine tool. Accordingly, two analyzes of the thermal behavior of coated tools are addressed. Check up the thermal and geometric parameters involved, which allow a better distribution of temperature in the cutting area, reducing wear used in the process and to increase the tool life. It has been shown that coating with the thermal properties of the cobalt material, had an increase in temperature, while the coating of aluminum oxide (Al203) and titanium nitride (TiN) showed a decrease of temperature in the tool-coating interface. / Este trabalho dedica-se à obtenção de solução analítica em condução de calor por meio de Funções de Green (FG), decorrente de um problema térmico unidimensional transiente com meio multicamada. Indica-se o uso do método de Funções de Green (FG) uma vez que as condições de contorno variam com o tempo, o que descarta de imediato o método de separa- ção de variáveis. Obtém-se o perl de temperatura para o meio dupla-camada e verica-se a solução analítica através da comparação com soluções exatas e numéricas de problemas térmicos correlacionados e especícos. Uma aplicação importante de soluções de dupla camada é dada pela análise térmica de uma ferramenta de usinagem com revestimento. Nesse sentido, duas análises do comportamento térmico em ferramentas revestidas são abordadas. Vericam-se os parâmetros térmicos e geométricos envolvidos, que possibilitam uma melhor distribuição da temperatura na região de corte, diminuindo os desgastes presentes nesse processo e visando aumentar a vida útil da ferramenta. Mostra-se que o revestimento com as propriedades térmicas do material de cobalto, teve um aumento de temperatura, enquanto os revestimento de óxido de alumínio (Al203) e nitreto de titânio (TiN) apresentou-se uma diminuição de temperatura na interface ferramenta-revestimento. / Mestre em Engenharia Mecânica

Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / Problems involving heat conduction can be observed in many ways and in various forms, we can be mentioned: heating a slab in a welding process or heat conduction from a process of drilling or cutting. Thus, it is intended, using mathematical analysis tools and engineering concepts and physical establish this thermal behavior, by calculating 1D, 2D and 3D transient analytical solutions varying boundary conditions and apply it to a welding process. Obtaining analytical solutions to this problem require more elaborate procedures to those used for fixed problems because of the additional terms that arise in the governing equation. And so, we intend to contribute to the literature in this regard. The proposed method for solving partial differential equations will be the Green\'s functions method. It is also objective of this work to develop the verification of the solutions obtained analytically, making comparisons to the solutions obtained numerically and application in inverse problems. In this case, it is proposed to application and development of the TFBGF technique for heat source estimate. The use of analytical solution showed up after calculated and checks, a robust tool, easy to implement, and low computational cost when applied to direct or inverse problems of heat conduction by moving sources. / Problemas envolvendo condução de calor podem ser observados em diversos aspectos e nas mais variadas formas, pode-se citar: O aquecimento de uma chapa em um processo de soldagem ou a condução de calor proveniente de um processo de furação ou corte. Assim, pretende-se, usando ferramentas de análise matemática e conceitos de engenharia e física estabelecer este comportamento térmico, através do cálculo de soluções analíticas 1D, 2D e 3D variando-se condições de contorno e aplicá-la a um processo de soldagem. A obtenção de soluções analíticas para este tipo de problema requerem procedimentos mais elaborados aos que são utilizados para problemas fixos, devido aos termos adicionais que surgem na equação governante. E desse modo, pretende-se contribuir com a literatura neste aspecto. O método proposto para resolver as equações diferenciais parciais será o método de funções de Green. É também objetivo deste trabalho desenvolver a verificação das soluções obtidas analiticamente, fazer comparações à soluções obtidas numericamente e aplicação à problemas inversos. Nesse caso, propõe-se a aplicação e o desenvolvimento da técnica TFBGF (transfer function based Green\'s functions) para estimativa de aporte térmico. O uso de solução analítica monstrou-se, após calculada e verifica, uma ferramenta robusta, de fácil implementação, e de baixo custo computacional quando aplicada a problemas diretos ou inversos em condução de calor por fontes móveis. / Mestre em Engenharia Mecânica

Fundação de Amparo a Pesquisa do Estado de Minas Gerais / This work presents the developing of analytical solutions based on Green's function to be applied in inverse problems techniques. Special attention is given to the problems that deals to unknown heat ux input such as the heat generation due to the friction in orthogonal machining processes or to the thermal properties measurement using optimization techniques. The great advantage of using Green's function is the ability of obtaining solutions of complex heat conduction problem that involves transient heat source or non homogenous boundary conditions as heat ux input or prescribed temperature varying with time and space. In this work, analytical solutions of one, two and three-dimensional transient heat conduction problems are presented. A practical application of using analytical solution in optimization problem is also presented. Any inverse or optimization technique has a basic and common characteristic: both of them need to solve the direct solution several times. This characteristic is the cause of the large time consumed. In heat conduction problem, the time consumed is, usually, due to the use of numerical solutions of multidimensional models with rened mesh. In this case, if analytical solutions are available the computational time can be reduced drastically. This study presents the development and application of a 3D-transient analytical solution based on Green's function to obtain thermal properties of solids materials. / Este trabalho dedica-se à obtenção e aplicação de soluções analíticas baseadas em funções de Green (FG) em técnicas de problemas inversos. Especialmente, o estudo é voltado a problemas decorrentes de fonte de calor desconhecidas como a geração de calor devido ao atrito presentes em processos de usinagem ortogonal e, principalmente, à medição de propriedade térmicas usando técnicas de otimização e estimativas de parâmetros. A grande força do uso das FG está na possibilidade de obtenção de soluções de problemas de condução de calor dos tipos mais variados e complexos, como por exemplo, problemas tridimensionais transientes, com termos de geração de calor transientes e não uniformes e que possam ainda estar sujeitos as condições de contorno não homogêneas variando com o tempo e o espaço. Apresentam-se neste trabalho a solução analítica de vários problemas de condução de calor unidimensionais, bidimensionais e tridimensionais transientes. Além do desenvolvimento destas soluções, apresentam-se também resultados em forma de grácos permitindo um melhor entendimento físico das soluções e a sua vericação. Dois problemas de otimização são abordados através da aplicação de soluções analíticas. Um dos problemas trata da estimativa de propriedades térmicas enquanto o outro se refere ao desenvolvimento do método de observadores dinâmicos usando funções de Green. O uso das FG na estimativa de parâmetros reduziu drasticamente o tempo computacional gasto enquanto no método dos observadores introduziu maior conança e estabilidade à técnica. / Mestre em Engenharia Mecânica

Made available in DSpace on 2014-08-20T14:25:52Z (GMT). No. of bitstreams: 1 dissertacao_daniel_schuch.pdf: 1534096 bytes, checksum: 7a0aa04f35343a826f68cb23af11d80d (MD5) Previous issue date: 2011-09-23 / The present work shows an analytical solution for the two-dimensional advectiondiffusion equation applied to the dispersion of pollutants released in the Atmospheric Boundary layer. The problem is solved by the combination of the Laplace Transform and GILTT (Generalized Integral Laplace Transform Technique) techniques. This solution has no limitations regarding the turbulent diffusion coefficients and wind profile depending on the height. An arbitrary source is added to the advectiondiffusion equation to model the process of first order chemical reactions. The concentration fields obtained computationally are compared with experimental data available in the literature. / Esta dissertação apresenta uma solução analítica para a equação de advecçãodifusão bidimensional aplicada a dispersão de poluentes lançados na Camada Limite Atmosférica (CLA). A resolução do problema será com o uso das técnicas da Transformada de Laplace e GILTT (Generalized Integral Laplace Transform Technique). Esta solução é válida para qualquer coeficiente de difusão turbulenta e perfil de vento dependentes da altura. Um termo fonte arbitrário é adicionado à equação de advecção-difusão para modelar o processo de reação química de primeira ordem. Os campos de concentração obtidos computacionalmente são comparados com dados experimentais e da literatura.

O objetivo desse trabalho é desenvolver métodos numéricos para simular escoamentos de cristais líquidos nemáticos governados pelas equações dinâmicas de Ericksen-Leslie. São apresentados dois métodos numéricos para a simulação de escoamentos de cristais líquidos nemáticos. O primeiro método foi desenvolvido para simular escoamentos tridimensionais de cristais líquidos nemáticos sob efeito de forte campo magnético enquanto que o segundo método foi desenvolvido para a simulação de escoamentos bidimensionais. Utilizando a notação de Einstein, as equações dinâmicas de Ericksen-Leslie são apresentadas. Empregando variáveis primitivas e coordenadas cartesianas, as equações governantes para escoamentos de cristais líquidos nemáticos são derivadas e as formulações matemáticas para a obtenção dos métodos numéricos são apresentadas. As equações descrevendo os métodos numéricos são resolvidas por um método numérico baseado na metodologia GENSMAC3D para o caso tridimensional enquanto que o método bidimensional é baseado na metodologia GENSMAC (GENeralized-Simplified-Marker-And-Cell). Em ambos os métodos, a técnica de diferenças finitas em uma malha deslocada é utilizada. As equações que descrevem as técnicas numéricas desenvolvidas foram incorporadas aos ambientes de simulação Freeflow2D e Freeflow3D. As condições de contorno para cada tipo de contorno são descritas em detalhes. A solução analítica apresentada por Stewart para o escoamento entre duas placas paralelas é utilizada para a validação do método numérico tridimensional. Empregando as hipóteses de escoamento desenvolvido e que o ângulo de orientação do diretor é pequeno, uma solução analítica para o escoamento em um canal bidimensional é encontrada. O método numérico bidimensional é então validado utilizando a solução analítica obtida. Utilizando refinamento de malha, resultados de convergência dos métodos numéricos são apresentados. Os métodos numéricos desenvolvidos nesse trabalho são aplicados para a simulação dos seguintes problemas: escoamento de um cristal líquido nemático em um canal tridimensional; investigação numérica do escoamento em L-canais e escoamento através de uma contração 4:1 e de uma expansão planar 4:1 / The aim of this work is to develop numerical methods capable of simulating nematic liquid crystal flows described by the dynamic Ericksen-Leslie equations. Two numerical techniques have been proposed: a numerical method for solving three-dimensional flows of nematic liquid crystals under strong magnetic fields and a method for simulating flows of nematic liquid crystals in two-dimensional complex geometries. Both methods employ Cartesian coordinates using primitive variables of pressure and velocity. These techniques are based on the GENSMAC (GENeralized-Simplified-Marker-And-Cell) methodology and a detailed description of the equations involved is presented. The resulting governing equations are solved by the finite difference method on a staggered grid. The three-dimensional technique was applied to solve fully developed flow between two paralel plates for which an analytic solution exists. By using this analytic solution, validation and convergence results of the developed numerical technique were obtained. To validate the two-dimensional method developed herein, an analytic solution for steady state flow in a 2D-channel was found which was used to obtain validation and convergence results. The method was then applied to simulate the flow in L-shaped channels, flow through a 4:1 contraction and flow in a 4:1 expansion

O objetivo desse trabalho é desenvolver métodos numéricos para simular escoamentos de cristais líquidos nemáticos governados pelas equações dinâmicas de Ericksen-Leslie. São apresentados dois métodos numéricos para a simulação de escoamentos de cristais líquidos nemáticos. O primeiro método foi desenvolvido para simular escoamentos tridimensionais de cristais líquidos nemáticos sob efeito de forte campo magnético enquanto que o segundo método foi desenvolvido para a simulação de escoamentos bidimensionais. Utilizando a notação de Einstein, as equações dinâmicas de Ericksen-Leslie são apresentadas. Empregando variáveis primitivas e coordenadas cartesianas, as equações governantes para escoamentos de cristais líquidos nemáticos são derivadas e as formulações matemáticas para a obtenção dos métodos numéricos são apresentadas. As equações descrevendo os métodos numéricos são resolvidas por um método numérico baseado na metodologia GENSMAC3D para o caso tridimensional enquanto que o método bidimensional é baseado na metodologia GENSMAC (GENeralized-Simplified-Marker-And-Cell). Em ambos os métodos, a técnica de diferenças finitas em uma malha deslocada é utilizada. As equações que descrevem as técnicas numéricas desenvolvidas foram incorporadas aos ambientes de simulação Freeflow2D e Freeflow3D. As condições de contorno para cada tipo de contorno são descritas em detalhes. A solução analítica apresentada por Stewart para o escoamento entre duas placas paralelas é utilizada para a validação do método numérico tridimensional. Empregando as hipóteses de escoamento desenvolvido e que o ângulo de orientação do diretor é pequeno, uma solução analítica para o escoamento em um canal bidimensional é encontrada. O método numérico bidimensional é então validado utilizando a solução analítica obtida. Utilizando refinamento de malha, resultados de convergência dos métodos numéricos são apresentados. Os métodos numéricos desenvolvidos nesse trabalho são aplicados para a simulação dos seguintes problemas: escoamento de um cristal líquido nemático em um canal tridimensional; investigação numérica do escoamento em L-canais e escoamento através de uma contração 4:1 e de uma expansão planar 4:1 / The aim of this work is to develop numerical methods capable of simulating nematic liquid crystal flows described by the dynamic Ericksen-Leslie equations. Two numerical techniques have been proposed: a numerical method for solving three-dimensional flows of nematic liquid crystals under strong magnetic fields and a method for simulating flows of nematic liquid crystals in two-dimensional complex geometries. Both methods employ Cartesian coordinates using primitive variables of pressure and velocity. These techniques are based on the GENSMAC (GENeralized-Simplified-Marker-And-Cell) methodology and a detailed description of the equations involved is presented. The resulting governing equations are solved by the finite difference method on a staggered grid. The three-dimensional technique was applied to solve fully developed flow between two paralel plates for which an analytic solution exists. By using this analytic solution, validation and convergence results of the developed numerical technique were obtained. To validate the two-dimensional method developed herein, an analytic solution for steady state flow in a 2D-channel was found which was used to obtain validation and convergence results. The method was then applied to simulate the flow in L-shaped channels, flow through a 4:1 contraction and flow in a 4:1 expansion

Made available in DSpace on 2014-06-11T19:26:56Z (GMT). No. of bitstreams: 0 Previous issue date: 2009-02-16Bitstream added on 2014-06-13T19:34:53Z : No. of bitstreams: 1 santos_jm_me_sjrp.pdf: 407078 bytes, checksum: 96bda75a3b280db0c6b8bdd488530e5a (MD5) / Osciladores eletromecânicos podem ser modelados matematicamente através da equação de Duffing ou equação de Van der Pol, mesmo que sejam sistemas de escala nanomética. Nesta dissertação analisamos um oscilador forçado sujeito a um amortecimento não-linear, que é representado pela equação de Duffing - Van der Pol. Em geral, não é fácil obter solução analítica exata para esta equação, então a análise é feita utilizando a teoria de perturbações para obter uma solução analítica aproximada. Para isso consideramos certos parâmetros do problema como sendo pequenos parâmetros, e obtemos a solução na forma de expansão direta. Devido o fato da frequência natural do sistema dinâmico depender do pequeno parâmetro, essa expansão é não uniforme, ou seja, apresenta termos seculares mistos (termos de Poisson), e além disso possui pequenos divisores. Essas inconveniências são eliminadas aplicando o método das múltiplas escalas e o método da média. Inicialmente os pequenos parâmetros são escolhidos de modo que o problema não perturbado se reduz a um oscilador harmônico forçado, e na escolha posterior o problema não perturbado é um oscilador linear amortecido e forçado. / Electromechanical oscillators can be mathematically modeled by a Du±ng equation or a Van der Pol equation, even if they are nanometric systems. In this work we studied a forced oscillator having nonlinear damping, that is represented by a Du±ng - Van der Pol equation. In general, it is not easy to get the exact analytical solution for this equation, then the analysis is done using the perturbation theory to get an approximate analytical solution. For this reason we considered that certain parameters of the problem are small parameters and we obtain the solution in the form of straightforward expansion. Due to the fact that natural frequency of the dynamic system depends on the small parameter, this expansion is not uniform, i.e. presents secular terms (Poisson terms) and also small-divisors. These inconveniences are eliminated using the method of multiple scales and the aver- aging method. Initially the small parameters are chosen so that the unperturbed problem is reduced to a forced harmonic oscillator, and in the subsequent choice the unperturbed is a forced oscillator having linear damping.