Agriculture is directly linked to atmospheric concentration of greenhouse gases (GHG) through basic processes that occur in the soil-plant system. Agricultural soils can act as a source or sink of GHG depending on the management practices adopted. The objective of this research was to evaluate the GHG flux in different soil management systems. This project was constituted by two studies, conducted in long-term (22 years) experiment in a Rhodic Hapludox located in FUNDACEP research center, Cruz Alta, RS, Brazil. A study was conducted during 2006-2007 to evaluate the C-CO2 flux in a no-till soybean cropping system. Data were collected by an automatic meteorological station mounted in micrometeorological tower two meters above the ground. Turbulent variables were measured by a three-dimensional sonic anemometer Campbell-3D (wind and temperature components) and by an infrared gas analyzer Licor 7500 (H2O e CO2). Eddy covariance method was employed to measure the C-CO2 exchange that resulted of the interaction between atmosphere and the soybean cropping system. Soil temperature was measured using two sensors (thermopar) installed in the soil and for moisture measurement were used two sensors ECH2O. Results confirmed the high photosynthetic activity during daylight, with high values of C-CO2 influx. Low values of total C-CO2 influx were verified, with the culture responding to environmental conditions and to phenologic stage. Soybean cropping system liquid C-CO2 balance was estimated in -7,1 g C m-2. This result suggests a low soybean potential in increasing soil organic matter, even under no-till system. A second study was conducted during winter soil tillage operations (May 2007), using the closed camera method, to evaluate N2O, CH4 and CO2 flux in different soil management systems (conventional tillage, no-till system with soybean and maize residues). The analysis was made through gaseous chromatography. GHG emissions were affected by cropping system and were not affected by soil tillage. Highest N2O emissions occurred in the no-till system with soybean residues. The no-till system with maize residues had similar N2O emissions to conventional tillage system, this result was explained due to low nitrate soil content. The three systems evaluated acted as a CH4 sink. CO2 emissions were higher in the no-till system. / A agricultura está diretamente relacionada à concentração atmosférica de gases de efeito estufa (GEE) através dos processos básicos que ocorrem no sistema solo-planta. Os solos agrícolas podem atuar como fonte ou dreno destes gases dependendo das práticas de manejo utilizadas. O objetivo deste trabalho foi avaliar o fluxo de GEE em diferentes sistemas de manejo de solo. O projeto foi constituído de dois estudos, desenvolvidos em experimento de longa duração (22 anos) sob Latossolo Vermelho distrófico típico situado na Fundação Centro de Experimentação e Pesquisa Fecotrigo (FUNDACEP), Cruz Alta, RS. Com o objetivo de avaliar o fluxo de C-CO2 no sistema solo-soja sob plantio direto (PD), desenvolveu-se um estudo durante a safra agrícola de 2006/2007. Os dados foram coletados por uma estação meteorológica automática montada em torre micrometeorológica de dois metros de altura. Variáveis turbulentas foram medidas por um anemômetro sônico tridimensional Campbell-3D (componentes de vento e temperatura) e por um analisador de gás infravermelho Licor 7500 (H2O e CO2). O método da covariância dos vórtices ( eddy covariance ) foi utilizado para medir o fluxo de C-CO2 que é resultante da interação entre a atmosfera e a cultura de soja. A temperatura do solo foi avaliada utilizando-se dois sensores de temperatura (termopares) inseridos no interior do solo e para a medição da umidade do solo foram utilizados dois sensores ECH2O (Decagon Devices, Inc, USA). Os resultados confirmaram a elevada atividade fotossintética durante o período diurno, com elevados valores de influxo de C-CO2. Foram verificados baixos valores de influxo de C-CO2 total, com a cultura respondendo às condições ambientais e ao estádio fenológico. O balanço de C líquido da cultura da soja indicou baixo potencial em proporcionar incrementos nos teores de matéria orgânica do solo mesmo sob PD. Com o objetivo de avaliar o fluxo de N2O, CH4 e CO2 em diferentes sistemas de manejo de solo (preparo convencional, plantio direto com resíduos de soja e milho) desenvolveu-se um estudo durante os preparos de inverno (maio de 2007) usando o método da câmara fechada. A análise foi realizada por cromatografia gasosa (cromatógrafo Shimadzu GC 2014). As emissões de GEE foram pouco influenciadas pelo preparo do solo no período outono-inverno. As maiores emissões de N2O ocorreram no PD quando na presença de resíduos de soja. Os três sistemas avaliados atuaram como dreno de CH4. As emissões de CO2 foram maiores sob PD do que sob PC.

Submitted by maria angelica Varella (angelica@sibi.ufrj.br) on 2018-02-19T18:32:02Z No. of bitstreams: 1 154555.pdf: 1885807 bytes, checksum: 844e1b5833636b9a313b678e025bf715 (MD5) / Made available in DSpace on 2018-02-19T18:32:03Z (GMT). No. of bitstreams: 1 154555.pdf: 1885807 bytes, checksum: 844e1b5833636b9a313b678e025bf715 (MD5) Previous issue date: 1980-12 / Apresenta um estudo sobre “risers” de perfuração usados por plataformas semi-submersiveis na perfuração de poços em águas profundas. Inicialmente, e apresentado um estudo acerca do equilíbrio estático. Isto permite dimensionar “risers” para condições normais de operação. O dimensionamento considera o tracionamento do “riser”, as condições naturais e os parâmetros de perfuração pertinentes. A seguir, e apresentado um breve estudo sobre vibrações livres. Finalmente, é feita a análise de vibrações transversais induzidas por vórtices, o que pode ocorrer em regiões de fortes correntezas. O modelo matemático foi postulado por Skop e Griffin e sua solução foi feita pelo método da forma normal. O método proposto permite a construção da resposta em frequência do “riser” próximo a uma condição de ressonância. / Presents a study about drilling risers used by semisubmersible platforms in order to drill wells in deep waters. Firstly, a study about static equilibrium is presented. This allows to select adequate risers for places with usual natural conditions. The selection takes into account the riser tension, the natural ·conditions and the pertinent drilling parameters. Then, a brief study about free vibrations is presented. Finally, the analysis of transverse vibrations induced by vortex-shedding is dane. These vibrations can occur in places of strong marine currents. The mathematical model was postulated by Skop and Griffin and its solution was dane by the normal form method. The proposed method allows the construction of the riser frequency response near a resonance condition.

Nesta dissertação, apresenta-se um estudo sobre esquemas numéricos de alta precisão para modelagem matemática de camadas de mistura compressíveis em desenvolvimento temporal. O objetivo central é analisar condições de transição em camadas de mistura para diferentes números de Reynolds e Mach. Ap resenta-se, em primeiro lugar, a motivação à utilização de esquemas numéricos de alta precisão que visem obter soluções de problemas de escoamentos que envolvem diversas escalas de tempo e espaço, os parâmetros físicos relevantes para o tipo de escoamento aqui analisado e algumas definições essenciais como camada de mistura e instabilidade de Kelvin-Helmholtz. Descrevem-se, na continuação, as equações que governam os escoamentos viscosos compressíveis, a adimensionalização correspondente dessas equações, o sistema de equações adimensionais e as condições iniciais e de contorno. A Teoria da instabilidade Linear Hidrodinârnica para escoamentos livres incompressíveis e compressíveis é revisada onde, em particular, mostra-se a importância da escolha da taxa de amplificação máxima no tocante aos efeitos de compressibilidade e de viscosidade e constata-se a instabilidade do perfil tangente hiperbólica. São descritos os esquemas de diferenças finitas implícitos compactos de alta que permitem obter melhores resultados que os de ordem inferior com menor custo computacional. São demonstradas aproximações para a primeira e segunda derivadas e formulações para a fronteira da primeira e segunda derivadas, cujos resultados são aproximados aos dos métodos espectrais com a vantagem de usar domínios e condições de fronteira mais gerais. Em seguida, faz-se wna análise dos erros dos esquemas numéricos. Por último, apresentam-se alguns dos resultados obtidos de simulações numéricas comparando-se com toda a teoria física estudada para diversos números de Mach e Reynolds. Em particular, analisa-se a evolução temporal dos vórtices coerentes para diferentes condições de compressibilidade e viscosidade. / In this work a study about high precision numerical schemes for the mathematical modeling of compressible temporal mixing layer is presented. The main objetive is to analise the transition conditions for the mi.xing layer with different Reynolds and Mach numbers. Firstly, the rnotivation of using high precision schemes to solve flows problems that involved different time and length scales is presented, along with the description of the main physical parameters and others definit ions such as mixing layers and Kelvin-Helrnholtz instability. T hen, the governing equations for compressible viscous flows, their adimensionalisation and the corresponding initial and boundary condit ions are established. The linear stability t heory is revised for both incompressible and compressible free shear flows. In parti-cular, it is showed the importance of t he choice of the maximum amplification rate for the compressibility and viscosity conditions adopted and it is verified the instability of the hyperbolic tangent profile. Then the high precision compact finite differences are presented along .vith approximation for the first and second derivatives for the central and boundary region of the computational domain. Finally, some results obtained from numerical simulations vlith differents Reynolds and Mach numbers are presented and the temporal evolution of coherent vortices is analysed.

O problema das vibrações induzidas por vórtices em cilindros flexíveis inclinados em relação ao perfil de correnteza incidente é estudado através de uma abordagem experimental. Este tema se mostra de grande importância e aplicação na Engenharia Naval e Oceânica uma vez que são diversas as estruturas que se encaixam nesta descrição, como são o casos dos risers e linhas de amarração. Apesar de extensa, a literatura técnica especializada no assunto é focada em simplificações, tais como os estudos de cilindros rígidos fixos, cilindros rígidos montados em base elástica e cilindros flexíveis verticais ou lançados em catenária livre. A questão da inclinação é abordada em termos do Principio da Independência que diz que as forças e a frequência de emissão de vórtices em um cilindro inclinado são iguais as de um cilindro vertical se considerada apenas a parcela da correnteza normal à direção de inclinação. Estudos anteriores mostraram que este princípio é válido somente em algumas condições específicas e poucos deles apresentam resultados para cilindros flexíveis. Com base nisso, um ensaio em escala reduzida em tanque de reboque foi realizado com um modelo de linha composto por um tubo de silicone preenchido com microesferas de aço e condições de contorno articuladas em suas extremidades, o que conferiu características inerciais e geométricas ideais para a obtenção do fenômeno. Além da configuração vertical (? = 0°), que é o caso de referência, o modelo foi estudado em outras quatro inclinações com a vertical: ? = 10°, 20°, 30° e 45°. Estas inclinações foram ensaiadas para cinco diferentes azimute: ? = 0°, 45°, 90°, 135° e 180°, resultando em vinte e uma configurações de inclinação. Os resultados são analisados em termos da decomposição modal da vibração da linha, ou seja, são apresentadas amplitudes e frequências de oscilação ocorridas em cada um dos modos de vibrar. Além disso são realizadas análises espectrais, gráficos de evolução espaço-temporal, trajetórias de pontos ao longo do modelo flexível, entre outros. Frequências naturais, coeficientes de amortecimento e trações no topo são apresentados, complementarmente, como resultados de caracterização do modelo. Os estudos apontaram para uma validade do PI com algumas ressalvas, principalmente influenciadas pela diferença nas frequências do primeiro e segundo modo que é crescente com o aumento da inclinação. Além disso conclusões importantes sobre a coexistência modal, em regiões de ressonância e/ou de transição da dominância modal, foram obtidas. / The vortex-induced vibration problem in flexible cylinders yawed in relation to the incident current profile is studied through an experimental approach. This topic has great importance and application on Naval and Oceanic Engineering once there are multiple structures that fit into this description, such as risers and mooring lines. Though extensive, technical literature specialized on this topic is focused on simplifications such as the study of fixed rigid cylinders, elastic base rigid cylinders and flexible cylinders assembled vertically or launched in free hanging catenary. The inclination issue is addressed in the terms of the Principle of Independence which states that the forces and frequency shedding in an inclined cylinder are equal to those of a vertical cylinder if only considered the current component normal to the inclination plane. Previous studies showed that this principle is valid only on some specific conditions and few of them showed results to flexible systems. Based on this, a scaled tow tank test was performed with a line model composed of a silicone tube filled with steel microspheres and articulated end conditions, which offered the ideal inertial and geometrical conditions to obtaining the phenomenon. Besides the vertical configuration (? = 0°), which is the reference case, the model was studied in other four inclinations with the vertical: ? = 10°,20°, 30° and 45°. These inclinations were tested for five different azimuth directions: ? = 0°, 45°, 90°, 135° and 180°, resulting in 21 configurations. The results are analyzed on terms of the modal decomposition of the line motions, that is, amplitudes and oscillation frequencies are presented for each one of the vibration modes. Furthermore other analyzes are made, as spectral graphs, spatio-temporal evolution graphs, line points trajectories, among others. Natural frequencies, damping coefficients and tensions at the top are presented, complementarly, as results of the model characterization. The studies pointed to a validity of the IP with some reservations, mainly influenced by the difference in of the first and second mode frequencies that is increasing with the yaw increase. In addition, important conclusions about modal coexistence in regions of resonance and / or transition of modal dominance were obtained.

Animais que nadam ou voam apresentam uma coordenação de movimentos similar que garante uma interação ótima de seus corpos com o escoamento gerando máxima eficiência propulsiva devido a interação dos vórtices liberados. O grupamento adimensional da mecânica dos fluidos que avalia esta coordenação é o número de Strouhal. Este estudo visa verificar se seres humanos seriam capazes de utilizar desta coordenação para nadar de forma mais rápida e eficiente. Para isso, foram analisadas as influencias antropométricas, de habilidade, desempenho, sexo e idade na possível utilização desta coordenação. Foram filmados 144 participantes de ambos os sexos, entre 12 e 53 anos e diferentes níveis de habilidade, enquanto nadavam crawl em máxima velocidade de forma livre, com limitação de velocidade e apenas com ação de pernas. Estes dados permitiram avaliar as condições do escoamento, o arrasto, o índice de coordenação, o número de Strouhal e a coordenação entre membros dos participantes. Embora as diferenças entre sexos e idades já reportadas na literatura a respeito do índice de coordenação e do arrasto tenham sido confirmadas, estas características parecem não afetar a coordenação entre membros e o número de Strouhal de forma a não influenciar o possível mecanismo propulsivo relacionado à interação dos vórtices. Nadadores mais habilidosos parecem tentar coordenar seus nados em um valor de Strouhal de aproximadamente 0,5, com um número fixo de pernadas dentro dos ciclos de braçadas e com movimentos de braços e pernas sincronizados. Esta coordenação constante parece privilegiar a ocorrência da finalização de uma pernada durante uma fase propulsiva crítica da braçada sustentando a possibilidade da interação das ações propulsivas. Quando submetidos a uma condição com limitação de velocidade os nadadores mais habilidosos buscaram alterar suas técnicas. Eles apresentaram maior amplitude de pernada, porém não foi possível determinar se isso ocorreu devido ao maior arrasto ou a uma tentativa de aumentar o número de Strouhal. O mesmo aumento da amplitude de pernada também foi observado para as condições com apenas propulsão de pernas, no entanto, para este caso, nadadores de todos os níveis identificaram a necessidade de alterar suas técnicas de pernadas. Estes resultados parecem sugerir que o aproveitamento da interação com vórtices não ocorreria em baixas velocidades e que apenas os nadadores mais habilidosos identificam a coordenação necessária para cada situação. Desta forma, o desempenho e experiência do nadador parecem constituir restritores para o aproveitamento da interação com vórtices. No entanto a partir de um determinado valor de número de Froude (velocidade normalizada pela raiz quadrada do produto entre estatura e a aceleração da gravidade), apenas a habilidade do nadador parece interferir nesta coordenação. O arrasto e as características antropométricas parecem não influenciar o número de Strouhal ou a coordenação entre membros / Flying and swimming animals presents a similar movement coordination that insure a optimal interaction between their bodies and the flow. This coordination generate high propulsive efficiency due to the interaction between shedding vortex. The dimensionless group used in fluid mechanics to evaluate this phenomenon is Strouhal number. This study aims to verify if the human beings are able to use this coordination to swim in a faster and more efficient way. For this purpose we analyzed the influence of anthropometric characteristics, ability, performance, sex and age in the possible use of the coordination mentioned above. 144 subjects of both sex, age between 12 and 53 years, and different ability levels were filmed while they swan front crawl in maximal velocity in three different conditions: free swimming, with velocity limitation and using legs action only. These data allowed evaluating the flow conditions, the drag force, the index of coordination, the Strouhal number and the coordination between limbs. Although differences between sex and age related to Index of coordination and drag reported previously have been confirmed, these characteristics seem not to affect the coordination between limbs and Strouhal number, in such a way, that the possible vortex interaction\'s propulsive mechanism would not be affected by sex and age. The most skilled swimmers seem to try to coordinate their movements to reach a Strouhal number about 0,5; with a fixed number of kick beats per stroke; and with a synchronized coordination between arms and legs. This coordination seems to lead to an occurrence of the ending of the kick beat in a critical propulsive phase of the stroke, which supports the possibility that there is an interaction between the propulsive actions of arms and legs. When the swimmers are exposed to a condition with velocity limitation, the most skilled of them tried to change their techniques. They raised their kick amplitude, however, it was not possible to determine if this raise happened due to the either higher drag force or to an attempt to raise the Strouhal number. The same kick amplitude raise was also observed on the legs propulsion condition, however, in this case, all swimmers were able to identify the need of change their techniques. These results suggest that the use of the interaction between vortex would not occur in low velocities, moreover, only the most skilled swimmers are able to identify the best coordination for each condition. In this way, the swimmer\'s performance and experience seem to be constraint for the use of the interaction between vortex. Nonetheless, since a Froude (V.(gl)-0.5) threshold was reached, only the swimmer\'s ability seems to affect this coordination. The drag and anthropometric characteristics seem not to affect Strouhal number or the limbs\' coordination

Tanto os motores turbo-jato quanto os turbo-fan, são os maiores responsáveis pela geração de ruído durante a decolagem, segmento de subida e de aceleração de uma aeronave. Devido a isto, o problema de ruído em jatos vem sendo intensamente investigado ao longo dos últimos anos. Já na fase do pouso, o slat é uma das fontes de ruído mais importantes. Para este caso, na maioria das aplicações práticas, existe o descolamento da camada limite no intradorso do slat a partir de onde se desenvolve uma camada de mistura. Ainda assim, existem inúmeros aspectos de tais escoamentos que precisam de investigação. Uma abordagem frequentemente feita para o estudo da instabilidade hidrodinâmica e ruído em jatos é o estudo de metade do jato. A estratégia consiste em estudar os fenômenos na camada de mistura, o que é uma aproximação razoável quando o jato tem diâmetro muito grande comparado à espessura da camada cisalhante que se desenvolve nas bordas do jato. Assim, alguns aspectos do ruído gerado pelos modos axi-simétricos de instabilidade são em grande parte reproduzidos. Um aspecto aparentemente jamais estudado antes é o efeito do emparelhamento de vórtices de diferentes geometrias na camada de mistura. Caso o efeito da modulação dos vórtices produzisse um padrão de ruído com características diferentes no emparelhamento, um controle ativo de escoamento por excitação periódica poderia ser usado para reduzir o ruído em jatos. O objetivo do presente trabalho é investigar tal efeito. A idéia é investigar este emparelhamento de vórtices na camada de mistura em desenvolvimento temporal bi-dimensional. Com isto foi possível visualizar um emparelhamento isolado de outros emparelhamentos e sem o efeito Doppler (presente na camada de mistura em desenvolvimento espacial). O método adotado foi a simulação numérica direta (DNS) das equações de Navier Stokes compressíveis na forma não-conservativa escritas na formulação característica. Os resultados mostram que a modulação dos vórtices não produz alteração significativa do ruído gerado no emparelhamento. / Turbo-fan and turbo-jet engines are the most important noise sources during the aircraft take off, climb and acceleration segments. Owing to this fact, the jet flow noise has been studied in the past years. For the landing stage, the slat is an important sound source. In this case, the slat leading edge frequently experiences a boundary layer deattachment causing the development of a mixing layer inside the slot. Nevertheless, there are many aspects of such phenomenon that have not been studied yet. Mixing layers constitutes an usual approach for jet flow instability in aeroacoustics studies. The stategy is to study the mixing layer in order to understand the jet-flow. This strategy becomes better as the ratio between the jet diameter and mixing layer thickness becomes larger. This approach is only reazonable for the jet flow axi-symetric unstable modes. The effect of vortex modulation on the vortex pairing sound production has not been found in the literature. If such effect could cause a significant change in the sound generation patterns, an active flow control system could be developed in order to enhance the jet noise performance. The purpose of the present work was to investigate such effect. It was also possible to observe a single vortex pairing inside a wide domain without the Doppler effect. The strategy was to study the vortex pairing in a bi-dimensional mixing layer under temporal development. The method used was the direct numerical simulation (DNS) of the compressible bidimensional (2D) Navier Stokes equations written in a nonconservative form of the characteristics formulation. The results showed that the vortex modulation did not produce a significant change on the vortex pairing sound.

Nesta dissertação, apresenta-se um estudo sobre esquemas numéricos de alta precisão para modelagem matemática de camadas de mistura compressíveis em desenvolvimento temporal. O objetivo central é analisar condições de transição em camadas de mistura para diferentes números de Reynolds e Mach. Ap resenta-se, em primeiro lugar, a motivação à utilização de esquemas numéricos de alta precisão que visem obter soluções de problemas de escoamentos que envolvem diversas escalas de tempo e espaço, os parâmetros físicos relevantes para o tipo de escoamento aqui analisado e algumas definições essenciais como camada de mistura e instabilidade de Kelvin-Helmholtz. Descrevem-se, na continuação, as equações que governam os escoamentos viscosos compressíveis, a adimensionalização correspondente dessas equações, o sistema de equações adimensionais e as condições iniciais e de contorno. A Teoria da instabilidade Linear Hidrodinârnica para escoamentos livres incompressíveis e compressíveis é revisada onde, em particular, mostra-se a importância da escolha da taxa de amplificação máxima no tocante aos efeitos de compressibilidade e de viscosidade e constata-se a instabilidade do perfil tangente hiperbólica. São descritos os esquemas de diferenças finitas implícitos compactos de alta que permitem obter melhores resultados que os de ordem inferior com menor custo computacional. São demonstradas aproximações para a primeira e segunda derivadas e formulações para a fronteira da primeira e segunda derivadas, cujos resultados são aproximados aos dos métodos espectrais com a vantagem de usar domínios e condições de fronteira mais gerais. Em seguida, faz-se wna análise dos erros dos esquemas numéricos. Por último, apresentam-se alguns dos resultados obtidos de simulações numéricas comparando-se com toda a teoria física estudada para diversos números de Mach e Reynolds. Em particular, analisa-se a evolução temporal dos vórtices coerentes para diferentes condições de compressibilidade e viscosidade. / In this work a study about high precision numerical schemes for the mathematical modeling of compressible temporal mixing layer is presented. The main objetive is to analise the transition conditions for the mi.xing layer with different Reynolds and Mach numbers. Firstly, the rnotivation of using high precision schemes to solve flows problems that involved different time and length scales is presented, along with the description of the main physical parameters and others definit ions such as mixing layers and Kelvin-Helrnholtz instability. T hen, the governing equations for compressible viscous flows, their adimensionalisation and the corresponding initial and boundary condit ions are established. The linear stability t heory is revised for both incompressible and compressible free shear flows. In parti-cular, it is showed the importance of t he choice of the maximum amplification rate for the compressibility and viscosity conditions adopted and it is verified the instability of the hyperbolic tangent profile. Then the high precision compact finite differences are presented along .vith approximation for the first and second derivatives for the central and boundary region of the computational domain. Finally, some results obtained from numerical simulations vlith differents Reynolds and Mach numbers are presented and the temporal evolution of coherent vortices is analysed.

Submitted by Fabio Sobreira Campos da Costa (fabio.sobreira@ufpe.br) on 2017-02-15T13:24:58Z No. of bitstreams: 2 license_rdf: 1232 bytes, checksum: 66e71c371cc565284e70f40736c94386 (MD5) Dissertação_Mestrado_FaniaCM.pdf: 2231632 bytes, checksum: bb26fa0342704fd41ad5ba76719deac0 (MD5) / Made available in DSpace on 2017-02-15T13:24:59Z (GMT). No. of bitstreams: 2 license_rdf: 1232 bytes, checksum: 66e71c371cc565284e70f40736c94386 (MD5) Dissertação_Mestrado_FaniaCM.pdf: 2231632 bytes, checksum: bb26fa0342704fd41ad5ba76719deac0 (MD5) Previous issue date: 2015-06-30 / FACEPE / Recentes progressos na fabrica¸c˜ao de nanoestruturas fornecem a possibilidade de produzir filmes finos que contenham defeitos artificiais como s´ıtios de aprisionamento com tamanho, geometria e disposi¸c˜ao espacial bem definidas. O estudo dessa introdu¸c˜ao de um arranjo regulardedefeitosemfilmesfinossupercondutoresdotipoIItemsidoativamentedesenvolvido desde o ponto de vista te´orico e experimental, por um lado pela riqueza de comportamentos est´aticos e dinˆamicos que apresenta e, por outro, pela compreens˜ao dos mecanismos para estabilizareancorararededev´orticescontraasfor¸casmotorasexternas. Umdosfenˆomenos mais not´aveis destes sistemas ´e chamado efeito matching, o qual ocorre quando o n´umero de v´ortices ´e um m´ultiplo inteiro do n´umero dos centros de aprisionamento, sendo observados picos na corrente cr´ıtica (resposta est´atica) ou atenua¸c˜oes na mobilidade dos v´ortices (resposta dinˆamica) nos valores de campo onde esta condi¸c˜ao ´e satisfeita. Nesses campos comensur´aveis, os v´ortices podem formar uma rede altamente ordenada onde as intera¸c˜oes v´ortice-v´ortice que reduzem o ancoramento efetivo s˜ao minimizadas. Usando simula¸c˜oes dedinˆamicamolecular,analisamosasconfigura¸c˜oesdosv´orticeseosefeitosdepinning artificialnadinˆamicadev´orticesemumfilmefinosupercondutordotipoII,comumadistribui¸c˜ao peri´odica de centros de pinning. A dinˆamica de v´ortices e suas configura¸c˜oes estruturais, foram simuladas usando o algoritmo de dinˆamica de Langevin. As intera¸c˜oes entre v´ortices foram modeladas dentro da aproxima¸c˜ao de London com condi¸c˜oes de contorno peri´odicas. Na parte inicial do estudo, calculamos as configura¸c˜oes de equil´ıbrio para a rede de v´ortices, encontrando resultados similares aos estudados em trabalhos anteriores. Inclusive, observamos em nossas simula¸c˜oes que o n´umero de satura¸c˜ao dos centros de ancoragem, i.e. o n´umero m´aximo de v´ortices aprisionados por cada centro, ´e fun¸c˜ao do campo externo. de aprisionamento. Esse estudo revela que os tipos de comensurabilidades encontradas nesse problema dinˆamico s˜ao, em geral, diferentes daqueles encontrados no problema est´atico. Portanto, a pr´atica usual na literatura de se inferir sobre as configura¸c˜oes est´aticas dos v´ortices a partir de medidas de magnetorresistˆencia deve ser revista. / Recent progress in manufacturing of nanostructures provides the possibility to produce thin films containing artificial defects as pinning sites with well-defined size, geometry and spatial arrangement. The study of the introduction of a regular arrangement of defects in type II superconducting thinfilmshasbeenactivelydevelopedfromatheoreticalandexperimentalpointofview,ononeside due to the richness of static and dynamic behaviors that it presents and, second, by understanding themechanismstostabilizeandanchorthenetworkofvorticesagainstexternaldrivingforces. One ofthemostremarkablephenomenaofthesesystemsiscalledmatching effectwhichoccurswhenthe number of vortices is a multiple integer of the number of pinning centers, with peaks observed in the cr´ıtical current (static response) or the attenuation of the vortices mobility (dynamic response) values in field where this condition is satisfied. These measurable fields, the vortices can form a highly ordered network where the vortex-vortex interactions that reduce the effective anchoring are minimized. Using molecular dynamics simulations, we analyzed the settings of the vortices and the effects of artificial pinning at the dynamics of vortices in a type II superconducting thin film with a periodic distribution of pinning centers. The dynamics of vortices and their structural configurations were simulated using the Langevin dynamics algorithm. hm. The interactions between vortices were modeled using London’s approach with periodic boundary conditions. In the early part of the study, we calculated the balance settings for the vortex network, finding results similar to those studied in previous works. In fact, we observed in our simulations that the number of saturation of the anchoring centers, i.e. the maximum number of vortices trapped by each center, is a function of the external field. This result had already been predicted in calculations performed within the Ginzburg-Landau formalism. Here, we show that the same effect can be reproduced at the London scheme. In the second part of the study, we analyzed the dynamics when an external force is applied in the longitudinal direction relative to the symmetry of the network of traps. We show that this system displays dynamic commensurability effects when the settings of the vortices coincide with the periodicity of the arrangement, through the magnetoresistance curves that have a number of features in the different fields of matching. Certain field values, it falls in tension are absent due to the particular configuration of vortices and the interaction between interstitial vortices with the vortices occupying the pinning centers. This study shows that the types of measurability found in this dynamic problem are generally different from those found in the static problem. Therefore, the usual practice in the literature to infer the static settings of vortices from magnetoresistance measures should be reviewed.

Orientador: Celso Kazuyuki Morooka / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Mecanica e Instituto de Geociencias / Made available in DSpace on 2018-08-13T09:48:02Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Tsukada_RaphaelIssamu_M.pdf: 4706299 bytes, checksum: b217ddb6687b4f89959018a445ff1dee (MD5) Previous issue date: 2009 / Resumo: O presente trabalho tem como objetivo principal caracterizar o comportamento dinâmico de risers em configuração catenária (SCR) sob os efeitos do fenômeno da vibração induzida por vórtices (VIV). Estes estudos foram realizados através de experimentos e simulações numéricas. O experimento foi realizado com modelo de SCR em escala reduzida em um tanque de provas sob várias condições simuladas do ambiente, variando a velocidade do carro dinamométrico, a amplitude dos movimentos impostos no topo do modelo, amplitudes e períodos de ondas. As simulações numéricas foram realizadas usando um modelo de VIV criado para a avaliação de risers rígidos verticais. Modificações para o modelo foram implementadas de forma a considerar a inclinação do riser em relação ao escoamento e os movimentos apresentados pela SCR. Os resultados experimentais e numéricos apresentaram algumas características de comportamento semelhantes aos dos risers utilizados para grandes lâminas da água, verificados por outros pesquisadores, tais como: os altos harmônicos da freqüência de desprendimento de vórtices e o comportamento misto de standing e travelling waves. Uma boa concordância foi observada comparação entre os resultados experimentais e numéricos. / Abstract: The primary objective of this work is to characterize the dynamic behavior of steel catenary risers (SCR) under the effects of the Vortex-Induced Vibration (VIV) phenomenon. This study was conducted applying both experimental and numerical approaches. A SCR model test was performed in a towing tank under several simulated environment condition combinations such as; varying the towing speed, riser top forced oscillation amplitudes and surface wave characteristics. Numerical simulations were computed using an empirical VIV model created for the evaluation of top tensioned vertical rigid risers. Modifications to the model were implemented to allow consideration for the inclination of the riser relative to the fluid flow and the movement of the SCR. The experimental e numerical results present some dynamic behavior characteristics similar to that of deep sea risers found by others researcher mainly high harmonics of the vortex shedding frequency and a mix of standing and traveling wave behavior. Results from the comparison of experimental and numerical results have shown a good agreement. / Mestrado / Explotação / Mestre em Ciências e Engenharia de Petróleo

Neste trabalho simulou-se o escoamento do fluxo de ar em um tubo, com um anteparo de formato triangular com arestas cortantes, posicionado no centro do tubo. O objetivo do estudo é a análise do comportamento do número de Strouhal em função do número de Reynolds. Para isto, foi utilizada a técnica da análise tempo-freqüência, baseada na transformada de Fourier e na transformada de Gabor. Os ensaios foram realizados com o fluxo com velocidades médias de escoamento de 3 a 10 m/s, sendo utilizado um sensor de pressão tipo piezo-resistivo para a detecção da flutuação de pressão ocasionada pelo desprendimento e formação dos vórtices. Os ensaios foram realizados em cinco etapas com o objetivo de se verificar a influência dos seguintes parâmetros na coleta de sinais e no fenômeno: ruído da rede elétrica; influência do anteparo e do ruído proveniente do escoamento do fluxo de ar; número de pontos da amostragem na coleta dos dados; do comprimento da tubulação; e posicionamento do sensor. Pode-se observar, a sensibilidade do sistema de medição através do ensaio realizado sem o anteparo, sendo verificada a influência do ruído do escoamento de ar pelo tubo; pode-se observar também uma pequena interferência do ruído da rede elétrica predominantemente para velocidades abaixo de 3 m/s. Apesar das influências citadas, e utilizando a transformada de Gabor para análise dos sinais, observou-se um sinal mais intenso na freqüência dos vórtices para as velocidades de escoamento, podendo-se comprovar que o número de Strouhal permanece quase constante e é independente do número de Reynolds, devendo-se ressaltar que esta conclusão é valida para números de Reynolds compreendidos na faixa de 3000 a 100000. No experimento obteve-se um fator de sensibilidade (freqüência vórtices/velocidade média) de 8,2 Hz/m/s, e número de Strouhal médio de 0,196. / This work concerns the simulation of an air flux through a pipe with a triangular bluff body positioned inside it. In order to study the behavior of the Strouhal number in function of the Reynolds number. For this, the time-frequency analysis technique was used, based on Fourier transform and the Gabor transform. The experiments were carried out with an air flux velocity ranging from 3 to 10 m/s and using a piezoresistive pressure sensor to detect pressure fluctuations caused by the shedding and vortex formation. The experimental procedures were divided in five stages to make it possible to verify the influence of the following parameters in the signal data acquisition: electric network noise, the bluff body presence and the noise generated due to its presence, number of sampling data points, tubing length and sensor positioning. The sensitivity of the experiment could be observed testing the air flowing with no bluff body inside the pipe. Thus, it was possible to investigate the influence of the noise generated due to this flux limiting body. It could be also observed, mainly at 3 m/s or less, the noise generated due to the electric network. Despite the listed influences, and with the use of the Gabor transform, a more intense signal on the vortex frequency for the flow velocity was observed, showing that the Strouhal number remains almost constant and is independent of the Reynolds number. It is important to recall that this conclusion is valid for Reynolds numbers between 3000 and 100000. In the experiments the factor of sensitivity (vortex frequency/mean velocity) obtained was 8,2 Hz/m/s and the mean Strouhal number 0,196.