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Thesis (Ph. D.)--Oregon State University, 2009. / Printout. Includes bibliographical references (leaves 113-127). Also available on the World Wide Web.

Thesis (Ph. D.)--University of Washington, 2002. / Vita. Includes bibliographical references (leaves 117-131).

Thesis (M. Sc.)--Carleton University, 2001. / Includes bibliographical references (p. 84-90). Also available in electronic format on the Internet.

Thesis (Doctoral)--Universität Bonn, 1990. / Includes bibliographical references.

A curva de retenção da água no solo é um dos principais instrumentos para avaliar a qualidade física dos solos e possibilitar seu manejo adequado. Por meio da Teoria da Capilaridade vários equipamentos foram desenvolvidos para determinar a intensidade com que a água está retida ao solo, porém, pouco se tem dado atenção para verificar se os pressupostos para o real funcionamento da teoria estão sendo atendidos. Um aspecto refere-se ao tamanho da amostra utilizada para determinar a curva de retenção, de modo que haja continuidade dos feixes capilares na amostra e placa porosa. Desta forma, este trabalho propõe avaliar diferentes tamanhos de amostra indeformada para a determinação da curva de retenção. Para isso, coletaram-se amostras em anéis volumétricos cilíndricos de três tamanhos (altura) diferentes (T1 - 0,075 m; T2 - 0,05 m; T3 - 0,025 m;) e mesmo diâmetro interno (0,07 m), dos horizontes diagnósticos de um Latossolo e um Nitossolo em áreas experimentais da Escola Superior de Agricultura Luiz de Queiroz (Esalq/USP), Piracicaba - SP. Realizou-se a caracterização física destes solos, por meio da análise granulométrica, densidade do solo, densidade de partículas, porosidade total e teor de carbono orgânico. As curvas foram determinadas para cada tamanho de amostra, utilizando-se o Funil de Haines, para as tensões 0,5, 1, 4, 6 e 10 kPa, e a Câmara de Pressão de Richards para 33, 100 e 500 kPa. As curvas de retenção foram ajustadas pelo modelo utilizado por van Genuchten. Estimadas as curvas, avaliou-se a distribuição de poros do solo das amostras, determinando-se a curva de frequência acumulada de poros em função do logaritmo do raio e, depois pela diferenciação das equações de ajuste das curvas de retenção, a curva diferencial de frequência acumulada de poros. Os resultados mostram que o Latossolo, por ter textura arenosa no horizonte estudado, não apresentou diferença significativa nas curvas de retenção para os tamanhos das amostras estudadas. Verificou-se pouca modificação na distribuição dos poros deste solo, que possui teor elevado das frações areia fina e muito fina, e desenvolveram papel importante para a retenção de água. O Nitossolo, por sua vez, apresentou diferença significativa da curva obtida pela amostra de menor tamanho (T3), havendo maior retenção de água com a diminuição do tamanho da amostra. Devido a sua textura muito argilosa, o arranjo estrutural deste solo foi diferenciado ao se utilizar as amostras maiores, com provável interrupção e descontinuidade dos feixes capilares. Consequentemente, houve também alteração na distribuição dos poros, com redução dos mesoporos e aumento dos microporos. Desta forma, pode-se concluir que o tamanho da amostra influenciou a curva de retenção da água devido à complexidade estrutural do solo, que provavelmente é diferente nas amostras maiores por causa da continuidade dos feixes capilares, principalmente no Nitossolo. Em outras palavras, quanto menor o tamanho da amostra há menor diferenciação no arranjo de poros, ou seja, maior proximidade da real condição do solo e, assim, uma interpretação da retenção de água \"mais correta\" por meio da Teoria da Capilaridade. / The soil water retention curve is one of main tools to assess the physical quality of the soil and to make possible its adequate management. By means of the Capillary Theory, many instruments have been developed to determine the water retention forces in soil, but, little attention has been given to check whether the assumptions for the application of the theory are being attended. One aspect relates to the sample size used to determine the retention curve, so that there is capillary continuity of the sample and porous plate. Thus, this study aimed to evaluate different sizes of undisturbed cylindrical samples for determination of the retention curve. The samples were collected from diagnostic horizons of Latosol and a Nitosol, in experimental areas of the Escola Superior de Agricultura Luiz de Queiroz (Esalq/USP), Piracicaba - SP. Three volumetric rings with three different heights (T1 - 0,075 m; T2 - 0,05 m; T3 - 0,025 m;), were used the diameter of the rings were the same for the three sizes (0,07 m). The physical characterization soils were made by the granulometric analysis, bulk density, particle density, porosity and organic carbon. The curves were determined for each sample size, using the Haine\'s funnel, for tensions 0.5, 1, 4, 6 and 10 kPa, and Richard\'s pressure chamber for 33, 100 and 500 kPa. The pore size distribution of the soil was evoluated first by determining the cumulative frequency curve of pore radius, and then, by differentiating fitling equation of fluis curve to obtain a differential curve of pore cumulative frequency. The retention curves were fitted by the model used by Van Genuchtem. The results showed that in the Latosol there was no significant difference in retention curves for the sizes of the samples studied. There was little change in pore distribution of the fluis soil with high content of fractions fine and very fine sand, that developes significant role in soil water retention. The Nitosol exhibited significant difference of the curve obtained by the smallest size sample (T3), with greater water retention with the decreasing of the sample size. Because of its very clayey texture, the structural arrangement of this soil was different when larger samples were used, with probable interruption and discontinuity of capillaries. Consequently there was also a change in the pore distribution, with reduction of mesopores and an increase of micropores. Thus, itean be conclude that the sample size influenced the soil water retention curve due to the structural complexity of the soil that probably is different in the bigger sample because of the continuity of the capillary budles fluit was more affected in the Nitosol. In other words, the smaller the sample size, the smaller the difference in the arrangement of pores, that is, more closeness of the actual condition of the soil and so a \"more correct\" interpretation of soil water retention by capillary theory.

Grâce aux technologies de la microfluidique (i.e. la manipulation d'un fluide dans un système ayant une dimension caractéristique sub-millimétrique), il est possible d'imaginer l'intégration de l'ensemble des fonctions ordinairement réalisées en laboratoire dans un système miniaturisé, réalisant ainsi un laboratoire sur puce. Cela peut ainsi permettre d'allier efficacité et bas-coût requis pour la réalisation de dispositif de diagnositcs médicaux utilisable en dehors d'infrastructure médicalisée, souvent appelés systèmes Point-of-Care. Pour la réalisation d'un tel dispositif, il semble important de concevoir l'intégration des différents composants du système d'une façon cohérente, et en prenant en compte l'ensemble des contraintes imposées par l'application finale ciblée. Le travail effectué au cours de cette thèse a ainsi été réalisé dans l'optique de proposer une réponse à cette problématique d'intégration dans le cadre du développement d'un système microfluidique de diagnostic Point-of-Care basé sur une réaction d'amplification d'ADN isotherme LAMP. Afin de pouvoir proposer un système bon marché et dont l'industrialisation est aisée, nous avons fait appel à l'utilisation du papier comme support et au thermoformage comme moyen de production. En effet à la fois l'industrie papetière et le procédé de thermoformage sont d'ores et déjà existant et proposent des fabrications en série. De plus, le faible coût du matériau et du procédé en question permettent d'envisager un dispositif final à bas-coût. Afin de pouvoir effectuer et détecter la réaction de LAMP la présence de fonctions actives telles qu'un chauffage et un outil de détection est nécessaire. Pour ces dernières, l'intégration a été réalisée par procédé sérigraphique. Le chauffage est effectué par effet Joule grâce au dépôt d'une couche d'encre conductrice à base de carbone. La détection est quant à elle faite par méthode potentiométrique, à l'aide d'électrode couverte de polyaniline. Il sera également montré que l'utilisation de ces méthodes de fabrication est pertinente en termes d'intégration car elles permettent une superposition des différentes fonctions actives, mais également leur intégration directement dans le système microfluidique. / Developments of microfluidics - the study of flows at the sub-millimetric dimensions - have made possible the integration of most of the macroscopic functions of laboratory fluidic systems in a miniaturized system, thus realizing a lab on a chip. This allows the conception of low cost, sensitive and efficient medical diagnostic device usable outside of a medical infrastructure. Such devices are called Point-of-Care (PoC) systems. The design and fabrication of such devices requires an elaborated and coherent integration that takes into account all the constraints imposed by the targeted final application.The work reported here, and performed during the PhD internship, is focused on the study of the concept and development of the integration of a PoC device based on the isothermal LAMP (Loop mediated AMPlification) reaction for the molecular analysis of DNA. In order to offer a cheap and easily industrialized system, we investigate the use of paper as the chip material and thermoforming as the mean to build the channels. These two techniques are currently used in the industry and their adaptation to the fabrication of such devices is easy and low-cost. In order to perform a LAMP reaction, specific functions such as a heating and a detection system are required. The integration of these functions was carried out using screen printing technology. Heating is done by Joule effect using a layer of carbon-based conductive ink. Detection is performed by a potentiometric method, using polyaniline-covered electrodes. It is shown that this approach is compatible with integration when the screen-printing layers are superposed. Besides they can be printed before thermoforming, resulting in a highly integrated system.

[pt] O processo de impressão por rotogravura é largamente usado na manufatura de revistas pela sua alta velocidade de aplicação. As aplicações deste processo vêm sendo ampliadas para o processo de impressão de circuitos eletrônicos em substratos flexíveis, onde o grau de precisão e controle são bem maiores, já que falhas na impressão levam ao mal funcionamento dos dispositivos fabricados. O processo consiste na transferência de fluido de uma superfície a outra formando uma ponte de fluido. No entanto, essa operação aparentemente simples apresenta mecanismos ainda não bem compreendidos que têm efeito direto na precisão do padrão impresso. O entendimento dos mecanismos de transferência de fluidos entre duas superfícies formando pontes de fluido vai além dos processos de impressão, como tribologia, biologia, recuperação de óleo e microfluídica. Muitos estudos têm sido direcionados para o entendimento da transferência de fluidos entre superfícies e cavidades através do uso de simulação computacional; entretanto os ensaios experimentais são escassos dada a complexidade na execução dos mesmos, principalmente pela pequena dimensão e alta velocidade do escoamento. O objetivo principal deste trabalho é analisar experimentalmente a dinâmica da transferência de uma gota para um cilindro de borracha em movimento rotacional. O ensaio experimental foi realizado utilizando uma mesa de cobrimento com cilindro motorizado e uma câmera de alta velocidade para visualizar o processo. Os resultados mostram como as propriedades dos fluidos, o número de capilaridade, a posição relativa do cilindro com relação à superfície da gota e a interação fluido-estrutura (molhabilidade) influenciam o processo de formação da ponte de fluido, o volume de fluido transferido entre as superfícies e o padrão impresso. / [en] Gravure printing process is widely used for the production of magazines because of its high speed. Gravure printing application is being expanded to flexible electronic circuits, at which the degree of precision is much higher, since small printing defects can lead to circuit malfunctioning. Gravure printing process consists in liquid transfer from one surface to another, forming a liquid bridge. However, this seemingly simple operation has flow phenomena not well understood that have a direct impact on the printing pattern. Liquid transfer forming liquid bridges goes beyond printing processes and includes applications such as tribology, biology, oil recovery and microfluidics. There are many studies driven towards the fundamental understanding of liquid transfer between surfaces and cavities by computational simulation. However, experimental analyses are rare because of the complexity of the problem, mainly associated with the small scale and high speed of the flow. The goal of this research is to analyze experimentally the liquid transfer dynamics of a liquid drop to a rotating cylinder. The experiments were done using a draw-down coating apparatus with a rotating roll and a high-speed camera for flow visualization. The results show how different liquid properties, surface wettability and operating conditions affect the formation of the liquid bridge, the volume of liquid transfer and the printing pattern.

[pt] Objetivo: Transporte de emulsões num meio poroso é relevante para diversas aplicações em sub-superfície. Muitos processos de recuperação melhorada de petróleo envolvem formação de emulsões. A modelagem do fluxo de emulsões num meio poroso é extremamente desafiante. As descrições disponíveis baseadas na viscosidade efetiva não são validas quando o tamanho das gotas é da mesma ordem de magnitude que o tamanho dos corpos de poros num meio poroso. Neste caso, intercepção e captura de gotas podem bloquear parcialmente a passagem dos poros e um modelo apropriado deve ser capaz de descrever estas mudanças locais de mobilidade. O modelo desenvolvido neste trabalho é baseado na relação vazão e queda de pressão do escoamento de emulsões através de capilares com constri ção. Um modelo de redes de capilares é construído com objetivo de obter parâmetros macroscópicos a partir do comportamento microscópico. Os resultados mostram a variação da permeabilidade com o número de capilaridade e propriedades da emulsão. Para baixas vazões, ou baixos números de capilaridade, as gotas maiores bloqueiam parcialmente os poros pequenos, resultando em uma redução da permeabilidade. Para altas vazões, o gradiente de pressão em cada capilar é alto o suficiente para forçar as gotas fluir através da constrição. Consequentemente, a permeabilidade aumenta com o número de capilaridade. Um programa, escrito na linguagem Fortran, é desenvolvido neste trabalho para simular o escoamento monofásico e bifásico de emulsões através de um meio poroso utilizando o modelo de rede de capilares. Na modelagem monofásica, os resultados apresentam uma boa concordância com as medidas experimentais feitas em mostras de arenito. Na modelagem bifásica, a comparação dos resultados entre a injeção da fase continua da emulsão e a injeção de emulsões (fase continua mais gotas) sobre uma rede inicialmente saturada com óleo mostra um aumento no fator de recuperação de óleo e uma frente de deslocamento mais uniforme no caso de injeçãode emulsão. / [en] Objective: Transport of emulsions in porous media is relevant to several subsurface applications. Many enhanced oil recovery processes involve emulsion formation and their flow in some form. Modeling the flow of emulsion in porous media is extremely challenging. The available descriptions based on effective viscosity are not valid when the drop size is of the same order of magnitude as the pore-throat size. In this case, drop straining and capturing may partially block the pore passage and an accurate model should be able to describe this local changes on mobility. The model developed in this work is based on the flow rate-pressure drop relationship of emulsion flow through constricted capillaries. A capillary network model is constructed in order to obtain macroscopic parameters from upscaling of the microscopic behavior. The results show how the permeability changes with Darcy velocity and emulsion properties. At low flow rates, the large drops partially block the smallest pores, leading to a low permeability. At high flow rates, the pressure gradient in each capillary is strong enough to force the drops to flow through the constrictions. Consequently, the permeability rises with capillary number. A program, written in Fortram language, based on network model is developed in this work to simulate the single phase and two phase flow of emulsion through a porous medium. In the single phase model, the results show good agreement with experimental measurements on samples of sandstone. In the two phase model, the comparison of results between the injection of the continuous phase of emulsion and the injection of emulsions (with drops) on a network initially saturated with oil shows an increase in the oil recovery factor and a more uniform displacement front in the case of emulsion injection.

Cette thèse a pour objectif de comprendre la dynamique d’une sphère traversant une interface liquide-liquide. Cette situation, se rencontre dans de nombreuses applications, allant du cycle du carbone dans l’océan (sédimentation de neige marine), aux procédés d’enrobage, en passant par la détection de phase dans l’industrie pétrolière. Pour étudier cette configuration, trois approches sont privilégiées. Un dispositif expérimental muni d’une caméra haute fréquence est utilisé de manière à explorer la dynamique conjointe de la sphère et de l’interface sur une large gamme de paramètres. Le couplage entre une méthode Volume of Fluid (VoF) et une méthode de frontières immergées (IBM) est réalisé et validé dans le but de simuler numériquement ce problème. Enfin des modèles théoriques sont mis en place de manière à interpréter physiquement les différents comportements observés. Ces trois démarches complémentaires permettent de caractériser le passage d’une configuration de flottaison à l’entraînement colonnaire notamment en fonction du rapport entre effets gravitationnels et capillaires. La dynamique de la colonne emportée est très riche (instabilité capillaire, visqueuse, fragmentation, ...). Le bon accord entre les expériences et les simulations numériques permet d’évaluer avec confiance l’influence de chaque paramètre sans dimension (au nombre de 5) à l’aide d’une étude paramétrique numérique. / The goal of this work is to understand the dynamics of a sphere passing through a liquid-liquid interface. Such a configuration is met in different applications, such as oceanic carbon cycle (sedimentation of marine snow), coating processes and phase detection in oil industry. To this aim, three different aproaches are employed. An experimental device, in which various sets of fluids and spheres are used, has been designed to analyze different types of configuration. A combination of an Immersed Boundary Method (IBM) with a Volume of Fluid (VoF) method is used to compute the flow field. Finally theoretical models are derived to better understand the observed behaviours. These three approaches give insights to understand whether a sphere can float or sink. The behaviour of the tail of light fluid towed by the sphere appears to be extremely rich (capillary and viscous instabilities, fragmentation, ...). The agreement between experimental and numerical results allows us to perform an extensive numerical study of the influence of all dimensionless parameters