GUIMARÃES, Anderson Vieira. Mecanismos de fratura em materiais multifásicos. 2014. 75 f. Dissertação (Mestrado em Física) - Programa de Pós-Graduação em Física, Departamento de Física, Centro de Ciências, Universidade Federal do Ceará, Fortaleza, 2014. / Submitted by Edvander Pires (edvanderpires@gmail.com) on 2014-08-29T19:55:57Z No. of bitstreams: 1 2014_dis_avguimaraes.pdf: 11579215 bytes, checksum: f6245c912d49cbd6300b532985e1ab7d (MD5) / Approved for entry into archive by Edvander Pires(edvanderpires@gmail.com) on 2014-08-29T20:31:04Z (GMT) No. of bitstreams: 1 2014_dis_avguimaraes.pdf: 11579215 bytes, checksum: f6245c912d49cbd6300b532985e1ab7d (MD5) / Made available in DSpace on 2014-08-29T20:31:04Z (GMT). No. of bitstreams: 1 2014_dis_avguimaraes.pdf: 11579215 bytes, checksum: f6245c912d49cbd6300b532985e1ab7d (MD5) Previous issue date: 2014 / The understanding about the fractures processes in materials has a big importance for physics and civil construction industries. Through the fractures processes, we can better understand the materials’ elastics properties as its macroscopic Young module, rupture tension and rigidity module. We can define the fractures processes as those which divide a system into two or more parts, destroying the global connection of the elements that constitute it. In this context, in the first chapter, we can find a mathematical description of continuum mechanics equations. The second chapter discusses the model of Discrete Element(DEM), which is a numerical method capable of describing the mechanical behavior of granular materials. In the third chapter, we built the computational model for studying the mechanicals properties of three types of samples, crystalline, amorphous and multiphase. The computational model showed itself quite interesting and presented results which we can consider satisfactory. / O entendimento sobre os processos de fraturas em materiais é de grande importância para a física e indústrias da construção civil. Através dos processos de fraturas podemos compreender melhor as propriedades elásticas dos materiais, como seu módulo de Young macroscópico, tensão de ruptura e módulo de rigidez. Podemos definir os processos de fraturas como sendo aqueles que dividem um sistema em duas ou mais partes, destruindo a conexão global dos elementos que o constituem. Nesse contexto, no primeiro capítulo é feito uma descrição matemática das equações da mecânica do contínuo, no segundo capítulo aborda-se o modelo de elementos discretos (DEM) que é um método numérico capaz de descrever o comportamento mecânico de materiais granulados. No terceiro capítulo, construímos o modelo computacional para estudar, as propriedades mecânicas de 3 tipos de amostras, cristalina, amorfa e multifásica. O modelo computacional utilizado se mostrou bastante interessante e apresentou resultados que podemos considerar como sendo satisfatórios.

CUNHA, S. M. Propriedades eletrônicas de fios quânticos de semicondutores anisotrópicos e dinâmica de pacotes de onda em monocamada de fósforo negro. 2017. 68 f. Dissertação (Mestrado em Física) – Centro de Ciências, Universidade Federal do Ceará, Fortaleza, 2017. / Submitted by Pós-Graduação em Física (posgrad@fisica.ufc.br) on 2017-10-17T17:56:41Z No. of bitstreams: 1 2017_dis_smcunha.pdf: 21750560 bytes, checksum: cfbf877050ad58944d82b420165feab5 (MD5) / Approved for entry into archive by Giordana Silva (giordana.nascimento@gmail.com) on 2017-10-17T22:49:02Z (GMT) No. of bitstreams: 1 2017_dis_smcunha.pdf: 21750560 bytes, checksum: cfbf877050ad58944d82b420165feab5 (MD5) / Made available in DSpace on 2017-10-17T22:49:02Z (GMT). No. of bitstreams: 1 2017_dis_smcunha.pdf: 21750560 bytes, checksum: cfbf877050ad58944d82b420165feab5 (MD5) Previous issue date: 2017 / In this work we discuss some electronic properties monolayer black phosphorous (phosphorene) within the tight-binding model and the continuum approximation. We did an analytical description of anisotropic quantum wires not aligned to the axis of anisotropy of the material and determined the energy spectrum of the system. Next, we analyze the dependence of the energy spectrum as a function of the rotation angle of the wire and its width. In relation to transport properties, we present the Split-operator technique and apply it to the case of phosphorene in order to describe the propagation of wave packet simulating the electronic transport in this structure. By analyzing the wave packet dynamics in phosphorene, we verified an effect analogous to the zitterbewegung in certain directions of propagation and different pseudospins. / Neste trabalho discutimos algumas propriedades eletrônicas de monocamada de fósforo negro (fosforeno) a partir do modelo tight-binding e da aproximação do contínuo. Fizemos um descrição analítica sobre fios quânticos anisotrópiicos não alinhados ao eixo de anisotropia do material e determinamos o espectro de energia do sistema. Em seguida, analisamos a dependência do espectro de energia em função do ângulo de rotação do fio e de sua largura. Em relação as propriedades de transporte, apresentamos a técnica Split-operator e aplicamos-a para o caso do fosforeno a fim de descrever a propagação do pacote de ondas simulando o transporte eletrônico nessa estrutura. Analisando a dinâmica de pacotes de ondas em fosforeno, verificamos o efeito análogo ao zitterbewegung em determinadas direções de propagação e diferentes pseudospins.

Este trabalho objetiva o desenvolvimento e a implementação computacional de aproximações Galerkin mínimos-quadrados (GLS) para escoamentos não Newtonianos inelásticos utilizando os modelos de Líquido Newtoniano Generalizado (GNL) e Fluido Quasi- Newtoniano sensível ao tipo de escoamento. Apesar de escoamentos de fluidos não Newtonianos serem cruciais em problemas de engenharia, eles representam, ainda hoje, um assunto em aberto, devido à dificuldade de se criar um modelo matemático para o comportamento não-linear das funções materiais medidas em laboratório e também à complexidade do problema gerado quando da aproximação dos modelos mecânicos disponíveis por métodos numéricos usuais. As equações clássicas de GNL possuem funções de viscosidade capazes de prever comportamentos pseudoplástico, viscoplástico ou dilatante, representado ajustes de curvas de tensão de cisalhamento versus taxa de cisalhamento em escoamentos viscométricos. Os modelos sensíveis ao tipo de escoamento são capazes de representar o comportamento diferenciado em regiões de cisalhamento e extensão, utilizando um parâmetro cinemático de classificação de escoamentos e curvas de escoamento em regimes viscométrico e extensional. As formulações multi-campos em tensão extra, pressão e velocidade (τ-p-u), ou ainda com a taxa de deformação como variável primal, são alternativas para a aproximação numérica de escoamentos não Newtonianos que possuem diversas vantagens. Elas tornam desnecessário o pós-processamento do campo de velocidade para a obtenção dos campos de tensão, representando uma aproximação mais precisa especialmente para elementos de baixa ordem, desejáveis do ponto de vista computacional. Além disso, permitem a intuitiva extensão para a implementação de modelos viscoelásticos diferenciais. No entanto, a compatibilização dos sub-espaços funcionais das variáveis é uma dificuldade na implementação numérica, além das instabilidades numéricas intrínsecas aos operadores advectivos dos modelos. Como forma de superar essas dificuldades, uma estratégia de estabilização do tipo GLS é utilizada, a fim de permitir a implementação numérica das formulações em estudo, gerando a estabilidade necessária para várias combinações de subespaços funcionais. É apresentado um estudo dos princípios da Mecânica do Contínuo, de teoria constitutiva, e do método de elementos finitos, com ênfase nos métodos estabilizados do tipo GLS para formulações u-p, τ-p-u e D-p-u. São apresentados resultados numéricos validando o código computacional desenvolvido, e também investigando escoamentos de fluidos Newtonianos, viscoplásticos, pseudoplásticos e quasi-Newtonianos em geometrias como cavidades e contrações. O método se mostra estável e os resultados fisicamente realistas. No entanto, o modelo sensível ao tipo de escoamento demonstra sérios problemas de convergência nos casos nos quais a não-linearidade material é acentuada. / This work aims the development and computational implementation of Galerkin leastsquares (GLS) approximations for non Newtonian purely viscous flows employing Generalized Newtonian Liquid (GNL) and Quasi-Newtonian flow type sensitive models. Despite non Newtonian flows are crucial in many problems in engineering, they represent an open subject, due to the difficulty of building a mathematical model for the non-linear behavior of material functions obtained experimentally, and also due to the complexity of the problem generated by the approximation of the available mechanical models via usual numerical methods. In the classical GNL equations there are viscosity functions that are able to predict pseudoplastic, viscoplastic and dilatant behavior, representing the curve fitting of shear stress versus shear rate in viscometric flows. The flow type sensitive models are able to predict the different behavior in regions of shearing and extension, employing a kinematic parameter to classify the flows and the flow curves in viscometric and extensional flows. Multi-field formulations in extra-stress, pressure and velocity (τ-p-u), or even with the strain rate as a primal variable, are alternatives to the numerical approximation of non Newtonian flows that possess many advantages. They render unnecessary the post-processing of the velocity field to obtain the stress fields, representing a more accurate for low-order elements, eligible from the numerical standpoint. Besides, they allow the intuitive extension for the implementation of viscoelastic differential models. However, the compatibilization of functional sub-spaces of the variables is a difficulty in the numerical implementation, besides the numerical instability intrinsic to the advective operators in the models. As a path to come over these difficulties, a stabilization strategy of GLS type is employed, so as to allow the numerical implementation of the formulations, achieving the necessary stability for various combinations of functional sub-spaces. A study of the principles of Continuum Mechanics, constitutive theory and the finite element method is presented, with emphasis in the GLS methods for u-p, τ-p-u and D-p-u formulations. Numerical results are presented, validating the computational code developed, and investigating flows of Newtonian, viscoplastic, pseudoplastic and quasi-Newtonian fluids different geometry, as cavities and contractions. The methods are noticeable stable and physically comprehensive. Although, the flow type sensitive model shows serious convergence problems in the cases when the nonlinearity is too pronounced.

A presente dissertação tem por objetivo apresentar um estudo numérico comparativo do escoamento e do comportamento de inclusões não-metálicas em distribuidores de lingotamento contínuo de aço. Para isso, reproduzem-se, numericamente, dois modelos físicos de distribuidores extraídos da literatura, que são empregados em duas etapas: (1) estudo de parâmetros de simulação (esquemas de advecção-difusão, modelos de turbulência, dispersão da turbulência); (2) estudo de metodologias numéricas empregadas para análise de escoamento e grau de limpeza do aço (métodos para obtenção de curvas de distribuição de tempos de residência, simulação de inclusões não-metálicas, e a comparação das mesmas). O processamento numérico das simulações foi realizado em um código comercial que emprega a dinâmica dos fluidos computacional. Através da comparação entre os resultados numéricos e os dados da literatura foi possível determinar o melhor ajuste para cada grupo de casos estudados. Com respeito às conclusões alcançadas pela etapa (2) do trabalho, em um momento inicial, compararam-se os métodos numéricos utilizados para obter curvas de distribuição de tempos de residência. Em geral, a nova metodologia numérica desenvolvida e a tradicional apresentaram comportamentos semelhantes; porém, evidenciou-se uma grande diminuição no tempo de processamento com o emprego da nova metodologia. Em um segundo momento, analisou-se a influência das características de escoamento sobre as trajetórias de partículas que simularam as inclusões não-metálicas. Verificou-se que as trajetórias das partículas foram diretamente relacionadas com a direção e as magnitudes dos perfis de velocidade. De acordo com cada caso, alcançaram-se diferentes frações de remoção de partículas em função das características dos modificadores de escoamento. Por fim, observou-se que os valores de tempo mínimo de residência, e também, a relação entre volume pistonado e volume morto, foram diretamente relacionados com as frações de partículas removidas. / The aim of this work is to present a numerical comparative study of the flow and behaviour non-metallic inclusions in steel tundishes. To reproduce numerically two physical models of tundishes based on the literature those are used in two steps: (1) study of simulation parameters (advection-diffusion schemes, turbulence models, turbulent dispersion); (2) study of numerical methodologies used to analyze the flow and degree of steel cleanliness (methods to obtain residence time distribution curves, simulation of non-metallic inclusions, and their comparison). The numerical process of simulations was made in a computational fluid dynamics commercial code. Trough the comparison of among the numerical results and the literature data it was possible to determine the best fit for each cases group. As far as the conclusions obtained in step (2) of the work, in the beginning moment, the methods to obtain residence time distribution curves are compared. In general the new numerical methodology developed and the traditional one showed it similar behaviour; but it was noted large reduction in processing time with the use of the new method. In a second moment it was analyzed the influence of flow characteristics on the particles tracking that simulated the non-metallic inclusions. It was observed the particle tracking are directly related with the direction and magnitude of velocity profiles. According to each case there were obtained different particle removal fractions on a count of the flow modifiers characteristics. Finally it was observed that values of the minimum residence time and the relation between plug and dead volume were directly related with the particle removal fractions.

Submitted by Izabel Franco (izabel-franco@ufscar.br) on 2016-10-04T18:17:54Z No. of bitstreams: 1 TesePBM.pdf: 75905555 bytes, checksum: 5f53c7047ae0f631a4f5887c86969ac3 (MD5) / Approved for entry into archive by Marina Freitas (marinapf@ufscar.br) on 2016-10-20T19:14:46Z (GMT) No. of bitstreams: 1 TesePBM.pdf: 75905555 bytes, checksum: 5f53c7047ae0f631a4f5887c86969ac3 (MD5) / Approved for entry into archive by Marina Freitas (marinapf@ufscar.br) on 2016-10-20T19:15:10Z (GMT) No. of bitstreams: 1 TesePBM.pdf: 75905555 bytes, checksum: 5f53c7047ae0f631a4f5887c86969ac3 (MD5) / Made available in DSpace on 2016-10-20T19:15:20Z (GMT). No. of bitstreams: 1 TesePBM.pdf: 75905555 bytes, checksum: 5f53c7047ae0f631a4f5887c86969ac3 (MD5) Previous issue date: 2016-03-21 / Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico (CNPq) / In this thesis we describe studies towards the synthesis of porphyrins aiming the optimization of literature protocols leading to more environmental friendly approaches. Also, structural modifications and photophysical evaluations in meso-tetraarylporphyrins were studied, especially in mesotetra(thien-2-yl) porphyrins. Classical synthetic methods for porphyrins involve the use of high temperatures, toxic solvents, high dilution, and often low yields. In view of this, we decided to explore the methodology described by Bonar-Law in order to verify the feasibility of using aqueous environments in the synthesis of porphyrins. Some modifications were studied using sodium dodecylbenzylsulfonate (SDBS) as a critical micelle-forming instead of sodium dodecyl sulfate (SDS) as previously described, and the use of trichloroisocyanuric acid as oxidizing agent instead of 2,3-dichloro-5,6-dicyano-1,4-benzoquinone (DDQ), and montmorillonite K-10 as catalyst instead of HCl. These were chosen in order to use reagents with less environmental impact. However, the results were not satisfactory, yielding amounts of side-products reported in the literature. Also, we have studied the synthesis of porphyrins under continuous flow conditions, since the use of this technology gives more safety and efficiency to chemical reactions. The experiments under continuous flow conditions were performed using an adaptation of Gonsalves and Lindsey methodologies. First, the synthesis of tetraphenylporphyrin (TPP) was optimized, and different flow, temperature and concentration of reagents were evaluated in order to obtain the best reaction conditions. Thus, under continuous flow conditions employing tubular reactors (adaptations Gonsalves methodology), the highest yield for mesotetraphenylporphyrin (TPP) was 31% using a concentration of 0.2 mol L-1 for the pyrrol, and benzaldehyde, a flow of 0.6 mL min-1 at 140 °C. For comparison, the same experiment performed in batch resulted in 25% yield for TPP. Moreover, streaming technology has enabled the synthesis of various meso-substituted derivatives in yields of 9% to 39% indicating good versatility of this tool. The use of solid phase reactors (Lindsey methodology adaptations) consisted of preliminary experiments should be explored in more detail and will be carried on by the research group. With regard to meso-tetra(2-thienyl)porphyrins, these exhibit unique photophysical, photochemical and electrochemical properties and have been identified as potential photosensitizers for photodynamic therapy (PDT) and solar cells (CS) applications. In view of this, we decided to study different conditions for the synthesis, structural modification and the photodynamic properties of these porphyrin derivatives. Meso-tetra(2-thienyl)porphyrin was successfully synthesized using different methodologies with improvements in the yields after experimental modifications of the literature procedures. After systematic studies, meso-tetra(thien-2-yl)porphyrin was obtained in pure form with 36% yield, using chlorobenzene as solvent, hydroxylamine hydrochloride as catalyst and nitrobenzene as oxidant. Nitration reactions were carried out using mild reaction conditions with sodium nitrite and trifluoroacetic acid. The nitrated derivatives were obtained at α-position of thiophene in 66% yield for the mono-nitro product and 59% for the tetra-nitro product. Also, the Vilsmeier-Haack reaction was studied for obtaining functionalized meso-tetra(2-thienyl)porphyrins with formyl groups. In these studies only formylations at the α-position of the thiophene ring were observed, and no formylation at the β position of the porphyrin core (common for tetraphenylporphyrins). Moreover, we obtained reaction conditions in which only mono-formylated product was formed (10%), or only the tetra-formylated product (10%), as well as experimental conditions that yielded different products (mono, di, tri and tetra -formylated). After obtaining the desired formylated product, we studied the application of mono-formylated product in Wittig reaction, Peterson olefination and condensation with 4,4-difluoro-4-bora-3a, 4adiaza-s-indacene (BODIPY ). The latter studies were only an initial exploration and still require further elaboration. Porphyrin derivatives as 2-thienyl-chlorins and 2-thieny- bacteriochlorins were obtained by cycloaddition reactions with nitrile oxide 1,3-dipole with good yields. Also, preliminary photophysical studies of these compounds were performed in order to evaluate the potential of these photosensitizers as photoactive dyes. The photophysical results indicated that the obtained compounds are good producers of oxygen, present good photo-stability and did not undergo aggregation in the studied concentration range. Therefore, the 2- thienyl-chlorins and 2-thienyl-bacteriochlorins obtained in this study showed promising characteristics for use as photosensitizers in photodynamic therapy. Finally, the new heterocycles herein obtained presented bathochromic shift of the absorption bands in the electromagnetic spectrum, since molecules having this characteristic represent high interest in chemical photosensitizers. / Neste trabalho foram realizados alguns estudos metodológicos de sínteses de porfirinas buscando-se otimização/desenvolvimento de abordagens menos nocivas ao ambiente, tendo como foco a preparação/modificações estruturais de meso-tetraarilporfirinas, em especial as meso-tetra(2-tienil)porfirinas. Os métodos clássicos de síntese de porfirinas envolvem a utilização de altas temperaturas, solventes tóxicos, alta diluição e, frequentemente, baixo rendimento. Em vista disso, resolvemos explorar de maneira mais ampla a metodologia descrita por Bonar-Law com o objetivo de verificar a viabilidade do uso de ambientes aquosos na síntese de porfirinas. Algumas das modificações estudadas foram: o uso de dodecilbenzilssulfonato de sódio (SDBS) como agente formador de meio micelar crítico como outra opção ao do dodecil sulfato de sódio (SDS) já descrito; o uso de ácido tricloroisocianúrico como agente oxidante em substituição à 2,3-dicloro-5,6-diciano-1,4-benzoquinona (DDQ) e montmorilonita K-10 como catalisador ácido em substituição ao HCl. Estes últimos foram escolhidos visando utilizar reagentes com menor impacto ambiental (metodologias mais limpas). Entretanto, os resultados obtidos tanto com as reprodutibilidades quanto nas modificações experimentais não foram satisfatórios, rendendo quantidades de produtos inferiores aos reportados na literatura. Ainda neste contexto, realizamos as sínteses de porfirinas em regime de fluxo contínuo, pois o uso desta tecnologia pode trazer mais segurança e eficiência para este processo. Os experimentos de reações em fluxo contínuo foram realizados utilizando uma adaptação das metodologias de Gonsalves e de Lindsey. Primeiramente, realizou-se a síntese da meso-tetrafenilporfirina (TPP) para que os parâmetros de vazão, temperatura e concentração dos reagentes fossem avaliados visando obter a melhor condição reacional e, a partir de então, testar estas condições na síntese de outros derivados porfirinóides. Assim, nos estudos empregando-se reatores tubulares em fluxo contínuo (adaptações da metodologia de Gonsalves), o maior rendimento observado para meso-tetrafenilporfirina (TPP) foi de 31% quando se utilizou a concentração de 0,2 mol.L-1 de pirrol e de benzaldeído, vazão de 0,6 mL.min-1 e 140°C. Para fins comparativos, o mesmo experimento só que realizado em batelada resultou em 25% de rendimento de TPP. Além disso, a tecnologia de fluxo contínuo permitiu as sínteses de diferentes derivados meso-substitídos com rendimentos de 9% a 39% indicando boa versatibilidade desta técnica. O uso de reatores de fase sólida (adaptações da metodologia de Lindsey) consistiu de experimentos preliminares devendo ser explorados com mais detalhes e continuado pelo grupo de pesquisa. A respeito das meso-tetra(2-tienil)porfirinas, estas apresentam propriedades fotofísicas, fotoquímicas e eletroquímicas únicas e vêm sendo apontadas como possíveis fotossensibilizadores para aplicações em Terapia Fotodinâmica (PDT) e Células Solares (CS). Em vista disso, decidiu-se estudar metodologias de síntese, modificação estrutural e atividades fotodinâmicas deste tipo de porfirina. Desse modo, a meso-tetra(2-tienil)porfirina foi sintetizada por algumas metodologias descritas na literatura, e também por meio de alterações experimentais visando melhorar os rendimentos e a pureza. Após alguns estudos sistemáticos, a meso-tetra(2-tienil)porfirina foi obtida com 36% de rendimento e de forma pura, empregando-se clorobenzeno como solvente, cloridrato de hidroxilamina como catalisador e nitrobenzeno como oxidante. Sobre as funcionalizações, reações de nitração foram efetuadas usando condições reacionais brandas com nitrito de sódio e ácido trifluoracético. Obtendo-se os derivados nitrados na posição α do tiofeno com 66% de rendimento para o produto mono-nitrado e com 59% para o tetra-nitrado. Ainda, foram utilizadas as reações de Vilsmeier-Haack para obtenção da meso-tetra(2-tienil)porfirina funcionalizadas com grupos formil. Nestes estudos foram observados somente a formilação na posição α anel tiofeno e nenhuma formilação na posição β do núcleo porfirínico (comum para tetrafenilporfirinas). Além disso, conseguiram-se obter condições reacionais que rendessem somente o produto mono-formilado (10%) ou somente o produto tetra-formilado (10%), e também condições experimentais que rendessem diferentes produtos formilados (mono, di, tri e tetra-formilados). Após a obtenção dos produtos formilados, estudou-se a aplicação do mono-formilado em reações de Wittig, de Olefinação de Peterson e de condensação com 4,4-difluoro-4-bora-3a,4a-diaza-s-indaceno (BODIPY). Estes últimos estudos foram apenas uma exploração inicial e ainda requerem de maior aprofundamento. Derivados do tipo 2-tienil-clorinas e 2-tienil-bacterioclorinas foram obtidos por meio de reações de cicloadição 1,3-dipolares com dipolos óxido de nitrilas com bons rendimentos.. Ainda, foram realizados estudos fotofísicos preliminares de alguns destes compostos a fim de avaliar o potencial destes como corantes fotossensibilizadores. Os resultados fotofísicos indicaram que são bons produtores de oxigênio, apresentam boa foto-estabilidade e não sofreram agregação na faixa de concentração estudada. Logo, as 2-tienil-clorinas e 2- tienil-bacterioclorinas obtidas neste trabalho apresentaram características promissoras para serem utilizadas como fotossensibilizadores em Terapia Fotodinâmica. Por fim, a obtenção dos novos heterociclos visou à disponibilização de compostos que apresentassem deslocamento batocrômico das bandas de absorção no espectro eletromagnético, uma vez que moléculas com esta característica representam elevado interesse na química de fotossensibilizadores.

Para a garantia do bom desempenho dos fluxantes para lingotamento contínuo de aços no molde, a determinação da sua composição química é importante para garantir as propriedades necessárias para o seu perfeito funcionamento. O carbono é adicionado ao fluxante para controlar a velocidade de fusão do fluxante sobre o aço líquido, já que, se adequada, colabora para a disponibilidade de escória líquida suficiente para alimentar o intervalo existente entre a placa de aço em solidificação e o molde, garantindo a perfeita lubrificação. Neste trabalho é demonstrada a influência do efeito de duas fontes de carbono na velocidade de fusão dos fluxantes, através da utilização de uma nova concepção de forno elétrico no qual são colocados dois cadinhos vazados contendo fluxante in natura. Um dos cadinhos é utilizado para avaliação da amostra de referência. O desenvolvimento das reações de fusão do fluxante com o aumento da temperatura resulta em uma escória que, em função de sua fluidez, gera o escorrimento da massa fundida a uma taxa característica, a qual é registrada em um gráfico de massa x temperatura. Desta forma, é demonstrada a eficiência do uso deste equipamento para avaliação da velocidade de fusão, e da influência da fonte e teor de carbono, possibilitando a avaliação de diferentes alternativas de composições. Os ensaios de microscopia com aquecimento e análises térmicas também foram utilizados. / In order to assure good performance of mould flux for continuous casting of steel, the chemical composition definition is important to guarantee the properties needs to its perfect behavior in the mould. Carbon is added to the mould flux to control the melting rate, since this property is related to the availability of liquid slag to fill in the gap between the solidified steel and the cupper wall that assure a perfect lubrication. This work presents the influence of two carbon sources evaluated by an apparatus designed for testing the melting rate of mould fluxes. It is an electric resistance furnace in which two perforated at the bottom crucibles contain flux sample in natura. One of the crucibles is used for the reference sample. As the temperature increases and the melting of the flux takes place, liquid slag starts dropping from the crucible, which is attached to a load cell. Weight losses and temperature are simultaneously recorded and a plot of mass (grams) versus temperature (degree Celsius) is produced. The effect of carbon content of the flux mixtures on the melting rate has been investigated. The heating microscope and thermal analysis were also evaluated.

Este trabalho objetiva o desenvolvimento e a implementação computacional de aproximações Galerkin mínimos-quadrados (GLS) para escoamentos não Newtonianos inelásticos utilizando os modelos de Líquido Newtoniano Generalizado (GNL) e Fluido Quasi- Newtoniano sensível ao tipo de escoamento. Apesar de escoamentos de fluidos não Newtonianos serem cruciais em problemas de engenharia, eles representam, ainda hoje, um assunto em aberto, devido à dificuldade de se criar um modelo matemático para o comportamento não-linear das funções materiais medidas em laboratório e também à complexidade do problema gerado quando da aproximação dos modelos mecânicos disponíveis por métodos numéricos usuais. As equações clássicas de GNL possuem funções de viscosidade capazes de prever comportamentos pseudoplástico, viscoplástico ou dilatante, representado ajustes de curvas de tensão de cisalhamento versus taxa de cisalhamento em escoamentos viscométricos. Os modelos sensíveis ao tipo de escoamento são capazes de representar o comportamento diferenciado em regiões de cisalhamento e extensão, utilizando um parâmetro cinemático de classificação de escoamentos e curvas de escoamento em regimes viscométrico e extensional. As formulações multi-campos em tensão extra, pressão e velocidade (τ-p-u), ou ainda com a taxa de deformação como variável primal, são alternativas para a aproximação numérica de escoamentos não Newtonianos que possuem diversas vantagens. Elas tornam desnecessário o pós-processamento do campo de velocidade para a obtenção dos campos de tensão, representando uma aproximação mais precisa especialmente para elementos de baixa ordem, desejáveis do ponto de vista computacional. Além disso, permitem a intuitiva extensão para a implementação de modelos viscoelásticos diferenciais. No entanto, a compatibilização dos sub-espaços funcionais das variáveis é uma dificuldade na implementação numérica, além das instabilidades numéricas intrínsecas aos operadores advectivos dos modelos. Como forma de superar essas dificuldades, uma estratégia de estabilização do tipo GLS é utilizada, a fim de permitir a implementação numérica das formulações em estudo, gerando a estabilidade necessária para várias combinações de subespaços funcionais. É apresentado um estudo dos princípios da Mecânica do Contínuo, de teoria constitutiva, e do método de elementos finitos, com ênfase nos métodos estabilizados do tipo GLS para formulações u-p, τ-p-u e D-p-u. São apresentados resultados numéricos validando o código computacional desenvolvido, e também investigando escoamentos de fluidos Newtonianos, viscoplásticos, pseudoplásticos e quasi-Newtonianos em geometrias como cavidades e contrações. O método se mostra estável e os resultados fisicamente realistas. No entanto, o modelo sensível ao tipo de escoamento demonstra sérios problemas de convergência nos casos nos quais a não-linearidade material é acentuada. / This work aims the development and computational implementation of Galerkin leastsquares (GLS) approximations for non Newtonian purely viscous flows employing Generalized Newtonian Liquid (GNL) and Quasi-Newtonian flow type sensitive models. Despite non Newtonian flows are crucial in many problems in engineering, they represent an open subject, due to the difficulty of building a mathematical model for the non-linear behavior of material functions obtained experimentally, and also due to the complexity of the problem generated by the approximation of the available mechanical models via usual numerical methods. In the classical GNL equations there are viscosity functions that are able to predict pseudoplastic, viscoplastic and dilatant behavior, representing the curve fitting of shear stress versus shear rate in viscometric flows. The flow type sensitive models are able to predict the different behavior in regions of shearing and extension, employing a kinematic parameter to classify the flows and the flow curves in viscometric and extensional flows. Multi-field formulations in extra-stress, pressure and velocity (τ-p-u), or even with the strain rate as a primal variable, are alternatives to the numerical approximation of non Newtonian flows that possess many advantages. They render unnecessary the post-processing of the velocity field to obtain the stress fields, representing a more accurate for low-order elements, eligible from the numerical standpoint. Besides, they allow the intuitive extension for the implementation of viscoelastic differential models. However, the compatibilization of functional sub-spaces of the variables is a difficulty in the numerical implementation, besides the numerical instability intrinsic to the advective operators in the models. As a path to come over these difficulties, a stabilization strategy of GLS type is employed, so as to allow the numerical implementation of the formulations, achieving the necessary stability for various combinations of functional sub-spaces. A study of the principles of Continuum Mechanics, constitutive theory and the finite element method is presented, with emphasis in the GLS methods for u-p, τ-p-u and D-p-u formulations. Numerical results are presented, validating the computational code developed, and investigating flows of Newtonian, viscoplastic, pseudoplastic and quasi-Newtonian fluids different geometry, as cavities and contractions. The methods are noticeable stable and physically comprehensive. Although, the flow type sensitive model shows serious convergence problems in the cases when the nonlinearity is too pronounced.

A presente dissertação tem por objetivo apresentar um estudo numérico comparativo do escoamento e do comportamento de inclusões não-metálicas em distribuidores de lingotamento contínuo de aço. Para isso, reproduzem-se, numericamente, dois modelos físicos de distribuidores extraídos da literatura, que são empregados em duas etapas: (1) estudo de parâmetros de simulação (esquemas de advecção-difusão, modelos de turbulência, dispersão da turbulência); (2) estudo de metodologias numéricas empregadas para análise de escoamento e grau de limpeza do aço (métodos para obtenção de curvas de distribuição de tempos de residência, simulação de inclusões não-metálicas, e a comparação das mesmas). O processamento numérico das simulações foi realizado em um código comercial que emprega a dinâmica dos fluidos computacional. Através da comparação entre os resultados numéricos e os dados da literatura foi possível determinar o melhor ajuste para cada grupo de casos estudados. Com respeito às conclusões alcançadas pela etapa (2) do trabalho, em um momento inicial, compararam-se os métodos numéricos utilizados para obter curvas de distribuição de tempos de residência. Em geral, a nova metodologia numérica desenvolvida e a tradicional apresentaram comportamentos semelhantes; porém, evidenciou-se uma grande diminuição no tempo de processamento com o emprego da nova metodologia. Em um segundo momento, analisou-se a influência das características de escoamento sobre as trajetórias de partículas que simularam as inclusões não-metálicas. Verificou-se que as trajetórias das partículas foram diretamente relacionadas com a direção e as magnitudes dos perfis de velocidade. De acordo com cada caso, alcançaram-se diferentes frações de remoção de partículas em função das características dos modificadores de escoamento. Por fim, observou-se que os valores de tempo mínimo de residência, e também, a relação entre volume pistonado e volume morto, foram diretamente relacionados com as frações de partículas removidas. / The aim of this work is to present a numerical comparative study of the flow and behaviour non-metallic inclusions in steel tundishes. To reproduce numerically two physical models of tundishes based on the literature those are used in two steps: (1) study of simulation parameters (advection-diffusion schemes, turbulence models, turbulent dispersion); (2) study of numerical methodologies used to analyze the flow and degree of steel cleanliness (methods to obtain residence time distribution curves, simulation of non-metallic inclusions, and their comparison). The numerical process of simulations was made in a computational fluid dynamics commercial code. Trough the comparison of among the numerical results and the literature data it was possible to determine the best fit for each cases group. As far as the conclusions obtained in step (2) of the work, in the beginning moment, the methods to obtain residence time distribution curves are compared. In general the new numerical methodology developed and the traditional one showed it similar behaviour; but it was noted large reduction in processing time with the use of the new method. In a second moment it was analyzed the influence of flow characteristics on the particles tracking that simulated the non-metallic inclusions. It was observed the particle tracking are directly related with the direction and magnitude of velocity profiles. According to each case there were obtained different particle removal fractions on a count of the flow modifiers characteristics. Finally it was observed that values of the minimum residence time and the relation between plug and dead volume were directly related with the particle removal fractions.

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Através da absorção de um e de dois fótons estudamos as diferentes transições do íon \'Gd POT.+3\' e GGG. Utilizando técnicas espectroscópicas com laser pulsado e laser contínuo, analisamos a influência do campo cristalino sobre o íon. Estes resultados estão em concordância com as previsões advindas da teoria de grupo. A partir da análise dos espectros de luminescência das amostras de GdAl\'O IND.3\', conseguimos detectar pequenos traços de impurezas nas mesmas. Não conseguimos detectar nenhuma anomalia nos espectros obtidos, de modo a não acreditarmos na existência de alguma interação Gadolínio - Galdoíno, acima da temperatura de transição de fase. Laser de corante contínuo de alta resolução, laser de corante pulsado foram construídos para a realização dos experimentos. Também desenvolvemos os equipamentos eletrônicos envolvidos. / The different transitions of \'Gd POT.3+\' ion in samples of GdAl\'O IND.3\' and GGG were studied by means of the absorption of one and two photons. The crystalline field influence an the ion was studied by using spectroscopic techniques with pulsed laser as well as continuous laser. These results are in agreement with the group theory prediction. From the luminescence spectrum of this sample little impurities aspects in the GdA1\'O IND.3\' sample were detected. No anomaly was detected in the spectra obtained so that we believed there is no \'Gd POT.3+\'-\'Gd POT.3+\' interaction above the phase transition temperature. High resolution continuous dye laser and pulsed die laser were built up to carry out the experiments. The electronic equipment used in the experiment was developed by us.