Universidade Federal do Triângulo Mineiro / This work is dedicated to the study of the problem of active noise control, evaluating some numerical and experimental methodologies. The analysis is restricted to the case of noises in ducts, in which the acoustic propagation phenomena are modeled. Four approaches for this type of models are presented. The first one is formulated by using the basic equations of the acoustics. This procedure generates an infinite dimension model of the duct. In the second approach, the infinite model is truncated by using Taylor s series. The third approach performs a modal expansion using the poles of the infinite dimension model, and, in the fourth, it is also considered a modal expansion, but in this case, by taking into account zeros and poles of the infinite dimension model. The four models studied are discussed and compared in the present contribution. A second part of this work is concerned with active noise control techniques. Monochannel (which uses only a loud speaker and a microphone) and multi-channel (which uses several loud speakers and microphones) controllers are studied. The studied active noise controllers use LMS adaptive algorithms. The noise signals are filtered using X-LMS techniques. These types of controller are usually simple and robust. The coefficients of the controller (modeled as a digital filter) are determined by using an online adaptive procedure looking for minimizing the noise levels. The control methodologies are tested numerically by using the mathematical model of the acoustic duct proposed. With the aim of validating experimentally these controllers a test rig instrumented with loud speakers and microphones was built, and the algorithms were implemented using a personal computer. At the remaining, the numerical and experimental results are discussed and some suggestions are presented in order to continue future works. / Este trabalho formula e discorre sobre o problema de controle ativo de ruído e avalia algumas metodologias de controle tanto numérica como experimentalmente. A análise é restrita ao caso de ruídos em dutos, onde o fenômeno da propagação acústico é analiticamente modelado. Apresentam-se quatro abordagens para tal modelagem. A primeira, formulada a partir das equações fundamentais da acústica, gera um modelo de dimensão infinita para o duto. A segunda aproxima o modelo infinito por uma série truncada de Taylor. A terceira formulação realiza uma expansão modal, a partir dos pólos do modelo de dimensão infinita e a quarta, também realiza uma expansão modal, mas considera tanto os pólos como os zeros do modelo infinito dimensional. No trabalho são discutidos e comparados os quatro modelos numéricos propostos. Numa segunda parte este trabalho discorre-se sobre diversas técnicas de controle ativo de ruído em dutos. São estudados controladores do tipo mono canal, que utilizam um sensor e um atuador apenas e controladores do tipo multicanal, com vários sensores e atuadores. Todos os controladores ativos de ruído (CAR) estudados utilizam algoritmos adaptativos do tipo LMS (Least Mean Square) e técnicas de filtragem-X LMS. Este tipo de controlador tem como características marcantes à simplicidade e a robustez. Os coeficientes do controlador, modelado como um filtro digital, são adaptados on-line segundo uma estratégia que busca minimizar os ruídos não desejados. Estas metodologias de controle são testadas numericamente a partir do modelo matemático proposto para o duto acústico. Para avaliar também experimentalmente tais controladores, montou-se uma bancada de testes constituída por um duto de PVC instrumentada com alto falantes e microfones sendo os algoritmos de controle implementados em um microcomputador pessoal devidamente configurado. O trabalho encerra discutindo os resultados numéricos e experimentais obtidos e sugerindo desdobramentos a serem investigados no futuro. / Doutor em Engenharia Mecânica

Acute pancreatitis is an inflammatory process that initiates with the damage of the pancreatic acinar cells and can also involve other organs and peripancreatic tissues. Vascular alterations are proposed as factors that contribute significantly to the morbidity of patients with pancreatitis. However, few studies were directed to understand these alterations and the underlying mechanisms. In this way, the objective of this study was to investigate vascular changes caused by acute pancreatitis induced by common bile duct obstruction (CBDO) on the vascular reactivity of rat mesenteric artery, in order to generate scientific knowledge about the mechanisms involved in this condition and enable future approaches that lead to a better treatment of this disease in humans. For this purpose, adult male Wistar rats were used (220-300 g) and divided into two groups: (i) sham animals, which were submitted to surgery procedure without obstruction of the duct and (ii) CBDO animals which were submitted to surgery procedure and obstruction of the common bile duct. After 24 or 48 h of this surgery, animals were anesthetized and the superior mesenteric artery was removed. Serum samples were also obtained for amylase determination. Mesentery artery rings were obtained (1-2 mm) and used for in vitro reactivity experiments and measurement of nitric oxide (NO) and superoxide anion (O2 -). For the reactivity experiments, the rings were mounted in isolated organ chambers and cumulative concentration-response curves to acetylcholine or phenylephrine were obtained. For evaluating the production of NO and O2 -, rings were incubated with specific fluorescent dyes. Levels of serum amylase were augmented in animals with CBDO after 24 (p<0.05) or 48 h (p<0.001) of obstruction, when compared with sham group, confirming the induction of pancreatitis. Mesenteric rings from CBDO animals showed decreased relaxing response for acetylcholine or contractile response to phenylephrine after 24 or 48 h of induction of pancreatitis, when compared with sham group. Our data also showed an increase in NO (p<0,05) and O2 - (p<0,05) production in the rings collected after 48 h of the surgical procedure, but not after 24 h. These findings showed that acute pancreatitis induction by CBDO impaired relaxation and contractile response, possibly by mechanisms that are triggered by increased NO and O2 - production, probably associated with the inflammatory process. Additional studies are needed to identify the mechanisms underlying these vascular effects of acute pancreatitis. / A pancreatite aguda é um processo inflamatório que se desenvolve a partir de lesão dos ácinos pancreáticos e também pode envolver tecidos peripancreáticos e outros órgãos. Alterações na função vascular são propostas como fatores que contribuem sobremaneira para a morbidade dos pacientes com pancreatite, entretanto poucos estudos foram direcionados para entender estas alterações e os mecanismos subjacentes. Com base nessas premissas, o objetivo do presente estudo foi investigar as alterações vasculares provocadas pela pancreatite aguda induzida por obstrução do ducto biliopancreático (ODBP) sobre a reatividade de artéria mesentérica de ratos, com o intuito de gerar conhecimento científico sobre os mecanismos envolvidos nesta condição e permitir abordagens futuras que levem ao melhor tratamento desta doença em humanos. Para tanto, foram utilizados ratos machos adultos Wistar (220-300 g) que foram divididos em grupos falso operado (Sham), no qual somente houve a cirurgia, sem obstrução do ducto, ou ODBP, o qual foi submetido a cirurgia e obstrução do ducto biliopancreático. Em seguida, os animais dos diferentes grupos foram eutanasiados após 24 ou 48 h e a artéria mesentérica superior foi removida, bem como soro foi separado para dosagem de amilase. Desta artéria foram obtidos anéis com endotélio (1-2 mm) que foram utilizados para a realização dos experimentos de reatividade in vitro e mensuração de óxido nítrico (NO) e ânion superóxido (O2 -). Para os experimentos de reatividade, os anéis foram montados em sistema de banho de órgão isolado e foi testada sua resposta relaxante ou contrátil, mediante estimulação com acetilcolina (ACh) ou fenilefrina (Fen) respectivamente. Para avaliar a produção de NO e O2 -nos anéis dos animais dos diferentes grupos, foram utilizadas sondas fluorescentes específicas para estes radicais livres. Nos animais com ODBP foram encontradas concentrações séricas de amilase elevadas após 24 (p<0,05) ou 48 h (p<0,001), quando comparados ao grupo sham, confirmando a indução da pancreatite. Os anéis dos animais com ODBP demonstraram uma diminuição da resposta relaxante à acetilcolina ou contrátil à fenilefrina após 24 ou 48 h da indução da pancreatite, quando comparados aos animais do grupo sham. Também foi observado aumento na produção de NO (p<0,05) e de O2 - (p<0,05) nos anéis coletados após 48 h, mas não 24 h da indução da pancreatite. Estes achados mostraram que a indução da pancreatite aguda por ODBP prejudica tanto a resposta relaxante quanto a contrátil de anéis de artéria mesentérica, por mecanismos que possivelmente são desencadeados pelo aumento na produção de NO e O2 -, provavelmente associado com o processo inflamatório. Entretanto, experimentos adicionais são necessários para identificar os mecanismos pelos quais a pancreatite aguda causa estes efeitos.

Estudos recentes estimam que a maioria das estenoses benignas é de natureza iatrogênica podendo ser evitada. A incidência de lesões graves dos ductos biliares durante a colecistectomia é de aproximadamente 1/300 a 1/500 procedimentos (0,2 a 0,3%). Estas lesões podem resultar em coleperitôneo, fístula biliar, estenose de via biliar ou associação dessas complicações. O objetivo deste trabalho foi de relatar os casos de lesões de vias biliares tratados no Serviço de Cirurgia da Faculdade de Medicina da Universidade Federal de Goiás. Foram estudados retrospectivamente 31 pacientes, de 1990 a 2002, com diagnóstico de lesões de vias biliares pós colecistectomia. 29 pacientes (93,5%) eram do sexo feminino e 2 (6,5%) eram do sexo masculino. A idade variou de 21 a 80 anos com média de 46,6 anos. Pacientes provenientes da capital do Estado de Goiás eram em número de 12 (38,7%) enquanto 19 (61,2%) eram provenientes de outras regiões do país. A colecistectomia foi realizada eletivamente em 24 pacientes (77,4%) enquanto em 7 pacientes (22,5%) foi realizada cirurgia de urgência. A via de acesso através de incisão subcostal foi empregada em 70,9% dos pacientes e a via longitudinal (mediana e paramediana direita) em 29,1%. As principais manifestações clínicas foram icterícia em 87,9% dos pacientes, fístula biliocutânea em 29%, peritonite em 29,0%, colangite em 29% e sepse em 6,4% dos pacientes. A Colangiografia Retrógrada Endoscópica foi o exame mais empregado para o diagnóstico da lesão de via biliar. As lesões dos ductos biliares foram classificadas segundo a classificação proposta por Strasberg. Aproximadamente metade (54,8%) das lesões de vias biliares foram classificadas como Strasberg E3 e E4. A técnica cirúrgica mais utilizada para o tratamento das lesões de vias biliares foi a Hepaticojejunoanastomose, com alça jejunal exclusa em Y de Roux, em 20 (64,5%) pacientes. Os 4 óbitos foram em lesões totais proximais. As lesões parciais evoluíram melhor a longo prazo / Recent studies have estimated that most of the benign biliary stenosis are iatrogenic in nature, and can thus be prevent. The incidence of severe injury to the biliary ducts during a cholecystectomy is of approximately 1/300 to 1/500 procedures (0.2-0.3%). These lesions can result in choleperitoneum, biliary fistula, stenosis of the biliary tract or an association of these complications. The objective of this paper was to report on biliary tract injuries treated at the Surgical Unit of the School of Medicine of the Federal University of Goias. Thirty-one patients with a diagnosis of biliary tract lesions, post cholecistectomy, were studied, retrospectively, from 1990 to 2002. Twenty-nine individuals (93.5%) were female, and two (6.4%), males. Their age ranged from 21 to 80 years (average of 46.6 years).Twelve (38.7%) individuals came from the capital of State of Goias and 19 (61.2%), from other regions. Cholecystectomy was performed as an elective procedure in 24 (77.4%) patients, and 7 (22.5%) underwent emergency surgery. A subcostal incision was used in 70.9% of the cases, while the longitudinal approach was used in 29.1%. The main clinical manifestations were jaundice in 87.9%, cutaneous fistula in 29%, peritonitis in 29%, cholangitis in 29% and sepsis in 6.4% of the patients. The Endoscopic Retrograde Cholangiography was the diagnostic test most frequently ordered. Biliary duct injuries were classified according to the criteria proposed by Strasberg. Aproximately half (54.8%) of the injuries were classified as Strasberg E3 and E4. The most common surgical technique used in the treatment of this condition was a Roux-en-Y hepaticojejunostomy in twenty (64.5%). Four patients with proximal injuries died. Long term followup disclosed better results with partial injuries

O escoamento bifásico é muito importante para vários ramos industriais. As misturas bifásicas podem escoar em diversas configurações, as quais são chamadas de padrões de escoamento, e que, ao longo dos anos, receberam diversas classificações. Neste trabalho foi estudado o padrão bolhas dispersas em duto anular. Os trabalhos sobre escoamento bifásico em geometria anular são mais escassos, especialmente quando se trata de dutos anulares de grande dimensão. Dentre os modelos existentes para a modelagem do escoamento bifásico, trabalhamos com o modelo de mistura (Drift Flux), pois, apesar das altas velocidades superficiais, o escoamento em bolhas não possui um comportamento homogêneo, já que a fase gasosa ainda escoa na região central e com uma velocidade maior do que a velocidade da mistura. Foi utilizado o modelo de mistura unidimensional para a modelagem do escoamento bifásico água-ar, pois, além de bastante preciso, é de baixo custo computacional e fácil implementação. Neste trabalho empregamos, a princípio, equações elaboradas para dutos circulares, as quais foram adaptadas para a geometria anular fazendo-se uso do conceito de diâmetro hidráulico. As equações foram implementadas no software Mathematica® e as previsões para o holdup e queda de pressão foram comparadas com dados experimentais próprios. O trabalho experimental foi realizado no laboratório de escoamentos multifásicos do Núcleo de Engenharia Térmica e de Fluidos (NETeF) da EESC-USP, o qual conta com uma instalação experimental em estado operacional para a simulação de escoamentos bifásicos vertical e inclinados em duto anular. Foram colhidas medidas de holdup e queda de pressão bifásica. A concordância entre os dados experimentais e as previsões foi muito satisfatória. / Two-phase flow is present in a wide range of industrial processes. Such flows occur in many geometrical configurations known as flow patterns. In this work is presented a study about bubbly flow in annular duct. Works on two-phase flow in large annular geometry are very scarce. Among the existing models for modeling two-phase flow we chose the drift flux model because the bubbly flow does not behave as a homogeneous mixture, despite of the high superficial velocities, since the gas phase flows faster in the core region in comparison with the mixture velocity. The onedimensional drift flux model besides to be accurate is of low computational cost and easy implementation. The goal of this work is to analyze the prediction of holdup and pressure drop in annular ducts of large diameter. The set of equations used was adapted from those of circular ducts by using the hydraulic diameter concept. The equations were implemented in Mathematica software and holdup and pressure drop prediction were compared with experimental data taken in the experimental facility of the Thermal-fluids Engineering Laboratory of EESC-USP. It was collected measure of holdup and pressure drop. The agreement between experimental data and model predictions is encouraging.

Submitted by isabela.moljf@hotmail.com (isabela.moljf@hotmail.com) on 2017-05-12T13:37:04Z No. of bitstreams: 1 pedroluizrodriguesguedes.pdf: 3448334 bytes, checksum: 3bac263ee478fd60c02c5d6036a0e81e (MD5) / Approved for entry into archive by Adriana Oliveira (adriana.oliveira@ufjf.edu.br) on 2017-05-12T15:44:09Z (GMT) No. of bitstreams: 1 pedroluizrodriguesguedes.pdf: 3448334 bytes, checksum: 3bac263ee478fd60c02c5d6036a0e81e (MD5) / Made available in DSpace on 2017-05-12T15:44:09Z (GMT). No. of bitstreams: 1 pedroluizrodriguesguedes.pdf: 3448334 bytes, checksum: 3bac263ee478fd60c02c5d6036a0e81e (MD5) Previous issue date: 2013-07-30 / CAPES - Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / Condroitim sulfato (CS) é um glicosaminoglicano (GAG), presente na matriz extracelular (MEC) de vários tecidos de mamíferos, utilizado para o tratamento da osteoartrite e, recentemente, tem despertado grande interesse devido ao seu potencial anti-inflamatório. Vários modelos experimentais in vivo de inflamação são empregados para o estudo da atividade anti-inflamatória, entre eles o modelo de fibrose induzida por colestase extra-hepática. A colestase produz lesão hepatocelular com edema do trato portal, infiltrado leucocitário, proliferação de células epiteliais biliares e fibrose do trato portal. O objetivo deste trabalho foi analisar os efeitos do CS no modelo de colestase extra-hepática emperimental induzido por laqueadura do ducto biliar (BDL) em ratos Wistar. Para isso foram utilizados animais (n = 82) de 6 a 8 semanas de idade eutanasiados 2, 7 ou 14 dias após o procedimento cirúrgico divididos nos grupos: BDL, BDL tratado com CS, Sham e Sham tratado com CS. Foram avaliados peso corporal e do fígado dos animais, concentrações séricas de bilirrubina direta (BD), globulinas, atividades de gama glutamil transpeptidase (Gama GT), fosfatase alcalina (FA), alanina transaminase (ALT) e aspartato transaminase (AST), alterações morfológicas no tecido, atividade de mieloperoxidase (MPO), atividade de metaloproteases (MMP-9, MMP-2 e pró MMP-2) e conteúdo de GAGs no fígado dos animais, além da análise histopatológica do tecido hepático. O CS obtido para a realização do trabalho apresentou teores superiores a 92%, com peso molecular de aproximadamente 40 kDa e um conteúdo dissacarídico com predominância de Δdi4S (65%). BDL gerou vários sintomas relacionados à lesão celular e ao processo inflamatório como aumento dos níveis séricos de BD e globulinas, aumento das atividades de Gama GT, FA, ALT e AST, infiltrado inflamatório e modificação morfométrica, com proliferação ductular, e na MEC do fígado dos animais induzidos. CS levou a redução do aumento inicial das transaminases indicando proteção dos tecidos lesados no procedimento cirúrgico. O tratamento levou à redução do infiltrado inflamatório no tecido, expresso pela diminuição significativa da atividade de MPO no homogenato. A remodelação tecidual também foi reduzida, havendo diminuição da atividade de MMP-9, pró MMP-2 e MMP-2 e ainda dos níveis dos GAGs dermatam sulfato e heparam sulfato presentes, produzidos por células estreladas em resposta ao dano no tecido. Estes resultados mostram que o CS reduziu os efeitos da lesão hepática do modelo e foi capaz de retardar a fibrogênese hepática. / Chondroitin sulfate (CS) is a glycosaminoglycan (GAG) present in the extracellular matrix (ECM) of many mammalian tissue, used for osteoarthritis treatment and, recently, has aroused great interest due to its anti-inflammatory potential. Several in vivo inflammation experimental models are employed to study anti-inflammatory activity, including extra-hepatic cholestasis induced fibrosis. Cholestasis produces hepatocellular injury with portal tract edema, leukocyte infiltration, biliary epithelial cells proliferation and portal tract fibrosis. The aim of this work was to analyze CS effects on an extra-hepatic cholestasis experimental model induced by bile duct ligation (BDL) on Wistar rats. For this purpose 6 to 8 weeks old animals (n = 82) were euthanized 2, 7 or 14 days after surgical procedure, previously divided into groups: BDL, CS treated BDL, Sham, CS treated Sham. To analyze disease evolution body and liver weight, serum concentrations of direct bilirubin (BD), globulins, activities of gamma glutamyl transferase (Gama GT), alkaline phosphatase (FA), alanine and aspartate aminotransferases (ALT and AST), morphological changes on tissue, mieloperoxidase (MPO) activity, matrix metalloproteinases (MMP-9, pró MMP-2 and MMP-2) activities and liver GAGs content, besides histopathological analysis of the tissue. CS acquired presented over 92% tenor, molecular weight of approximately 40 kDa and disaccharide content of Δdi4S predominantly (65%).BDL caused many symptoms related to cellular damage and inflammatory process such as increasing BD and globulins, elevation of Gama GT, FA, ALT and AST activities, inflammatory infiltrate and changes on liver morphometry, with ductular proliferation, and on the ECM. CS reduced initial burst on aminotransferases, indicating protection of tissues injured on surgery procedure. Treatment led to reduction of inflammatory infiltrate, showed by significant decreasing on MPO activity. Tissue remodeling was also reduced, with decrease of MMP-9, pro MMP-2 and MMP-2 activities and also of GAGs dermatam sulfate and heparam sulfate levels, produced by hepatic stellate cells in response of tissue damage. These results show that CS reduced cholestasis hepatic injury effects, being capable to slow down liver fibrogenesis.

Lined silencers of various configurations are used to attenuate the noise from building HVAC equipment, gas turbines, and other machinery. First-mode analytical solutions are presented for sound attenuation along rectangular lined ducts, parallel-baffle silencers, and circular lined ducts. The sound absorptive lining is treated using a bulk property model. The analytical solutions entail solving a nonlinear characteristic equation in the transverse direction after the rigid-wall boundary condition is applied. The solution is compared to the boundary element solution and a local impedance analytical solution for several test cases.

In this dissertation, we are concerned with the numerical simulation for flows of electrically conducting fluids exposed to an external magnetic field (also known as magnetohydrodynamics or in short MHD). The aim of the present dissertation is twofold. First, the in-house CFD hydrodynamic solver SFELES is extended to MHD problems. Second, MHD turbulence is studied in the simple configuration of a MHD pipe flow within an external transverse magnetic field. Chapter 2 of this dissertation aims at reminding the physical equations that govern incompressible MHD problems. Two equivalent formulations are put forward in the particular case of quasi-static MHD. Chapter 3 is devoted to the detailed development of the hybrid spectral - stabilized finite element methods for quasi-static MHD problems. The extension of SFELES is made for both Cartesian and axisymmetric systems of coordinates. The short chapter 4 follows to provide the performances of SFELES executed by several processes in a parallel environment. The addition of a parallel direct solver is studied in regards with the memory and time requirements. The extension of SFELES is then validated in chapter 5 with test cases of increasing complexity. For this purpose, laminar flows with an existing analytical-asymptotic solution are considered. The subject of chapter 6 is the MHD turbulent pipe flow within an external transverse and uniform magnetic field. The results are partially compared with the corresponding hydrodynamic flow and with a few data available in the literature. / Le thème de cette thèse de doctorat est la simulation numérique d'écoulements de fluides conducteurs d'électricité qui sont exposés à un champ magnétique extérieur (également connu sous le nom de magnétohydrodynamique ou encore MHD). L'objectif de ce travail est double. Premièrement, le code CFD maison SFELES est étendu aux problèmes MHD. Deuxièmement, la turbulence MHD est étudiée dans la configuration de l'écoulement en conduite cylindrique à l'intérieur d'un champ magnétique transverse. Le chapitre 2 de cette thèse a pour but de rappeler les équations qui gouvernent les problèmes de MHD incompressible. Deux formulations équivalente sont mises en évidence dans le cas particulier de la MHD quasi-statique. Le chapitre 3 est dévoué au développement détaillé des méthodes spectrale - éléments finis pour la MHD quasi-statique. L'extension de SFELES est réalisée dans les systèmes de coordonnées cartésiennes et axisymétriques. Le court chapitre 4 suit pour fournir les performances de SFELES exécuté sur plusieurs processeurs dans un environnement parallèle. L'ajout d'un solveur parallèle direct est étudié en ce qui concerne les demandes en temps et mémoire. L'extension de SFELES est alors validée dans le chapitre 5 avec des cas d'étude de complexité croissante. Dans ce but, des écoulements laminaires avec solution théorique-asymptotique sont envisagés. Le sujet du chapitre 6 est l'écoulement MHD turbulent en conduite cylindrique à l'intérieur d'un champ magnétique transverse et uniforme. Les résultats sont partiellement comparés avec l'écoulement hydrodynamique correspondant et avec des données disponibles dans la littérature. / Doctorat en Sciences de l'ingénieur / info:eu-repo/semantics/nonPublished

Les gaines rectangulaires utilisées dans les réseaux de transport de gaz, notamment dans l'industrie de l'aluminium, sont soumises à des excitations provenant du flux s'écoulant à l'intérieur. Ce travail de thèse vise à comprendre quels sont les phénomènes impliqués dans la vibration des gaines rectangulaires de transport de gaz. Dans un premier temps nous présentons un modèle semi-analytique de gaine rectangulaire homogène basé sur le couplage de 4 plaques. Cette modélisation nous permet ainsi de définir les caractéristiques modales de la gaine. Ce modèle a été validé expérimentalement et numériquement par un code élément-finis. Dans un second temps, nous appliquons diverses excitations aérodynamiques et aéroacoustiques à notre gaine afin de déterminer quelles sont les contributions prépondérantes. Les comparaisons entre les résultats numériques et expérimentaux dans le cas d'un écoulement en gaine droite montrent que les contributions aéroacoustiques sont prépondérantes. Les mêmes tendances ressortent lors d'essais dans des configurations en coude, sauf à proximité de celui-ci où les sources aérodynamiques sont également importantes. Pour finir, nous appliquons ces recherches à une gaine rectangulaire utilisées dans l'industrie de l'aluminium. Nous constatons que le modèle que nous avons développé permet d'obtenir des tendances sur la réponse vibratoire de la gaine et met de nouveau en avant l'importance des contributions de type aéroacoustiques. Des pistes de réduction des niveaux vibratoires sont explorées et notamment celles de l'impact des paramètres géométriques de la structure. / Rectangular duct used for gas transport ductwork, especially in the aluminium industry, are excited by the internal flow. This thesis seeks to understand what are the phenomena involved in the vibration of the gaz transport ductwork. Firstly, we present a semi-analytical model of a homogeneous rectangular duct based on the coupling of 4 plates. This modeling allow us to define the duct modal characteristics and is validated by using both experimental and numerical (FEM) ways. Secondly, we applied aeroacoustic and aerodynamic excitations to our duct in order to determine which are the main contributions. Comparisons between numerical and experimental results, in the case of a straight duct highlight that aeroacoustic sources are predominant. The same trends are found with a bend configuration with few changes close to the band where aerodynamic sources seems to be predominant also. Finally, we apply our model to a large rectangular duct used in the aluminium industry. We note that the model gives good trends and highlights again the importance of the aeroacoustic contributions. Some reflexions about how to reduce the vibration levels by changing geometrical parameters are given at the end.

El modelado se ha convertido en los últimos años en una herramienta esencial en el diseño de motores de combustión interna alternativos, ya que permite reducir considerablemente el tiempo y los costes de desarrollo. Las metodologías de diseño clásicas se basan en la fabricación de prototipos y la realización de pruebas de ensayo y error. Actualmente, la mayoría de estas pruebas han sido sustituidas por cálculos numéricos, de modo que sólo las opciones de diseño más prometedoras se prueban en realidad en banco motor. Durante años, los códigos unidimensionales de dinámica de gases en el dominio del tiempo han sido suficientes para modelar tanto las prestaciones y el consumo del motor como el ruido de admisión y escape. Sin embargo, para un nivel más exigente de diseño, una representación 1D puede no ser suficiente para describir con precisión el flujo en ciertos elementos. Esto es especialmente importante en el caso de silenciadores, donde la hipótesis unidimensional sólo se puede aplicar a geometrías simples. En el caso de las uniones de conductos es la existencia de estructuras tridimensionales de flujo complejas lo que establece el límite de la aplicabilidad de una descripción simple cero-dimensional. En vista de estas limitaciones, la primera opción sería el uso de un modelo de dinámica de fluidos computacional (CFD); sin embargo, su aplicación conllevaría un tiempo de cálculo excesivo. Una posible solución de compromiso viene dada por los modelos cuasi-3D, basados en esquemas tridimensionales, pero con ciertas simplificaciones capaces de reducir significativamente el tiempo de cálculo sin afectar excesivamente a la precisión. Tales soluciones se han convertido en estándar en los códigos comerciales y se han aplicado con éxito a los silenciadores, tanto para excitaciones acústicas en el régimen lineal como en condiciones reales de motor, típicamente no lineales. Esta tesis tiene como objetivo el desarrollo de un nuevo método numérico cuasi-3D en una malla escalonada, basado en la simplificación de la ecuación de la cantidad de movimiento, para ser incluido en un código unidimensional existente. Tal método, sin embargo, no está libre de inconvenientes. En particular, se ve afectado por la aparición de oscilaciones no físicas, especialmente en gradientes de presión significativos. De la revisión bibliográfica se determina que este comportamiento es típico en esquemas de segundo orden y se puede ver acentuado por las simplificaciones adoptadas. Tras estudiar las posibles soluciones aplicables a este problema, se desarrollan tres limitadores de flujo diferentes, basados en las metodologías MDT, FCT y TVD. Una vez definido el método numérico y asegurada su estabilidad, es necesario desarrollar las condiciones de contorno adecuadas que permitan su utilización. Con este objetivo, se desarrollan las condiciones de pulso de presión de entrada y de extremo anecoico, los cuales permiten simular un banco de impulso. No hay que olvidar, sin embargo, que el objetivo final es la conexión con un código unidimensional, por lo que hay que comprobar que el método numérico cuasi-3D creado es compatible con los unidimensionales existentes, mostrando algunos resultados preliminares. Finalmente, con el método ya completamente operativo, se procede a su validación en las aplicaciones para las que ha sido diseñado principalmente, las cuales son, modelado de silenciadores y uniones de conductos. Para el caso de los silenciadores, se modelan dispositivos de complejidad creciente, pasando por geometrías de sección constante hasta sistemas con geometrías reales. Los resultados obtenidos se validan con otras herramientas tanto lineales como no lineales. En el caso de las uniones de conductos, el objetivo principal es el de establecer el potencial del nuevo método numérico frente a los tradicionales unidimensionales, por lo que los resultados de ambos se comparan con datos experiment / Engine modelling has become an essential tool in the design of internal combustion engines, allowing considerable reductions in development time and cost. Classical design methodologies are based on prototype manufacturing and trial-and-error tests, but currently, most of those tests have been replaced by numerical computations, so that only the most promising design options are actually tested on engine bench. For years, one-dimensional gas dynamics codes in the time domain have offered sufficiently good solutions for modelling both engine performance and intake and exhaust noise. However, for a more demanding level of design, a 1D representation may not be sufficient to describe accurately the flow in certain elements. This is especially important in the case of silencers. In the case of duct junctions, the existence of complex 3D flow structures is what sets the applicability limit for a simple zero-dimensional description. In view of these limitations, the first option would typically be the use of a computational fluid dynamics (CFD) model; however, the application of such a model to a complete intake or exhaust system entails an excessive computational time. A possible compromise solution is given by quasi-3D models, based on three-dimensional schemes, but with certain simplifications able to significantly reduce the calculation time without excessively affecting the accuracy. Such solutions have become standard in commercial codes and have been successfully applied to silencers with perforated tubes and absorbing material, both in the linear acoustic regime and in real engine conditions, typically non-linear. The objective of this thesis is the development a new quasi-3D numerical method in a staggered-grid, based on the simplification of the momentum equation, to be included in an existing one-dimensional code. Such method however, is not hassle free. In particular, it is affected by the appearance of non-physical oscillations, specially near significant pressure gradients. From the literature review it is determined that this behaviour is typical among second-order schemes and it can be aggravated by the simplifications adopted. After researching the possible solutions to face this problem, three different flux limiters are developed, based on the MDT, FCT and TVD methodologies. In the case of the two latter methods, its effectiveness is well established for finite differences schemes, thus defining a clear improving line for quasi-3D models. Once the numerical method is defined and its stability assured, proper boundary conditions that allow its use must be developed. With this objective, a pressure pulse inlet and an anechoic termination boundary condition are developed, which allow the simulation of an impulse test rig. It should not be forgotten, however, that the ultimate objective is the connection with a one-dimensional code, therefore the compatibility of the quasi-3D numerical method created with the existing one-dimensional methods has to be tested, showing some preliminary results. Eventually, with a fully operative method, the validation process for the applications which it has been mainly developed for, takes place, namely, mufflers and duct junctions modelling. In the case of mufflers, increasingly complex devices are modelled, from constant section geometries to real geometry systems. The results obtained are validated with both linear and non-linear tools. In the case of duct junctions, the main objective is to establish the potential of the new numerical method against the traditional one-dimensional schemes, consequently, results from both approaches are compared to experimental measures, obtaining promising results. / El modelatge s'ha convertit en els últims anys en una eina essencial en el disseny de motors de combustió interna alternatius, ja que permet reduir considerablement el temps i els costos de desenvolupament. Les metodologies de disseny clàssiques es basen en la fabricació de prototips i la realització de proves d'assaig i error. Actualment, la majoria d'aquestes proves han sigut substituïdes per càlculs numèrics, de manera que només les opcions de disseny més prometedores es proven en realitat en banc motor. Durant anys, els codis unidimensionals de dinàmica de gasos en el domini del temps han sigut suficients per a modelar tant les prestacions i el consum del motor com el soroll d'admissió i escapament. No obstant això, per a un nivell més exigent de disseny, una representació 1D pot no ser prou per a descriure amb precisió el flux en certs elements. Açò és especialment important en el cas de silenciadors, on la hipòtesi unidimensional només es pot aplicar a geometries simples. En el cas de les unions de conductes és l'existència d'estructures tridimensionals de flux complexes el que establix el límit de l'aplicabilitat d'una descripció simple zero-dimensional. En vista d'estes limitacions, la primera opció seria típicament l'ús d'un model de dinàmica de fluids computacional (CFD); no obstant això, l'aplicació comporta un temps de càlcul excessiu. Una possible solució de compromís ve donada pels models quasi-3D, basats en esquemes tridimensionals, però amb certes simplificacions capaços de reduir significativament el temps de càlcul sense afectar excessivament la precisió. Tals solucions s'han convertit en estàndard en codis comercials i s'han aplicat amb èxit als silenciadors, tant per a excitacions acústiques en el règim lineal com en condicions reals de motor, típicament no lineals. Aquesta tesi té com a objectiu el desenvolupament d'un nou mètode numèric quasi-3D en una malla escalonada, basat en la simplificació de l'equació de la quantitat de moviment, per a ser inclòs en un codi unidimensional existent. Tal mètode, però, no està lliure d'inconvenients. En particular, es veu afectat per l'aparició d'oscil·lacions no físiques, especialment en gradients de pressió significatius. De la revisió bibliogràfica es determina que aquest comportament és típic en esquemes de segon ordre i es pot veure accentuat per les simplificacions adoptades. Després d'estudiar les possibles solucions aplicables a aquest problema, es desenvolupen tres limitadors de flux diferents, basats en les metodologies MDT, FCT i TVD. En el cas dels dos últims mètodes, la seua efectivitat està ben establida per als esquemes de diferències finites, la qual cosa definix una clara via de millora per als models quasi-3D. Una vegada definit el mètode numèric i assegurada la seua estabilitat, és necessari desenvolupar les condicions de contorn adequades que permeten la seua utilització. Amb aquest objectiu, es desenvolupen les condicions de pols de pressió d'entrada i d'extrem anecoic, els quals permeten simular un banc d'impuls. No cal oblidar que l'objectiu final és la connexió amb un codi unidimensional, per la qual cosa cal comprovar que el mètode numèric cuasi-3D creat és compatible amb els unidimensionals existents, mostrant alguns resultats preliminars. Finalment, es procedix a la seua validació en les aplicacions per a les que ha sigut dissenyat principalment, les quals són, modelatge de silenciadors i unions de conductes. Per al cas dels silenciadors, es modelen dispositius de complexitat creixent, passant per geometries de secció constant fins a sistemes amb geometries reals. Els resultats obtinguts es validen amb altres eines tant lineals com no lineals. En el cas de les unions de conductes, l'objectiu principal és el d'establir el potencial del nou mètode numèric front als unidimensionals tradicionals, per la qual cosa els resultats d'ambdós es comparen amb dades experim / Hernández Marco, M. (2018). A non-linear quasi-3D model for air management modelling in engines [Tesis doctoral no publicada]. Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/103683 / TESIS

This Master’s thesis focuses on the design of vertical heat recovery steam generators. This work focuses on three main objectives. The first objective is to describe the heat recovery steam generators, there basic principle and construction. The second focal objective is thermal calculation, design of heat tranfer surfaces and choice of materials. The third objective was to calculate the boiler loss, hydraulic calculation and subsequent design of the drum dimensions.