Estratégia de corrida é forma pela qual os corredores distribuem a velocidade durante uma competição. Objetivando otimizar a utilização dos recursos energéticos, bem como melhorar o desempenho geral na prova, durante uma corrida de 5 km os atletas comumente adotam uma estratégia caracterizada por um início em alta velocidade, seguido por um trecho intermediário em velocidade inferior, e finalmente os atletas aumentam a velocidade quando se aproximam dos 400 m finais da prova. Sabe-se que o treinamento intervalado de alta intensidade (TIAI) realizado ao longo de 3 a 6 semanas é capaz de promover melhoras significativas nas variáveis fisiológicas determinantes do desempenho aeróbio, tais como VO2max, EC, VP, e OBLA. Uma vez que os atletas monitoram a PSE baseado em sinais internos (fisiológicos) e externos (ambiente), e desta forma alteram a velocidade para evitarem o término prematuro do exercício, acredita-se que melhoras em tais variáveis fisiológicas possam permitir que os corredores modifiquem a estratégia de corrida. Portanto, o principal objetivo do presente estudo foi analisar a influência de quatro semanas de TIAI sobre a PSE e também sobre a estratégia de corrida adotada por corredores durante um teste contra-relógio de 5 km (T5). Vinte sujeitos, homens, corredores recreacionais de longa distância foram distribuídos de forma contrabalançada em grupo controle (CON, n = 10; 33,5 ± 6,2 anos) e grupo treinamento intervalado (TINT, n = 10; 32,9 ± 8,6 anos). TINT realizou uma sessão de TIAI duas vezes por semana, enquanto que CON manteve seu programa regular de treinamento. Antes e após o período de intervenção, os corredores realizaram: 1) um teste incremental até exaustão para se obter o início do acúmulo de lactato sanguíneo (OBLA), o consumo máximo de oxigênio (VO2max), e a velocidade pico em esteira (VP); 2) um teste submáximo de carga constante para se medir a economia de corrida (EC); 3) e um teste contra-relógio de 5 km (T5) em pista para se estabelecer a estratégia de corrida. O programa de TIAI produziu uma melhora relevante no VO2max (effect size = 0,219), OBLA (effect size = 0,489), EC (effect size = -0,593), e VP (effect size = 0,622). Não foram detectadas alterações significativas na estratégia de corrida, TT5, VT5 e PSET5 durante o T5, comparando ambas as condições (pré e pós-treinamento) ou entre os grupos (TINT e CON; P > 0,05). Esses achados sugerem que melhoras nas variáveis fisiológicas induzidas por um programa de quatro semanas de TIAI não são acompanhadas por alterações similares na PSE e na estratégia de corrida durante um teste contra-relógio de 5 km / Pacing strategy has been defined as the manner by which the runners distribute their speed during a competition. In order to optimize the use of the energetic resources, as well as improve the general race performance, during a 5-km running race, athletes usually adopt a pacing strategy characterized by a fast start (400 m), followed by a period of slower speed during the middle (400 4600 m), and a significant increase in running speed during the last part of the race (400 m). It is well recognized that high-intensity interval training (HIIT) performed along 3 to 6 weeks is able to promote significant improvements in physiological variables determinants of endurance performance, such as VO2max, RE, PTS, and OBLA. Since athletes monitor their RPE based on the internal (physiological) and external (environment) signals, and change their running speed in order to prevent a premature exercise termination, its believed that improvements in such physiological variables could enable athletes to modify the pacing strategy. Thus, the main purpose of this study was to analyze the influence of 4 weeks of high-intensity interval training (HIIT) on the rating of perceived exertion (RPE) and the pacing strategy adopted by runners during a 5-km running time-trial (T5). Twenty male, recreational long-distance runners were randomly assigned into control group (CG, n = 10) or high-intensity interval-training group (HIITG, n = 10). The HIITG performed a high-intensity interval-training session twice per week, while CG maintained its regular training program. Before and after the training period, the runners performed the following tests: 1) an incremental exercise test to exhaustion to measure the onset of blood lactate accumulation (OBLA), maximal oxygen uptake (VO2max), and peak treadmill speed (PTS); 2) a submaximal speed-constant test to measure the running economy (RE); 3) a 5-km running time-trial on an outdoor track to establish pacing strategy. HIIT program produced a relevant improvement on the VO2max (effect size = 0.219), OBLA (effect size = 0.489), RE (effect size = -0.593), and PTS (effect size = 0.622). There were no significant differences on pacing strategy, TT5, ST5 and RPE response during the 5-km running time-trial between both conditions (pre- and post-training) or between groups (HIITG and CG; P > 0.05). These findings suggest that improvements on the physiological variables induced by a 4-week HIIT program are not accompanied by similar modifications on the RPE and running pacing strategy during a 5-km running time-trial

Esta Dissertação de Mestrado apresenta um estudo experimental sobre os efeitos de interferência das vibrações induzidas pelo escoamento ao redor de cilindros rígidos livres para oscilar transversalmente ao escoamento fluido. Primeiramente, justifica a necessidade de pesquisas experimentais dentro do contexto prático da engenharia offshore, que motiva este trabalho. Apresenta uma revisão bibliográfica sobre escoamentos ao redor de corpos rombudos seguida de uma síntese sobre vibrações induzidas pelo escoamento. Destacam-se as oscilações causadas por VIV – Vibrações Induzidas por Vórtices e “galloping" como os fenômenos até o momento atribuídos às excitações de um cilindro isolado e um par de cilindros alinhados com o escoamento. Apresenta a metodologia experimental empregada, descrevendo a aplicação de bases elásticas fletoras com um grau de liberdade. Introduz as técnicas experimentais e de tratamento de sinais utilizadas e faz rápidas considerações sobre a realização de ensaios nos dois canais de água circulante onde os experimentos foram conduzidos. Os resultados apresentados, discutidos e comparados envolvem: medições da resposta dinâmica em amplitude e freqüência dominante de oscilação; medição instantânea do ângulo de fase entre a força fluida e o deslocamento do cilindro e do ângulo de fase entre as oscilações de dois cilindros; e medições da dinâmica da esteira com PIV. Os arranjos de cilindros estudados são: cilindro isolado; par alinhado com cilindro à montante oscilando; par alinhado com cilindro à jusante oscilando; e par alinhado com ambos os cilindro oscilando. Todas as configurações analisadas em detalhes possuem baixo parâmetro de massa e baixíssimo parâmetro de amortecimento . Os espaçamentos entre os centros dos cilindros alinhados variam entre . A faixa de velocidade reduzida analisada está entre. Um cilindro isolado apresentou resposta típica de VIV com os três ramos de resposta (inicial, superior e inferior) identificados. O fenômeno de intermitência do ângulo de fase instantâneo foi verificado nas regiões de transição. Os modos 2S e 2P de emissão de vórtices foram identificados com PIV. Estes dados mostraram boa concordância com outros experimentos da literatura e serviram de referência para as demais comparações deste texto. A resposta de um cilindro oscilando à montante de outro fixo também apresentou comportamento típico de VIV. Conclui-se que o primeiro cilindro não sofre efeito de interferência do cilindro à jusante para os espaçamento e velocidades analisados. Os principais efeitos de interferência ocorrem para um cilindro oscilando à jusante de outro fixo. Este arranjo, foco deste estudo, não apresenta resposta típica de VIV, uma vez que a amplitude apresenta um ramo crescente após a faixa típica de sincronização. Também não apresenta resposta típica de excitação pura por galloping, já que a força fluida não está em fase com a velocidade do cilindro. Assim, denomina-se um novo fenômeno responsável por estas excitações que combina: captura da freqüência de emissão e faixa de sincronização de VIV; e amplitude assintoticamente crescente típica da resposta de galloping. Trata-se das WIV – Vibrações por Interferência da Esteira. Quando ambos os cilindros estão livres para oscilar, o cilindro à montante continua apresentando resposta típica de VIV, enquanto o segundo cilindro responde com ramos descontínuos também excitados por WIV. Por fim, conclui-se que não é conveniente chamar de “excitações por galloping" os ramos crescentes nas configurações de interferência. Entende-se que esta resposta esteja sendo excitada pelos efeitos de interferência das esteiras formada entre os cilindros e desprendida no cilindro à jusante. Sugere-se que a nomenclatura Vibrações por Interferência da Esteira seja mais adequada à natureza dos fenômenos. As visualizações de PIV foram importantes para a verificação da redução do comprimento de formação de vórtices com o aumento do número de Reynolds, mostrando a necessidade de experimentos de interferência com Reynolds constante. Encerra-se o texto apresentando propostas para trabalhos futuros que continuem nesta linha de pesquisa. / This MSc Thesis presents an experimental study on flow-induced vibrations and interference effects around rigid circular cylinders free to oscillate transversally to the flow. Firstly, it justifies the real needs of an experimental approach within the context of offshore engineering, which motivates this project. After that, presents a review over bluff-bodies flows followed by some consideration concerning flow-induced vibrations. Special attention is found over the oscillations caused by VIV – Vortex-Induced Vibrations and galloping phenomena, which are attributed to excite either a single isolated cylinder or a pair of tandem interfering cylinders. The experimental methodology is shown, describing the applications of elastic bases with one degree of freedom. Experimental techniques and signal analysis procedures are discussed considering the executions of these experiments in two water channel facilities. Presented, discussed and compared results involve: dynamic responses in amplitude and dominant oscillation frequency; instantaneous phase angle between fluid forces and cylinder displacement and phase angle betweens the two cylinders oscillations; and wake dynamics measurements and visualizations employing PIV technique. Cylinders are arranged as follow: single isolated cylinder; tandem pair with upstream one free to oscillate; tandem pair with downstream one free to oscillate; tandem pair with both cylinders free to oscillate. All carefully analyzed arrangements present low-mass parameter and very low damping . Gaps between cylinder centers vary through . Reduced velocity range is comprised in. The isolated cylinder case presented a typical VIV response, with three identified branches (initial, upper and lower). The instantaneous phase angle intermittency phenomenon was observed in transition regions. The 2S and 2P vortex modes were verified by PIV technique. These data showed to be in accordance to other literature measurements and are employed as reference results for comparisons throughout this text. The dynamic response of a cylinder oscillating upstream a fixed one showed a typical VIV behavior. From this can be concluded that the downstream cylinder does not imply any interference phenomenon for analyzed gaps and velocities. On the other hand, major interference effects occur when a downstream cylinder is oscillating in the wake of another fixed one. This configuration, which is the focus of this study, does not show a typical VIV response, since amplitude curves present a crescent branch after the typical synchronization regime. It does not either present a typical galloping excitation response, since the fluid forces are not in phase with the cylinder velocity. Thus, a new suggested name, WIV – Wake-Interference Vibrations, describes the phenomenon responsible for these excitations, which combines: lock-in of shedding frequency from VIV; and asymptotically crescent response from galloping-like excitations. When both cylinders are free to oscillate, the upstream one presents the typical VIV response, while the downstream one passes through three branches with discontinuities, excited by WIV. Finally, it can be concluded that is not convenient to call “galloping excitation" these crescent branches for interference arrangements. It can be understood that the dynamic response is being excited by the interference effects from upstream wake and downstream cylinder vortices. The nomenclature Wake-Interference Vibrations is suggested to be more adequate to the nature of this phenomenon. In addition, PIV visualizations showed to be very important to certify that the formation length decreases while increasing Reynolds number, requiring interference experiments with constant Reynolds numbers. To conclude, some suggestions for future work in this research field are presented.

Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / The present work is dedicated to perform the mathematical modeling and DNS and LES simulations of a three-dimensional, temporally evolving incompressible plane wake are performed, seeking to evidence differences in stability, transition and onset of both coherent and small scale structures, when the flow is subjected to random perturbations of different amplitudes. The perturbations are generated using the Random-Flow-Generator (RFG) technique, being imposed to the flow as initial conditions. The Navier-Stokes equations are solved in a prismatic domain, with periodic boundary conditions in all directions, using Fourier pseudospectral method. The invariants of the velocity gradient tensor, Q and R, are analyzed for random perturbations with magnitudes 10−3, 10−4 and 10−5, showing the onset of their characteristic teardrop correlation map. Moreover, maps of the second and third invariants of the rate-of-strain tensor, QS and RS, are shown, in order to evidence the differences in local flow strain and topological characteristics of the dissipation of kinetic energy. Isosurface plots of Q and QW, as well as vorticity contours are shown, allowing visual identification of the coherent structures and confirming patterns predicted by the invariant maps. / O presente trabalho se dedica a modelagem matemática e a simulações numéricas DNS e LES de uma esteira tridimensional, incompressível, em desenvolvimento temporal, buscando evidenciar diferenças na estabilidade, transição e no desenvolvimento de estruturas coerentes e de pequena escala, quando o escoamento é submetido a perturbações randômicas de diferentes amplitudes. As perturbações são geradas utilizando-se a técnica Random Flow Generator (RFG), sendo sobrepostas à condição inicial do escoamento. As equações de Navier-Stokes são resolvidas em um domínio prismático, com condições de contorno periódicas em todas as direções, utilizando-se o método pseudoespectral de Fourier. Os invariantes do tensor gradiente de velocidade, Q e R, são analisados para perturbações de magnitude 10−3, 10−4 and 10−5, mostrando a formação de uma correlação no formato de gota, característica da resolução das equações de Navier-Stokes. Além disso, são apresentados mapas do segundo e terceiro invariante do tensor taxa de deformação, QS e RS, a fim de evidenciar as diferenças locais no escoamento e as características topológicas na taxa de dissipação de energia cinética. Isosuperfícies de Q e QW, bem como contornos de vorticidade são apresentados, possibilitando a identificação visual das estruturas coerentes, e confirmando os padrões de estruturas previstos pelos mapas de invariância. / Mestre em Engenharia Mecânica

Made available in DSpace on 2016-06-02T19:02:40Z (GMT). No. of bitstreams: 1 3747.pdf: 6525981 bytes, checksum: 7091d3e5dff2ebc0abdf60c75dabc78a (MD5) Previous issue date: 2011-06-29 / Financiadora de Estudos e Projetos / The objective of this study was to investigate the effects of infrared-LED illumination associated with treadmill training. Forty five postmenopausal women (50-60 years old) participated in this study. They were randomly separated into 3 groups: (i) the LED group, with phototherapy during the treadmill training; (ii) the exercise group, carried out only treadmill training and (iii) the sedentary group, with neither phototherapy nor physical exercise. The treadmill training consisted of walking twice a week for 45 min at intensities between 85% to 90% maximal heart rate during 1 year. The irradiation parameters were 100mW, 40 mW/cm2, 108 J/cm2 and the treatment time of 45 min. The treatment was evaluated through maximal effort testing using treadmill, isokinetic dynamometry, anthropometry, body composition, blood exams, quality of life, bone mineral density, thermography, photographic documentation and nutritional aspects. The two-way ANOVA and one-way ANOVA with Bonferroni adjustments were used for the statistical analysis. The significance level was set at p<0.05. The most important results for the LED group were: improving the maximal exercise tolerance (&#916;Tlim=432±180seg, p=0.001 e; &#916;METs=4.2±1, p=0.01), increasing the muscle power (&#916;=21±6W, p=0.04) and reducing fatigue (&#916;=-7±4%, p=0.006). There were no significant differences in the body composition (p&#8805;0.05), but a qualitative difference of the skin was seen concerning the treatment of cellulite. There were reducted cholesterol levels (&#916;total cholesterol=-42±23 mg/dl, p=0.0003 and &#916;LDL=-35±20 mg/dl, p=0.001), as well as an increase of the quality of life (from 82±17 to 89±17, p=0.04). There were no significant differences noted concerning the bone mass loss (p&#8805;0.05). The cutaneous temperature increased during the exercise with the LEDs (from 33.5±0.8°C to 34.6±0.9°C, p=0.03). The results showed that the LED-illumination (850nm) improved physical performance and showed clinical benefits for the group of women investigated. Phototherapy associated with treadmill training can therefore be potentially used for sports, rehabilitation and aesthetics protocols to achieve certain positive results. / O objetivo deste estudo foi investigar os efeitos da iluminação-LED infravermelha durante o treinamento em esteira ergométrica. Participaram deste estudo 45 mulheres na pós-menopausa com idade entre 50-60 anos que foram separadas aleatoriamente em 3 grupos: (i) grupo LED, que realizou o treinamento na esteira ergométrica com fototerapia; (ii) grupo exercício, que realizou apenas o treinamento em esteira ergométrica e; (iii) grupo sedentário, que não realizou exercício físico e nem fototerapia. O treinamento foi realizado 2 vezes por semana durante 45 minutos em intensidade entre 85-90% da frequência cardíaca máxima durante 1 ano. Os parâmetros de irradiação foram 100 mW, 40 mW/cm2, tempo de tratamento de 45 minutos e 108 J/cm2 de fluência. O tratamento foi avaliado através de teste de esforço máximo em esteira ergométrica, dinamometria isocinética, antropometria, composição corporal, exames bioquímicos, qualidade de vida, densidade mineral óssea, termografia, documentação fotográfica e aspectos nutricionais. Para análise estatística foram utilizados ANOVA two-way e ANOVA one-way com ajustamentos de Bonferroni. O nível de significância foi p<0.05. Os principais resultados para o grupo LED foram: maior tolerância ao exercício máximo (&#916;Tlim=432±180seg, p=0.001 e; &#916;METs=4.2±1, p=0.01), maior potência muscular (&#916;=21±6W, p=0.04) e reduzida fadiga (&#916;=-7±4%, p=0.006). Não foram constatadas diferenças significativas na composição corporal (p&#8805;0.05), mas diferenças qualitativas na pele com redução de celulites. Houve também, a redução dos níveis de colesterol (&#916;colesterol total=- 42±23 mg/dl, p=0.0003 e &#916;LDL=-35±20 mg/dl, p=0.001), bem como, aumento da qualidade de vida (de 82±17 para 89±17, p=0.04). Não foi constatada redução significativa da massa óssea (p&#8805;0.05). Ainda, a temperatura cutânea aumentou durante o exercício com LEDs (de 33.5±0.8°C para 34.6±0.9°C, p=0.03). Os resultados mostraram que a iluminação-LED (850nm) pode potencializar o desempenho físico e os benefícios clínicos no grupo de mulheres investigado. Neste contexto, a fototerapia associada ao treinamento em esteira ergométrica pode ser potencialmente usada em protocolos de esporte, reabilitação e estética.

Made available in DSpace on 2016-06-02T19:22:50Z (GMT). No. of bitstreams: 1 2189.pdf: 840243 bytes, checksum: df5c31ed96eff502c06d8ea77cffe86d (MD5) Previous issue date: 2008-06-27 / Financiadora de Estudos e Projetos / The inability to oxidize fat is a key factor in the etiology of obesity. However, improved performance and VO2max resulting from physical training leads to increased rates of oxidation of fats. Although, there is still a lack of information about the intensity of exercise can interfere with metabolism of carbohydrates and lipids in obese women during a session of exercise and its recovery, because only in an experimental study there is a negative relationship of obesity on the reinstatement of power after a year. Therefore, this study aims to assess the behavior of the metabolism of carbohydrates and lipids in moderately obese women on a test of acute exercise effects on the intensity of ventilatory threshold and the recovery period, in the stage of pre-and post-training physical. This study had the participation of seven women slightly obese (BMI=4.03 kg/m2), with an average age of 43.0 ± 4.0 years, 163 ± 0.2±33.59 cm and previously sedentary who were submitted to the ergospirometry acute test before and after 16 weeks of training in the intensity of ventilatory threshold. During the test respiratory quotient was evaluated to determine the fats and carbohydrates oxidation during exercise and recovery period. The results found that the volunteers used predominantly the energy that comes from carbohydrates during the session of exercise (67.64% and 69.35% of the total spent provided pre-and post-training, respectively). During recovery the percentage of the fats contribution increase of (46.52% of the total oxidized) to the total energy generated, which discreetly marked with training (53.48% of the total oxidized). Based on the findings was observed that the metabolism of carbohydrates provides the muscle contraction support during the exercise in the intensity of ventilatory threshold and that the recovery period lipid metabolism is the counterpart to repay the body stores energy in obese women. / A inabilidade de oxidar gorduras é um fator chave na etiologia da obesidade. No entanto, a melhoria de performance e do VO2max advinda do treinamento físico leva a um aumento das taxas de oxidação de gorduras. Porém, ainda faltam esclarecimentos sobre como a intensidade do exercício pode interferir no metabolismo de carboidratos e de lipídeos de mulheres obesas durante uma sessão de exercício e a sua recuperação, já que apenas em estudo experimental observa-se a relação negativa da obesidade sobre a reposição da energia após um exercício. Sendo assim, o objetivo do presente estudo é de verificar o comportamento do metabolismo de carboidratos e de lipídeos de mulheres moderadamente obesas sobre efeito de um teste agudo de exercício na intensidade do limiar ventilatório e o seu período de recuperação, na condição pré e pós-treinamento físico. Para tanto, o estudo contou com a participação de sete mulheres levemente obesas (IMC=33,59 ± 4,03 Kg/m2), com média de idade de 43,0 ± 4,0 anos, 163 ± 0,2 cm e previamente sedentárias que foram submetidas ao teste agudo de ergoespirometria, no inicio e após transcorridas 16 semanas de treinamento na intensidade do limiar ventilatório. Durante o teste foi avaliado o quociente respiratório para determinação da oxidação de gorduras e de carboidratos durante o exercício e o seu período de recuperação. Com base nos resultados obtidos verificou-se que as voluntárias utilizam predominantemente a energia que advém de carboidratos durante a sessão de exercício (67,64 % e 69,35 % do total oxidado na condição pré e pós-treinamento, respectivamente). Durante a recuperação as gorduras aumentam o percentual de contribuição (46,52 % do total oxidado) para o total de energia gerada, condição discretamente acentuada com o treinamento (53,48 % do total oxidado). Com base nos achados acredita-se que o metabolismo de carboidratos oferece suporte para a contração muscular durante o exercício físico na intensidade do limiar ventilatório e que no período de recuperação o metabolismo lipídico faz a contrapartida para reposição dos estoques de energia corporal em mulheres obesas.

Esta Dissertação de Mestrado apresenta um estudo experimental sobre os efeitos de interferência das vibrações induzidas pelo escoamento ao redor de cilindros rígidos livres para oscilar transversalmente ao escoamento fluido. Primeiramente, justifica a necessidade de pesquisas experimentais dentro do contexto prático da engenharia offshore, que motiva este trabalho. Apresenta uma revisão bibliográfica sobre escoamentos ao redor de corpos rombudos seguida de uma síntese sobre vibrações induzidas pelo escoamento. Destacam-se as oscilações causadas por VIV – Vibrações Induzidas por Vórtices e “galloping” como os fenômenos até o momento atribuídos às excitações de um cilindro isolado e um par de cilindros alinhados com o escoamento. Apresenta a metodologia experimental empregada, descrevendo a aplicação de bases elásticas fletoras com um grau de liberdade. Introduz as técnicas experimentais e de tratamento de sinais utilizadas e faz rápidas considerações sobre a realização de ensaios nos dois canais de água circulante onde os experimentos foram conduzidos. Os resultados apresentados, discutidos e comparados envolvem: medições da resposta dinâmica em amplitude e freqüência dominante de oscilação; medição instantânea do ângulo de fase entre a força fluida e o deslocamento do cilindro e do ângulo de fase entre as oscilações de dois cilindros; e medições da dinâmica da esteira com PIV. Os arranjos de cilindros estudados são: cilindro isolado; par alinhado com cilindro à montante oscilando; par alinhado com cilindro à jusante oscilando; e par alinhado com ambos os cilindro oscilando. Todas as configurações analisadas em detalhes possuem baixo parâmetro de massa e baixíssimo parâmetro de amortecimento . Os espaçamentos entre os centros dos cilindros alinhados variam entre . A faixa de velocidade reduzida analisada está entre. Um cilindro isolado apresentou resposta típica de VIV com os três ramos de resposta (inicial, superior e inferior) identificados. O fenômeno de intermitência do ângulo de fase instantâneo foi verificado nas regiões de transição. Os modos 2S e 2P de emissão de vórtices foram identificados com PIV. Estes dados mostraram boa concordância com outros experimentos da literatura e serviram de referência para as demais comparações deste texto. A resposta de um cilindro oscilando à montante de outro fixo também apresentou comportamento típico de VIV. Conclui-se que o primeiro cilindro não sofre efeito de interferência do cilindro à jusante para os espaçamento e velocidades analisados. Os principais efeitos de interferência ocorrem para um cilindro oscilando à jusante de outro fixo. Este arranjo, foco deste estudo, não apresenta resposta típica de VIV, uma vez que a amplitude apresenta um ramo crescente após a faixa típica de sincronização. Também não apresenta resposta típica de excitação pura por galloping, já que a força fluida não está em fase com a velocidade do cilindro. Assim, denomina-se um novo fenômeno responsável por estas excitações que combina: captura da freqüência de emissão e faixa de sincronização de VIV; e amplitude assintoticamente crescente típica da resposta de galloping. Trata-se das WIV – Vibrações por Interferência da Esteira. Quando ambos os cilindros estão livres para oscilar, o cilindro à montante continua apresentando resposta típica de VIV, enquanto o segundo cilindro responde com ramos descontínuos também excitados por WIV. Por fim, conclui-se que não é conveniente chamar de “excitações por galloping” os ramos crescentes nas configurações de interferência. Entende-se que esta resposta esteja sendo excitada pelos efeitos de interferência das esteiras formada entre os cilindros e desprendida no cilindro à jusante. Sugere-se que a nomenclatura Vibrações por Interferência da Esteira seja mais adequada à natureza dos fenômenos. As visualizações de PIV foram importantes para a verificação da redução do comprimento de formação de vórtices com o aumento do número de Reynolds, mostrando a necessidade de experimentos de interferência com Reynolds constante. Encerra-se o texto apresentando propostas para trabalhos futuros que continuem nesta linha de pesquisa. / This MSc Thesis presents an experimental study on flow-induced vibrations and interference effects around rigid circular cylinders free to oscillate transversally to the flow. Firstly, it justifies the real needs of an experimental approach within the context of offshore engineering, which motivates this project. After that, presents a review over bluff-bodies flows followed by some consideration concerning flow-induced vibrations. Special attention is found over the oscillations caused by VIV – Vortex-Induced Vibrations and galloping phenomena, which are attributed to excite either a single isolated cylinder or a pair of tandem interfering cylinders. The experimental methodology is shown, describing the applications of elastic bases with one degree of freedom. Experimental techniques and signal analysis procedures are discussed considering the executions of these experiments in two water channel facilities. Presented, discussed and compared results involve: dynamic responses in amplitude and dominant oscillation frequency; instantaneous phase angle between fluid forces and cylinder displacement and phase angle betweens the two cylinders oscillations; and wake dynamics measurements and visualizations employing PIV technique. Cylinders are arranged as follow: single isolated cylinder; tandem pair with upstream one free to oscillate; tandem pair with downstream one free to oscillate; tandem pair with both cylinders free to oscillate. All carefully analyzed arrangements present low-mass parameter and very low damping . Gaps between cylinder centers vary through . Reduced velocity range is comprised in. The isolated cylinder case presented a typical VIV response, with three identified branches (initial, upper and lower). The instantaneous phase angle intermittency phenomenon was observed in transition regions. The 2S and 2P vortex modes were verified by PIV technique. These data showed to be in accordance to other literature measurements and are employed as reference results for comparisons throughout this text. The dynamic response of a cylinder oscillating upstream a fixed one showed a typical VIV behavior. From this can be concluded that the downstream cylinder does not imply any interference phenomenon for analyzed gaps and velocities. On the other hand, major interference effects occur when a downstream cylinder is oscillating in the wake of another fixed one. This configuration, which is the focus of this study, does not show a typical VIV response, since amplitude curves present a crescent branch after the typical synchronization regime. It does not either present a typical galloping excitation response, since the fluid forces are not in phase with the cylinder velocity. Thus, a new suggested name, WIV – Wake-Interference Vibrations, describes the phenomenon responsible for these excitations, which combines: lock-in of shedding frequency from VIV; and asymptotically crescent response from galloping-like excitations. When both cylinders are free to oscillate, the upstream one presents the typical VIV response, while the downstream one passes through three branches with discontinuities, excited by WIV. Finally, it can be concluded that is not convenient to call “galloping excitation” these crescent branches for interference arrangements. It can be understood that the dynamic response is being excited by the interference effects from upstream wake and downstream cylinder vortices. The nomenclature Wake-Interference Vibrations is suggested to be more adequate to the nature of this phenomenon. In addition, PIV visualizations showed to be very important to certify that the formation length decreases while increasing Reynolds number, requiring interference experiments with constant Reynolds numbers. To conclude, some suggestions for future work in this research field are presented.

Esta tese apresenta o estudo da transição para um escoamento tridimensional da esteira de um cilindro oscilando. Esta é a transição secundária do escoamento ao redor de um cilindro, sendo a primária a própria esteira de von Kármán. A investigação é realizada na mesma faixa de número de Reynolds (Re) que ocorre a transição da esteira de um cilindro fixo: 200 Re 400. O estudo envolve simulações numéricas diretas bi- e tridimensionais do escoamento incompressível ao redor de um cilindro oscilando usando o método dos elementos espectrais. A transição também é analisada através do estudo de estabilidade linear do escoamento. O método de Gaston Floquet é adequado para a análise de estabilidade a perturbações tridimensionais devido à periodicidade característica da esteira de von Kármán. Além disto, o método é mais geral e não é aplicado somente a equações autônomas com soluções periódicas: ele também pode ser usado em análises cujo campo base é estacionário como a análise da transição primária da esteira de um cilindro. Mostra-se que a transição da esteira para tridimensionalidade é influenciada pela oscilação do cilindro. As oscilações podem atrasar a transição quando em amplitudes baixas e com escoamento a um número de Reynolds até 260. Em outros casos, a transição é similar à observada no escoamento ao redor um cilindro fixo. Além disso, quando há mudança de padrões de desprendimento de vórtices devido às oscilações, desencadeiam-se modos instáveis diferentes dos observados na esteira de um cilindro fixo. A comparação dos resultados da análise de estabilidade de Floquet com simulações numéricas diretas e experimentos publicados mostra na maioria dos casos que, apesar de ser uma análise de estabilidade linear, muitas características da análise persistem além do limiar de estabilidade. As situações com discrepâncias são identificadas nesta tese, como padrão de desprendimento diferentes em simulações bi- e tridimensionais na mesma situação. As causa das discrepâncias são estudadas através das simulações numéricas diretas e considerações sobre o sistema linearizado e a abrangência da análise de estabilidade. Em adição, mostra-se que há um limiar de amplitude de oscilação acima do qual a dinâmica da esteira, e portanto a transição secundária, é afetada. Abaixo deste limiar, retoma-se o comportamento do escoamento ao redor de um cilindro fixo. / This thesis presents the investigation of the transition to a three-dimensional flow in the wake of an oscillating circular cylinder. This is the secondary transition of the flow around a circular cylinder, while the primary transition leads to the von Kármán wake. The investigative work is performed in the Reynolds number (Re) range which occurs the secondary transition of the wake o a circular cylinder: 200 Re 400. The study consists of two- and three-dimensional direct numerical simulations of the incompressible flow around an oscillating circular cylinder by means of the spectral/hp method. The transition is also analyzed through linear stability study of the flow. The Gaston Floquet method is an appropriate method for this linear stability analysis to three-dimensional perturbations due to the typical periodicity of the von Kármán wake. Furthermore, the Floquet method is of a general kind and it is not specifically applied to autonomous equation with periodic solutions: it can be employed in analysis with a stationary base flow like the primary transition of the wake of a circular cylinder. The thesis shows that the transition to a three-dimensional wake is affected by the cylinder oscillation. The oscillations can delay the transition when they have low amplitudes and the flow has Reynolds number below 260. In other situations, the transition is similar to that observed in the flow of a fixed circular cylinder. In addition, when there is a change in the vortex shedding pattern due to the oscillatory motion, the observed unstable modes are different than those in a wake of a fixed circular cylinder. The comparison of the results from the Floquet stabilty analysis with the ones from direct numerical simulations and published experiments shows that in most cases, despite the linearization for the stability analysis, many features of the analysis persist beyond the instability threshold. The discrepant features observed are specified in this thesis, e.g. vortex shedding patterns different in two- and three-dimensional simulations with the same parameters. The cause of the discrepancies are studied through direct numerical simulations and careful considerations on the linearized system and the range of the stability analysis. In addition, this thesis shows that there is a threshold amplitude of oscillation for which the wake dynamics, therefore the secondary transition, is affected. Below this threshold, the wake behaves the same way as in the flow around a fixed circular cylinder.

[pt] À medida que o mundo enfrenta a urgente questão das mudanças climáticas, a energia eólica se destaca como uma fonte crítica de energia limpa. No entanto, realizar seu pleno potencial depende da otimização dos layouts de parques eólicos, especialmente à luz do complexo efeito de esteira. Esta dissertação adentra na Otimização de Layout de Parques Eólicos (WFLO, na sigla em inglês) usando o Modelo de Efeito de Esteira de Bastankhah. O escopo deste estudo vai além do design de layout; abrange a intrincada tarefa de mitigar o impacto do efeito de esteira, juntamente com a busca por uma estratégia de negociação com aversão ao risco e maximização de valor. Para contabilizar a aversão ao risco, uma combinação entre o Valor Esperado e os funcionais de medida de risco baseados no quantil esquerdo, a medida de Valor em Risco Condicional (CVaR). Para apoiar esta pesquisa, um pacote de código aberto OptimalLayout.jl foi desenvolvido. Este pacote co-otimiza o posicionamento das turbinas eólicas para mitigar o impacto do efeito de esteira e a estratégia de contratação de um agente/gerador avesso ao risco. Através de uma série de estudos de casos práticos em diversos ambientes dinâmicos, esta pesquisa ilustra a aplicabilidade do WFLO no mundo real. Estas investigações examinam detalhadamente a sua influência na produção de energia e na dinâmica das receitas, oferecendo informações valiosas sobre soluções energéticas sustentáveis. / [en] As the world confronts the pressing issue of climate change, wind power stands out as a critical source of clean energy. However, realizing its full potential relies on the optimization of wind farm layouts, particularly in light of the complex wake effect. This dissertation delves into Wind Farm Layout Optimization (WFLO) using the Bastankhah Wake Model. The scope of this study goes beyond layout design; it encompasses the intricate task of mitigating the wake effect s impact along with the seek for a risk-averse-value maximizing trading strategy. To account for risk-averseness, a combination between Expected Value and the left-side-quantile-based risk-measure functionals, the Conditional Value-at-Risk (CVaR) measure. To support this research, an opensource package OptimalLayout.jl was developed. This package co-optimizes the positioning of wind turbines to mitigate wake effect impact,and the contracting strategy of a Risk-Averse agent/generator. Through a series of practical case studies across diverse dynamic environments, this research illustrates the real-world applicability of WFLO. These investigations intricately examine its influence on power production and revenue dynamics, offering valuable insights into sustainable energy solutions.

Submitted by Johnny Rodrigues (johnnyrodrigues@ufcg.edu.br) on 2018-09-06T19:46:49Z No. of bitstreams: 1 PEDRO RONALDO HERCULANO DE HOLANDA - TESE PPGEP 2007..pdf: 24364278 bytes, checksum: bf312b5c491a2630da9f313927a3c187 (MD5) / Made available in DSpace on 2018-09-06T19:46:49Z (GMT). No. of bitstreams: 1 PEDRO RONALDO HERCULANO DE HOLANDA - TESE PPGEP 2007..pdf: 24364278 bytes, checksum: bf312b5c491a2630da9f313927a3c187 (MD5) Previous issue date: 2007-03-26 / A cultura do bicho-da-seda (Sericicultura), é uma atividade em fase de desenvolvimento no mundo inteiro, gerando emprego, renda agrícola e intercâmbio comercial. O casulo produzido pelo bicho-da-seda é constituído de casca, crisálida e espólio, sendo a casca constituída basicamente por sericina e fibroina. Devido ao alto teor de umidade (68 a 70%, em base úmida) e o curto ciclo de vida da crisálida (4 a 5 dias depois da colheita), é necessário que o casulo seja submetido ao processo de secagem, com a finalidade de ser armazenado com baixo teor de umidade (10 a 12% b.s), para posteriormente ser utilizado na Indústria de fiação, onde é transformado em produtos de alto valor comercial. Nesse sentido, esse trabalho tem como objetivo o projeto, a construção e a experimentação de um secador (tipo esteira com fluxos cruzados) e simulação da secagem de casulos do bicho-da-seda. São referenciados aspectos construtivos, funcionamento do secador e uma modelagem matemática para descrever as trocas de energia e massa entre o produto e o ar de secagem no interior do secador. As equações matemáticas foram resolvidas numericamente usando o método de volumes finitos. Resultados do desempenho de componentes do secador experimental e da secagem do casulo (simulada) são discutidos e analisados. Verificou-se que o teor de água do produto, no processo de secagem depende fortemente da temperatura, levemente da espessura da camada de casulos e praticamente independe da velocidade do ar de secagem. O secador desenvolvido tem as seguintes vantagens: versatilidade, baixo custo de construção, totalmente desmontável, boa mobilidade e esteiras controladas eletronicamente. / The culture of the silkworm (sériciculture) is an activity in development in all the world generating job, agricultural financial support and commercial exchange. Shell, chrysalis and booty constitute the cocoon produced by Bombix mori L. The shell is composed of fibroin and sericin. The cocoon has high initial moisture content (68 - 70% w. b.) and a the chrysalis has a low life cycle (4-5 days after harvested). Then, it needs to be submitted to the drying process and to be stored at low moisture content (10 - 12% d. b.) and after it needs to be marketed to produce silk yarns, which are used on the manufacturing of high cost products. In this sense, the goal of this work is to design, to make and to test a cross flow band conveyon dryer and to simulate silk worm cocoon drying. Building and working aspect of the dryer and mathematical modeling to describe heat and mans transfer between air and product inside the dryer are reported. The mathematical equation are solved numerically using the finite volume method. Results of the performance of the experimental dryer and cocoon drying (simulated) are presented and analyzed. From the results it was verified that during of the drying process, the moisture content of the cocoon depends strongly of the air temperature, slightly of the cocoon layer thinkness and it is almost affected by air flow rate. The following advantages of the dryer can be cited versatility, low costoff the building, many easy to pieces, good mobility and electronic control of the wire net.