Orientadores: Hugo Enrique Hernandez Figueroa, Marli de Freitas Gomes Hernandez / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Elétrica e de Computação / Made available in DSpace on 2018-08-24T04:59:07Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Ferreira_AdrianodaSilva_M.pdf: 3529460 bytes, checksum: 6c56923b440eba1f061eb8ad9e0f144f (MD5) Previous issue date: 2013 / Resumo: Este trabalho tem por objetivo desenvolver um ambiente computacional livre para o software MEEP (MIT Electromagnetic Equation Propagation), um simulador eletromagnético de código aberto baseado no método das Diferenças Finitas no Domínio do Tempo (Finite-Difference Time-Domain - FDTD). Este ambiente computacional foi implementado sob o paradigma de Programação Orientada à Objetos, através da linguagem de programação Java, e estruturado em Préprocessamento (configuração do cenário da simulação eletromagnética), Processamento (aplicação do FDTD no cenário configurado) e Pós-processamento (análise e visualização dos resultados da simulação), com o propósito de prover novas funcionalidades para o Préprocessamento e o Pós-processamento do MEEP. Através do VTK (Visualization Toolkit), um software de Visualização e Computação Gráfica Tridimensional, buscou-se implementar requisitos geométricos e gráficos ausentes no Pré-processamento do MEEP com o desenvolvimento de funcionalidades para leitura de arquivos gráficos e construção de modelos geométricos de cristais fotônicos pré-definidos, e com o desenvolvimento de mecanismos eficientes de geração, interação e visualização de objetos gráficos. Utilizou-se, do VTK, funcionalidades para leituras de arquivos STL (Standard Tessellation Language) e Wavefront OBJ, ambos fornecedores de geometrias, e implementou-se um importador de arquivos CAD (Computer-Aided Design), de formato DXF (Drawing Exchange Format), que fornece dados de geometrias e de materiais. O objetivo é prover uma interface gráfica de usuário para possibilitar e facilitar, através da inserção automática e visualização de objetos gráficos, a configuração de cenários mais elaborados nas simulações eletromagnéticas, em oposição ao mecanismo de scripting em linguagens de programação específicas disponíveis nas versões atuais do MEEP. Após executar o estágio de Processamento, o MEEP gera dois arquivos de saída, ambos em formato HDF5, que representam a geometria discretizada e o resultado dos cálculos da simulação. Softwares como MATLAB®, HDFView ou H5utils (ferramenta livre desenvolvida pelo próprio grupo do MEEP) podem manipular arquivos HDF5. Entretanto, essas ferramentas carecem de funcionalidades que permitem análises mais elaboradas e detalhadas em Pós-processamento, oferecendo mecanismos muito simples e limitados para a realização de cortes em geometrias e animação de simulações. Neste sentido, objetiva-se, com este ambiente computacional, contribuir com um Pós-processamento capaz de realizar cortes através de planos posicionados, arbitrariamente, em geometrias tridimensionais simuladas e gerar animações bidimensionais de propagação de ondas eletromagnéticas em simulações bidimensionais e tridimensionais, tomando, como base, os softwares H5utils e VTK / Abstract: This work aims the development of a free computational environment for the software MEEP (MIT Electromagnetic Equation Propagation), an open-source electromagnetic simulator based on Finite-Difference Time-Domain (FDTD) method. This computational environment has been implemented under the Object Oriented Programming paradigm using Java programming language, and it is structured in Preprocessing (configuration of electromagnetic simulation scenario), Processing (execution of the FDTD on defined scenario) and Post-processing (analysis and visualization of simulation results), with the purpose of providing new functionalities of Pre-processing and Postprocessing for the MEEP. Through the VTK (Visualization Toolkit), a 3D Visualization and Computer Graphics software system, we have implemented geometrical and graphical requirements missing in MEEP's Pre-processing with the development of features for reading graphics files and for building of geometrical pre-defined photonic crystals models, and with the development of efficient mechanisms for generation, interaction and displaying of graphics objects. We used VTK features for reading STL (Standard Tessellation Language) and Wavefront OBJ files, both suppliers of geometries, and we implemented a CAD file importer (Computer-Aided Design), based on DXF format (Drawing Exchange Format), which provides geometrical and material data. The goal is to provide a graphical user interface to enable and facilitate, through automatic insertion and visualization of graphical objects, the configuration of more elaborate scenarios in electromagnetic simulations, as opposed to the scripting engine in specific programming languages available in the current versions of MEEP. After executing the Processing stage, MEEP generates two output files, both in HDF5 format, which represent the discretized geometry and the calculation result of the simulation. Softwares such as MATLAB®, HDFView or H5utils (free tool developed by the MEEP's group) can manipulate HDF5 files. However, these tools lack features that allow more elaborate and detailed analysis in Post-processing, offering very simple and x limited mechanisms for making cuts in geometries and animation simulations. In this sense, the objective is, with this computing environment, to contribute with a Post-processing system able to perform cuts through arbitrary plans in three-dimensional simulated geometries and to generate two-dimensional animations of propagation of electromagnetic waves in two and three-dimensional simulations, based on H5utils and VTK softwares / Mestrado / Telecomunicações e Telemática / Mestre em Engenharia Elétrica

Orientadores: Fernando Eduardo Torres Orihuela, Herivelto Martins Borges Filho / Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Instituto de Matemática, Estatística e Computação Científica / Made available in DSpace on 2018-08-19T05:54:38Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Ribeiro_BeatrizCasularidaMotta_D.pdf: 51476410 bytes, checksum: 46cb0c7a6206a5f0683b23a73ff3938e (MD5) Previous issue date: 2011 / Resumo: Obtemos novos arcos completos associados ao conjunto de pontos racionais de uma certa generalização da curva Hermitiana que é Frobenius não-clássica. A construção está relacionada ao cálculo do número de pontos racionais de uma classe de curvas de Artin-Schreier / Abstract: We obtain new complete arcs arising from the set of rational points of a certain generalization of the Hermitian plane curve which is Frobenius non-classical. Our construction is related to the computation of the number of rational points of a class of Artin-Schreier curves / Doutorado / Matematica / Doutor em Matemática

Orientador: João Frederico da Costa Azevedo Meyer / Dissertação (mestrado profissional) - Universidade Estadual de Campinas, Instituto de Matemática, Estatística e Computação Científica / Made available in DSpace on 2018-08-19T09:35:38Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Prestes_ManoelFernandoBiagioni_M.pdf: 6775504 bytes, checksum: 58bb4307baf12ee09b0deeae72c3c8c9 (MD5) Previous issue date: 2011 / Resumo Este estudo visa descrever a evolução de material impactante na Lagoa do Taquaral, tendo sido inclusive apresentada inicialmente, uma descrição desse meio aquático, enfatizando-se os aspectos histórico, climático e geomorfológico nesta contextualização. Para a modelagem do fenômeno evolutivo utilizou-se a equação diferencial parcial clássica de Difusão-Advecção, tradicionalmente empregada na modelagem de fenômenos deste gênero. A discretização espacial do modelo caracteriza-se pelo uso do Método das Diferenças Finitas, sendo que a discretização temporal foi obtida através do Método de Crank-Nicolson. Quanto aos resultados numérico-computacionais obtidos, podemos destacar as três situações-cenário consideradas, conforme a direção predominante dos ventos adotada, com vistas a estabelecer adequados mecanismos de monitoramento, da dispersão de material impactante no meio aquático. Outrossim buscamos, neste trabalho, ferramentas capazes de propiciar estratégias a serem adotadas em políticas de prevenção e contingência, para os problemas gerados pela intervenção antrópica na micro-região em estudo. Ensejamos, ainda, estimular o poder público quanto instituição, a promover um planejamento e manuseio mais adequado do acervo ambiental / Abstract: This work has the purpose of describing the evolutionary behavior of a pollutant in a certain domain, and we have adopted the Taquaral lake as the objective example, which we initially describe in its historic, climatic and geomorphological aspects. In order to mathematically model this situation, we used a classical diffusive-advective partial differential equation. The spatial discretization is undertaken with the use of Second order central Finite Differences, while the discretization in time is done with the Crank-Nicolson Method. Three scenarios were considered, according to predominant wind directions, adopted for the numerical essays. The purpose of this was to create effective computational tools for monitoring pollutant spills and discharges in the aquatic medium. In other words, this work also intends to make available a numerical (and mathematical, as well as computational) tool for evaluating preventive and contingency policies for those polluting problems created by anthropic urban activities, besides stimulating a more precise environmental planning in this kind of situation / Mestrado / Matemática Universitária / Mestre em Matemática Universitária

Orientadores: Martin Tygel, Rodrigo de Souza Portugal / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Mecanica / Made available in DSpace on 2018-08-03T20:40:40Z (GMT). No. of bitstreams: 1 CalleOchoa_AndresEduardo_M.pdf: 5418722 bytes, checksum: d570c726fc5841a6556ad52fca983209 (MD5) Previous issue date: 2003 / Resumo: o modelamento desempenha importante papel nos estudos de processamento e inversão de dados sísmicos. Muitos problemas complicados podem ser melhor atacados e entendidos quando os fenômenos de propagação de ondas envolvidos podem ser modelados, pelo menos em modelos geológicos mais simples. Tendo em vista ser o modelamento sísmico uma área de vasta aplicação e interesse, um grande número de pacotes computacionais existem capazes de oferecer sofisti-cadas capacitações para propósitos de modelagem. Esses pacotes são sujeitos entretanto, a severas limitações em sua utilização, não só devido aos seus altos custos, quanto também à inacessibi-lidade de seus códigos fonte. Por outro lado, as alternativas que existem, na forma de pacotes de uso livre, não representam substituição satisfatória. Isto porque os pacotes de modelamento disponíveis, geralmente desenvolvidos em ambientes científico-acadêmicos, não são suficiente-mente amigáveis e flexíveis, por exemplo na especificação de parâmetros de entrada, disposição gráfica de resultados, etc. o objetivo desta dissertação é investigar os principais problemas associados à construção de uma interface gráfica capaz de suportar uma variedade de programas de modelamento existentes e disponíveis como programas livres. Como resultado dessas investigações, é apresentada neste tra-balho a interface gráfica chamada InterSis. A interface InterSis foi construída de modo a aceitar, de forma simples e unificada, programas de modelamento destinados à propagação de ondas em meios 2D e 2.5D.InterSis foi desenvolvida utilizando os pacotes de domínio público GTK + (Graphical Tool/dt) e SU (Seismic Una). No seu presente estágio, InterSis é capaz de atuar como efetiva plataforma para os programas: (a) Seis88, um programa bem estabelecido de traçado de raios em mode-los elásticos e isotrópicos, desenvolvido por V. Cerveny e I. Psencík e (b) fd2d um programa de diferenças finitas para a equação de onda acústica, desenvolvido por 1. Costa. Como uma pro-priedade de particular interesse, InterSis utiliza a informação fomecida pelo programa Seis88 para computar os parâmetros do chamado método CRS (do Inglês Common-Reflection-Suiface). Desta forma, a interface proposta pode ser de valia nos estudos de imageamento e inversão que utilizam o método CRS. Vale notar que, devido à sua estrutura de caráter geral, InterSis pode ser bem adaptada a outros programas de modelamento / Abstract: Modelling plays an important role in seismie data processing and inversion. Several compli-cated problems can be better addressed and understood, when the wave propagation involved ean be modelled, at least in simple versions ofthe geological model. As a wide topie of application and interest, a number of commercial softwares exist that offer sophisticated capabilities for modelling purposes. These packages are subjected to a number of limitations on their use, not only of costs, but also because their source codes are not accessible. On the other hand, the few ahematives existo in the form of open packages do not represent an easy replacement. The available modelling codes, mainly developed within academie-scientific environments, are not friendly and flexible enough, e.g., in the specification of input parameters and display of resu1ts. The aim of this work is to investigate the main problems connected with the construction of a graphica1 interface that would be an useful support to a number of modelling programs available as open codes. As a result of the investigations, a graphical interface, ca1led InterSis, has been developed. InterSis ean accept and handle, in a simple and unified way,softwares that involves seismic modelling in 2D and 2.5D media. InterSis was developed using the public-domain softwares GTK + (Graphica/ Too/kit) and SU (Seismic Unix). In its present stage, it is able to be an effective platform for the following programs : (a) Seis88, a well-established ray-tracing program developed by v. Cerveny and I. PsenãK and (b) fd2d a finite-difference program for the acoustie wave equation developed by J. Costa. As a particular feature, InterSis uses the information provided by Seis88 to compute the parameters ofthe COmnJOlI-Rejlectioll-Surface (CRS) method. In this way, the proposed intedàce ean be useful to imaging and inversion studies based on the CRS method. It is to be noted that, due to its general s1ructure, InterSis can be well adapted to other modelling programs / Mestrado / Reservatórios e Gestão / Mestre em Ciências e Engenharia de Petróleo

Orientador: Kamal Abdel Radi Ismail / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Mecanica / Made available in DSpace on 2018-07-24T07:44:11Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Martinelli_ValdisleyJose_M.pdf: 3830645 bytes, checksum: fa60238d6afea2e97d6f6e2886a91fc4 (MD5) Previous issue date: 1998 / Resumo: O objetivo deste trabalho é estudar o desenvolvimento de transferência de calor laminar por convecção natural em canais de placas planas verticais sujeito a aquecimento assimétrico. São analisadas condições de contorno com fluxo de calor uniforme nas paredes das placas e temperatura da parede uniforme. Soluções para escoamento em regime permanente são obtidos para o ar para diferentes fluxos de calor e diferentes temperaturas nas paredes (acima da temperatura do fluido na entrada do canal); bem como para diferentes geometrias do canal (variação da distância entre as placas (b)). As equações foram escritas em diferenças finitas utilizando variáveis primitivas e resolvidas implicitamente, usando discretização central em todos os termos das equações governantes, exceto para o caso de fluxo de calor que foi utilizado diferença unilateral de três níveis nos termos da derivada da temperatma. Os resultados indicam que existe uma distância ótima entre as placas onde ocorre a máxima troca de calor entre as placas e o fluido. Os resultados foram comparados com a literatura, tanto trabalhos numéricos como experimentais / Abstract: This work studies the developm.entof laminar free convection in vertical flat parallel plates with asymmetric heating. Thermal boundary conditions of uniform wall heat fluxes and uniform wall temperature are considered. Solutions of the flow on steady state are obtained for air at different wall heat fluxes and wall temperature differences (above the temperature of the fluid at the channel) and also different geometries of the channel (distance between the plates (b)). The equations were written in finite difference using primitive variables and they were solved by implicitesqueme all the terms of the governing equations, and by means of a three point derivative formula the terms wall temperature at heat fluxes. The results show there is one optimal distance between the plates to maximize the heat transfer. The results were compared with the literature, both numerical and experimentalworks / Mestrado / Termica e Fluidos / Mestre em Engenharia Mecânica

O presente trabalho de pesquisa tem por objetivo estudar a paralelização de algoritmos voltados à solução de equações diferenciais parciais. Esses algoritmos são utilizados para gerar a solução numérica das equações de Navier-Stokes em um escoamento bidimensional incompressível de um fluido newtoniano. As derivadas espaciais são calculadas através de um método de diferenças finitas compactas com a utilização de aproximações de altas ordens de precisão. Uma vez que o cálculo de derivadas espaciais com alta ordem de precisão da forma compacta adotado no presente estudo requer a solução de sistemas lineares tridiagonais, é importante realizar estudos voltados a resolução desses sistemas, para se obter uma boa performance. Ressalta-se ainda que a solução de sistemas lineares também faz-se presente na solução numérica da equação de Poisson. Os resultados obtidos decorrentes da solução das equações diferenciais parciais são comparados com os resultados onde se conhece a solução analítica, de forma a verificar a precisão dos métodos implementados. Os resultados do código voltado à resolução das equações de Navier-Stokes paralelizado para simulação de escoamentos incompressíveis são comparados com resultados da teoria de estabilidade linear, para validação do código final. Verifica-se a performance e o speedup do código em questão, comparando-se o tempo total gasto em função do número de elementos de processamento utilizados / The objective of the present work is to study the parallelization of partial differential equations. The aim is to achieve an effective parallelization to generate numerical solution of Navier-Stokes equations in a two-dimensional incompressible and isothermal flow of a Newtonian fluid. The spatial derivatives are calculated using compact finite differences approximations of higher order accuracy. Since the calculation of spatial derivatives with high order adopted in the present work requires the solution of tridiagonal systems, it is important to conduct studies to solve these systems and achieve good performance. In addiction, linear systems solution is also present in the numerical solution of a Poisson equation. The results generated by the solution of partial differential equations are compared to analytical solution, in order to verify the accuracy of the implemented methods. The numerical parallel solution of a Navier-Stokes equations is compared with linear stability theory to validate the final code. The performance and the speedup of the code in question is also checked, comparing the execution time in function of the number of processing elements

Este trabalho apresenta parte de um sistema de simulação integrado para escoamento de fluido incompressível bidimensional em malhas não estruturadas denominado UmFlow-2D. O sistema consiste de três módulos: um módulo modelador, um módulo simulador e um módulo visualizador. A parte do sistema apresentado neste trabalho é o módulo simulador. Este módulo, implementa as equações de Navier-Stokes. As equações governantes são discretizadas pelo método de diferenças finitas generalizadas e os termos convectivos pelo método semi-lagrangeano. Um método de projeção é empregado para desacoplar as componentes da velocidade e pressão. O gerenciamento da malha, não estruturada é feito pela estrutura de dados SHE. Os resultados numéricos obtidos pelo UmFlow-2D são comparados com soluções analíticas e soluções numéricas de outros trabalhos. / This work presents an integratc simulation system, called UmFlow-2D, wich aims a,t simulating two-dimensional íncompressible fluid flow using unstructed mesh. The system is divided three modules: modeling module, simulation module and visualization module. In this work we present the simulation module. The simulation module implements the Navier-Stokes equation. The governing equations are discretized by a generalized flnite dillerence method and the convective terms by semi-lagrangean method. A projection method is employed to uncouple the velocity componentes and pressure. The management at the unstructed mesh is ready using a data structure called SHE. The numérica! results are compared with analytical solutions and numerical simulations of other works.

Este trabalho apresenta um método numérico para simular escoamentos viscoelásticos bidimensionais governados pela equação constitutiva Giesekus [Schleiniger e Weinacht 1991]. As equações governantes são resolvidas pelo método de diferenças finitas numa malha deslocada. A superfície livre do fluido é modelada por partículas marcadoras possibilitando assim a sua visualização e localização. O cálculo da velocidade é efetuado por um método implícito enquanto a pressão é calculada por um método explícito. A equação constitutiva de Giesekus é resolvida pelo método de Euler modificado explícito. O método numérico desenvolvido nesse trabalho é verificado comparando-se a solução numérica com a solução analítica para o escoamento de um fluido Giesekus em um canal. Resultados de convergência são obtidos pelo uso de refinamento de malha. Os resultados alcançados incluem um estudo da aplicação do modelo Giesekus para simular o escoamento numa contração planar 4:1 e o problema de um jato incidindo sobre uma placa rígida, em que o fenômeno jet buckling é simulado. / This work presents a numerical method to simulate two-dimensional viscoelastic flows governed by the Giesekus constitutive equation [Schleiniger e Weinacht 1991]. The governing equations are solved by the finite difference method on a staggered grid. The free surface of the fluid is modeled by tracer particles thus enabling its visualization and location. The calculation of the velocity is performed by an implicit method while pressure is calculated by an explicit method. The Giesekus constitutive equation is resolved by the explicit modified Euler method. The numerical method developed in this work is verified by comparing the numerical solution with the analytical solution for the flow of a Giesekus fluid in a channel. Convergence results are obtained by the use of mesh refinement. Results obtained include a study of the application of the Giesekus model to simulate the flow through a 4:1 contraction and the problem of a jet flowing onto a rigid plate where the phenomenon of jet buckling is simulated.

Este trabalho apresenta um método numérico para simular escoamentos viscoelásticos tridimensionais com superfícies livres governados pela equação constitutiva de Maxwell. O método numérico é uma extensão da técnica newtoniana GENSMAC3D para escoamentos viscoelásticos. As equações governantes para escoamentos incompressíveis cartesianos isotérmicos são apresentadas em detalhes. O tratamento do tensor não-newtoniano em contornos rígidos tridimensionais é apresentado em detalhes, bem como o cálculo da condição de contorno na superfície livre. As equações governantes são resolvidas pelo método de diferenças finitas numa malha deslocada tridimensional. O fluido é modelado pela técnica das partículas marcadoras e tratado como uma superfície linear por partes. O método numérico desenvolvido foi implementado no sistema Freeflow3D, e resultados numéricos obtidos na simulação de escoamentos tridimensionais governados pela equação constitutiva de Maxwell são apresentados. Adicionalmente, apresentamos uma validação mostrando a convergência do método desenvolvido nesse trabalho / This work presents a numerical method for solving three-dimensional viscoelastic flows with free surfaces governed by the Maxwell constitutive equation. The numerical method is an extension of the Newtonian technique GENSMAC3D to viscoelastic flows. The governing equations for Cartesian incompressible isothermic flows are presented in details. The treatment of the non-Newtonian tensor on three-dimensional rigid boundaries is given in details as well as the calculation of the boundary conditions on the free surface. The governing equations are solved by a finite difference method using a three-dimensional staggered grid. The fluid is described by marker particles and is represented by a piecewise linear surface. The numerical method developed in this work was implemented into the Freeflow3D system, and numerical results obtained from the simulation of complex three-dimensional flows are presented. Additionally, we present validation results and demonstrate the convergence of the method by performing mesh refinement

O objetivo desta dissertação de mestrado é estudar técnicas numéricas para simular escoamentos incompressíveis multifásicos e implementar uma ferramenta computacional utilizando malhas hierárquicas e discretizações por diferenças finitas. São apresentados a formulação matemática e o desenvolvimento do método numérico, levando em consideração o caráter multifásico do escoamento. Foi adotado o modelo de força superficial contínua e a representação da interface foi feita pelo método de acompanhamento de fronteira. São expostos todos os testes realizados durante o desenvolvimento da ferramenta para checar cada etapa do método. Finalmente, testes visando verificar o código foram feitos e os resultados obtidos foram considerados satisfatórios para a verificação da ferramenta aqui desenvolvida. / The objective of this masters degree essay is to study numerical techniques to simulate incompressible multiphase flows and to implement a computational tool using hierachical meshes and discretizations by finite diferences. We introduce the mathematical formulation and the development of the numerical method, for the multiphase flow problem. A continuum surface force model is employed with the interface representation by the front tracking method. We show all tests performed to verify each stage of the methods development. Finally, results obtained in classical benchmark flow tests show good agreement with previous published results, corroborating the validity of this newly developed numerical tool.