Archeomagnetic field models may provide important insights to the geodynamo. Here we investigate the existence and mobility of reversed flux patches (RFPs) in an archeomagnetic field model. We introduce topological algorithms to define, identify, and track RFPs. In addition, we explore the relations between RFPs and dipole changes and apply robustness tests to the RFPs. In contrast to previous definitions, patches that reside on the geographic equator are adequately identified based on our RFPs definition. Most RFPs exhibit a westward drift and migrate toward higher latitudes. Undulations of the magnetic equator and RFPs oppose the axial dipole moment (ADM). Filtered models show a tracking behavior similar to the nonfiltered model, and surprisingly new RFPs occasionally emerge. The advection and diffusion of RFPs have worked in unison to yield the decrease of the ADM at recent times. The absence of RFPs in the period 550-1440 A.D. is related to a low in intermediate degrees of the geomagnetic power spectrum. We thus hypothesize that the RFPs are strongly dependent on intermediate spherical harmonic degrees 4 and above. Filtered models and comparison with the GUFM1 model suggest that RFPs are robust features of the geomagentic field for the last millennia. / Modelos do campo arqueomagnético podem fornecer importantes informações sobre o geodínamo. Nesta dissertação, estudou-se a existência e a mobilidade de lóbulos de fluxo reverso (RFPs, em inglês) no campo arqueomagnético. Testes de robustez foram aplicados para diferentes modeles. Além disso, foram exploradas as relações entre RFPs e as variações do momento do dipolo axial (ADM, em inglês). Para tanto, foram desenvolvidos algoritmos topológicos para definir, identificar e mapear os RFPs em modelos do campo arqueomagnético (modelo CALS3k.4b e modelo GUFM1). O equador magnético foi usado para definir a polaridade ao invés do equador geográfico. Uma vez que cada ponto da grade de 1 grau x 1 grau de latitude/longitude é associado com um hemisfério magnético e uma polaridade (normal ou reversa), o passo seguinte é identificar os picos de lóbulos de fluxo reverso. No passo final de identificação um critério de intensidade é imposto para evitar lóbulos que possuem intensidade muito baixa. Para mapear lóbulos de fluxo reverso no tempo, foi codificado um algoritmo que calcula a distancia de cada lobulo para todos os lóbulos do próximo intervalo de tempo. Diferentemente das definições anteriores, lóbulos que residem no equador geográfico são adequadamente identificados com a nova definição de RFPs. A maioria dos RFPs exibe deriva para Oeste e mais de 75% deles migram em direção a altas latitudes. Ondulações do equador magnético e RFPs resultam de campo com momento oposto ao ADM. Modelos filtrados apresentam resultados de mapeamento semelhantes aos de modelos não-filtrados, e em alguns casos, surgem nos modelos filtrados novos RFPs. Resultados dos modelos CALS3k.4b e GUFM1 para o período de 1840 AD até 1990 AD mostram concordância para o mapeamento de lóbulos de fluxo reverso com maiores similaridades para os filtros mais fortes. Os resultados desta dissertação são compatíveis com a ideia que a advecção e a difusão de RFPs tem operado em conjunto causando o decréscimo do ADM nos últimos séculos. A ausência de RFPs no período de 550-1440 AD sendo relacionada a baixos valores nos graus intermediários do espectro de potencia. Dessa forma, sugere-se que os RFPs são fortemente dependentes dos harmônicos esféricos de graus 4 e acima. Modelos filtrados e comparações com o modelo GUFM1 sugerem que lóbulos de fluxo reverso são feições robustas do campo magnético terrestre nos últimos milênios.

Archeomagnetic field models may provide important insights to the geodynamo. Here we investigate the existence and mobility of reversed flux patches (RFPs) in an archeomagnetic field model. We introduce topological algorithms to define, identify, and track RFPs. In addition, we explore the relations between RFPs and dipole changes and apply robustness tests to the RFPs. In contrast to previous definitions, patches that reside on the geographic equator are adequately identified based on our RFPs definition. Most RFPs exhibit a westward drift and migrate toward higher latitudes. Undulations of the magnetic equator and RFPs oppose the axial dipole moment (ADM). Filtered models show a tracking behavior similar to the nonfiltered model, and surprisingly new RFPs occasionally emerge. The advection and diffusion of RFPs have worked in unison to yield the decrease of the ADM at recent times. The absence of RFPs in the period 550-1440 A.D. is related to a low in intermediate degrees of the geomagnetic power spectrum. We thus hypothesize that the RFPs are strongly dependent on intermediate spherical harmonic degrees 4 and above. Filtered models and comparison with the GUFM1 model suggest that RFPs are robust features of the geomagentic field for the last millennia. / Modelos do campo arqueomagnético podem fornecer importantes informações sobre o geodínamo. Nesta dissertação, estudou-se a existência e a mobilidade de lóbulos de fluxo reverso (RFPs, em inglês) no campo arqueomagnético. Testes de robustez foram aplicados para diferentes modeles. Além disso, foram exploradas as relações entre RFPs e as variações do momento do dipolo axial (ADM, em inglês). Para tanto, foram desenvolvidos algoritmos topológicos para definir, identificar e mapear os RFPs em modelos do campo arqueomagnético (modelo CALS3k.4b e modelo GUFM1). O equador magnético foi usado para definir a polaridade ao invés do equador geográfico. Uma vez que cada ponto da grade de 1 grau x 1 grau de latitude/longitude é associado com um hemisfério magnético e uma polaridade (normal ou reversa), o passo seguinte é identificar os picos de lóbulos de fluxo reverso. No passo final de identificação um critério de intensidade é imposto para evitar lóbulos que possuem intensidade muito baixa. Para mapear lóbulos de fluxo reverso no tempo, foi codificado um algoritmo que calcula a distancia de cada lobulo para todos os lóbulos do próximo intervalo de tempo. Diferentemente das definições anteriores, lóbulos que residem no equador geográfico são adequadamente identificados com a nova definição de RFPs. A maioria dos RFPs exibe deriva para Oeste e mais de 75% deles migram em direção a altas latitudes. Ondulações do equador magnético e RFPs resultam de campo com momento oposto ao ADM. Modelos filtrados apresentam resultados de mapeamento semelhantes aos de modelos não-filtrados, e em alguns casos, surgem nos modelos filtrados novos RFPs. Resultados dos modelos CALS3k.4b e GUFM1 para o período de 1840 AD até 1990 AD mostram concordância para o mapeamento de lóbulos de fluxo reverso com maiores similaridades para os filtros mais fortes. Os resultados desta dissertação são compatíveis com a ideia que a advecção e a difusão de RFPs tem operado em conjunto causando o decréscimo do ADM nos últimos séculos. A ausência de RFPs no período de 550-1440 AD sendo relacionada a baixos valores nos graus intermediários do espectro de potencia. Dessa forma, sugere-se que os RFPs são fortemente dependentes dos harmônicos esféricos de graus 4 e acima. Modelos filtrados e comparações com o modelo GUFM1 sugerem que lóbulos de fluxo reverso são feições robustas do campo magnético terrestre nos últimos milênios.

Over the years numerous computational fluid dynamics models have been developed in order to study the fluid flow in gas and induction stirred ladles. These models are used to gain insight in the industrial processes used in ladle treatment of steel. A unified model of an induction stirred Ladle in two and three dimensions is presented. Induction stirring of molten steel is a coupled multi-physics phenomena involving electromagnetic and fluid flow. Models presented in this thesis gives a more accurate description of the real stirring conditions and flow pattern, by taking into account the multi-physics behavior of the induction stirring process in an induction stirred ladle. This thesis presents a formulation of coupled electromagnetic and fluid flow equations. The coupled electromagnetic and fluid flow equations are solved using the finite element method in two and three-dimensions. The simulation model is used to predict values of steel velocities and magnetic flux density. The simulation model is also used to predict the effect of increased current density on flow velocity. Magnetic flux density values obtained from the model are verified against experimental values. / QC 20120615

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De nos jours, la modélisation numérique constitue un outil indispensable pour le prototypage de convertisseurs électromagnétiques. Les matériaux magnétiques jouent un rôle essentiel dans la conversion de l’énergie, il est donc nécessaire de maîtriser leur comportement et leur représentation. L’objectif de ce travail s’inscrit dans ce cadre et s’attache à élaborer des lois réalistes de comportement de matériaux afin de les inclure dans des simulateurs de circuits. Concernant le comportement statique, le modèle de Jiles-Atherton a été implémenté puis adapté, simplifié et modifié afin d’en améliorer la précision et l’implémentation. La modélisation dynamique du matériau a été effectuée grâce au modèle DWM élaboré au laboratoire Ampère. Ce modèle intègre les effets dynamiques excédentaires grâce à une loi « dynamique de matériau » implémentée au sein de l’équation de diffusion magnétique. Ce modèle a été ensuite homogénéisé afin d’en améliorer son implémentation future dans un simulateur de circuit. Chacun des différents modèles a été testé et validé sur plusieurs échantillons. / Nowadays, numerical modeling is an indispensable tool for the prototyping of electromagnetic converters. Magnetic materials play an essential role into the energy conversion so it is necessary to control their behavior as well as their modeling. The objective of this work is to develop realistic laws of material behavior for circuit simulators use. Regarding the static behavior, the Jiles-Atherton model has been implemented and adapted, simplified and modified to improve accuracy and implementation. Dynamic modeling of the material was performed using the model DWM developed into the Ampere laboratory. This model incorporates the excedentary dynamic effects thanks to a "dynamical material law" implemented into the magnetic diffusion equation. Then this model was homogenized to improve its future implementation in a circuit simulator. Each of the different models has been tested and validated on several samples.