Submitted by AMAURI GABRIEL DE JESUS JUNIOR null (engcomp.amauri@gmail.com) on 2016-04-26T22:38:30Z No. of bitstreams: 1 dissertacao.pdf: 2768291 bytes, checksum: 95f3a5b55640c18b626bd655f9d741ed (MD5) / Rejected by Felipe Augusto Arakaki (arakaki@reitoria.unesp.br), reason: Solicitamos que realize uma nova submissão seguindo as orientações abaixo: O arquivo submetido está sem a ficha catalográfica. A versão submetida por você é considerada a versão final da dissertação/tese, portanto não poderá ocorrer qualquer alteração em seu conteúdo após a aprovação. Corrija esta informação e realize uma nova submissão contendo o arquivo correto. Agradecemos a compreensão. on 2016-04-28T20:45:50Z (GMT) / Submitted by AMAURI GABRIEL DE JESUS JUNIOR null (engcomp.amauri@gmail.com) on 2016-04-29T13:43:21Z No. of bitstreams: 1 dissertacao.pdf: 2771977 bytes, checksum: 4fbc89c116e007f08725eca70f97172a (MD5) / Rejected by Felipe Augusto Arakaki (arakaki@reitoria.unesp.br), reason: Solicitamos que realize uma nova submissão seguindo as orientações abaixo: A versão final da dissertação deve ser submetida no formato PDF (Portable Document Format) e o arquivo não deve estar protegido. Por favor, corrija o arquivo PDF e realize uma nova submissão com o arquivo desprotegido. Agradecemos a compreensão. on 2016-04-29T17:34:45Z (GMT) / Submitted by AMAURI GABRIEL DE JESUS JUNIOR null (engcomp.amauri@gmail.com) on 2016-05-05T22:21:23Z No. of bitstreams: 1 dissertacao.pdf: 2771977 bytes, checksum: 4fbc89c116e007f08725eca70f97172a (MD5) / Approved for entry into archive by Juliano Benedito Ferreira (julianoferreira@reitoria.unesp.br) on 2016-05-09T20:13:36Z (GMT) No. of bitstreams: 1 jesusjunior_ag_me_prud.pdf: 2771977 bytes, checksum: 4fbc89c116e007f08725eca70f97172a (MD5) / Made available in DSpace on 2016-05-09T20:13:36Z (GMT). No. of bitstreams: 1 jesusjunior_ag_me_prud.pdf: 2771977 bytes, checksum: 4fbc89c116e007f08725eca70f97172a (MD5) Previous issue date: 2016-03-30 / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES) / Esse trabalho apresenta um estudo sobre técnicas de reinicialização para métodos level-set com aplicação em escoamentos de fluidos. O transporte da interface é feito com um método WENO de quinta ordem para as derivadas espaciais, e um Runge-Kutta de terceira ordem para a derivada temporal. Utilizamos malha uniforme, no contexto de diferenças finitas, e nos limitamos a estudar casos bidimensionais. Após o estudo da advecção da interface, apresentamos duas técnicas de reinicialização para restaurar a propriedade de função distância da função level-set sem, que haja perda de massa. A primeira das técnicas consiste na resolução de uma equação diferencial parcial, e a outra é puramente geométrica. Utilizando as Equações de Navier-Stokes, estudamos duas técnicas para o cálculo da força devido à tensão superficial: CSF e SSF. Apresentamos testes numéricos com velocidade prescrita para verificar as duas técnicas de reinicialização, e resolvemos problemas de escoamentos bifásicos com tensão superficial para verificar como as duas técnicas de reinicialização se comportam nesse tipo de problema. / This work presents a study about redistancing schemes for level-set methods with applications in fluid flow. The transport of the interface is performed with a fifth order WENO scheme combined with a third order accurate Runge-Kutta method. After the advection of the interface, we analise two redistancing methods to restore the distance function property of the level-set function. The first method consists in the solution of a partial differential equation, while the other is fully geometric. Using the Navier-Stokes equations, we study two different techniques for the calculation of the surface tension force: CSF and SSF. In order to numerically verify the two redistancing schemes, we present tests with prescribed velocity field. Finally, we apply the redistancing techniques for solving biphase fluid flows in the presence of the surface tension.

A tecnologia de reatores multifásicos é o coração das transformações químicas de todos os processos industriais, concretamente 99% dos reatores trabalham com a presença de uma ou mais fases. A tomografia é uma técnica poderosa capaz de determinar o efeito de parâmetros operacionais e de desenho na distribuição do holdup das fases, visualizando sistemas opacos de uma forma não invasiva. Um tomógrafo computadorizado de fonte única (SSCT) com capacidade de gerar imagens para as distribuições de holdup em sistemas com duas fases dinâmicas foi desenvolvido e validado com sucesso no CTR/IPEN. Algoritmos para reconstrução de imagens analíticos e discretos ou iterativos (estatísticos) foram desenvolvidos e implementados para tais aplicações e depois comparados. O SSCT foi utilizado para determinar as distribuições de porosidades e de holdup dos sólidos para uma coluna de recheio aleatório. Na Washington University em St. Louis, no Laboratório de Engenharia da Reação Química (CREL), um tomógrafo com duas fontes radioativas (DSCT) capaz de gerar imagens da distribuição do holdup das fases para sistemas dinâmicos com três fases móveis foi validado com êxito. Uma nova metodologia para reconstrução de imagens, que garantiu alta precisão na geração das distribuições do holdup em sistemas de grande porte, foi aplicada. O DSCT permitiu avaliar a influência de parâmetros de operação e do desenho de um aerador em um bioreator na escala piloto. O efeito do desenho de um distribuidor de gás líquido e do regime de escoamento foram determinados para um reator monolítico utilizando o DSCT. Os equipamentos e técnicas desenvolvidas neste trabalho podem ser considerados como uma ferramenta efetiva de pesquisa, intensificando estudos experimentais em uma grande gama de sistemas multifásicos através de geração de imagens. Para isto, foram superadas várias limitações comuns a outras técnicas tomográficas existentes utilizadas no estudo de sistemas com duas e três fases dinâmicas, onde os conhecimentos adquiridos nestes estudos poderão melhorar a compreensão básica dos efeitos de desenho e dinâmica em reatores multifásicos. / It is important to recognize that at the heart of chemical transformations in all process and energy industries is multiphase reator technology, as over 99% of reator systems require the presence of more than one phase for proper operation. Tomography is a powerful technique capable of determining the effect of operating and design parameters on the phase holdup distribution by visualization in opaque flow systems in a noninvasive manner. A single source computed tomography (SSCT) system capable of imaging phase holdup distribution in two phases flow was successfully developed and validated at CTR/IPEN. Analytical and discrete (statistical) image reconstruction algorithms were developed and compared between them. SSCT has been applied to characterize the gas holdup and porosity distributions in a random packed column. At the Chemical Reaction Engineering Laboratory (CREL) of Washington University in St Louis, a novel dual source computed tomography (DSCT) system capable of imaging phase holdup distribution in three phases flow was successfully developed and validated. A new image reconstruction methodology was applied for the image reconstruction of the DSCT which enables accurate imaging of the phase holdup distribution in large scale multiphase systems. DSCT has been applied to characterize the effect of operating parameters and sparger design on the liquid flow behavior of a pilot scale anaerobic bioreactor. Performance studies were carried to access the performance of a gas-liquid distributor and liquid flow in a monolithic reactor using the DSCT. The scanners and techniques developed as part of this work provides an effective research tool for expanding experimental research in a wide range of multiphase flow systems via imaging. It has overcome many limitations, common to the various tomography techniques that exist for imaging systems with two and three phase flow. The knowledge gained from these studies improves the fundamental understanding of the effects of design and dynamics of multiphase reactors.

A tecnologia de reatores multifásicos é o coração das transformações químicas de todos os processos industriais, concretamente 99% dos reatores trabalham com a presença de uma ou mais fases. A tomografia é uma técnica poderosa capaz de determinar o efeito de parâmetros operacionais e de desenho na distribuição do holdup das fases, visualizando sistemas opacos de uma forma não invasiva. Um tomógrafo computadorizado de fonte única (SSCT) com capacidade de gerar imagens para as distribuições de holdup em sistemas com duas fases dinâmicas foi desenvolvido e validado com sucesso no CTR/IPEN. Algoritmos para reconstrução de imagens analíticos e discretos ou iterativos (estatísticos) foram desenvolvidos e implementados para tais aplicações e depois comparados. O SSCT foi utilizado para determinar as distribuições de porosidades e de holdup dos sólidos para uma coluna de recheio aleatório. Na Washington University em St. Louis, no Laboratório de Engenharia da Reação Química (CREL), um tomógrafo com duas fontes radioativas (DSCT) capaz de gerar imagens da distribuição do holdup das fases para sistemas dinâmicos com três fases móveis foi validado com êxito. Uma nova metodologia para reconstrução de imagens, que garantiu alta precisão na geração das distribuições do holdup em sistemas de grande porte, foi aplicada. O DSCT permitiu avaliar a influência de parâmetros de operação e do desenho de um aerador em um bioreator na escala piloto. O efeito do desenho de um distribuidor de gás líquido e do regime de escoamento foram determinados para um reator monolítico utilizando o DSCT. Os equipamentos e técnicas desenvolvidas neste trabalho podem ser considerados como uma ferramenta efetiva de pesquisa, intensificando estudos experimentais em uma grande gama de sistemas multifásicos através de geração de imagens. Para isto, foram superadas várias limitações comuns a outras técnicas tomográficas existentes utilizadas no estudo de sistemas com duas e três fases dinâmicas, onde os conhecimentos adquiridos nestes estudos poderão melhorar a compreensão básica dos efeitos de desenho e dinâmica em reatores multifásicos. / It is important to recognize that at the heart of chemical transformations in all process and energy industries is multiphase reator technology, as over 99% of reator systems require the presence of more than one phase for proper operation. Tomography is a powerful technique capable of determining the effect of operating and design parameters on the phase holdup distribution by visualization in opaque flow systems in a noninvasive manner. A single source computed tomography (SSCT) system capable of imaging phase holdup distribution in two phases flow was successfully developed and validated at CTR/IPEN. Analytical and discrete (statistical) image reconstruction algorithms were developed and compared between them. SSCT has been applied to characterize the gas holdup and porosity distributions in a random packed column. At the Chemical Reaction Engineering Laboratory (CREL) of Washington University in St Louis, a novel dual source computed tomography (DSCT) system capable of imaging phase holdup distribution in three phases flow was successfully developed and validated. A new image reconstruction methodology was applied for the image reconstruction of the DSCT which enables accurate imaging of the phase holdup distribution in large scale multiphase systems. DSCT has been applied to characterize the effect of operating parameters and sparger design on the liquid flow behavior of a pilot scale anaerobic bioreactor. Performance studies were carried to access the performance of a gas-liquid distributor and liquid flow in a monolithic reactor using the DSCT. The scanners and techniques developed as part of this work provides an effective research tool for expanding experimental research in a wide range of multiphase flow systems via imaging. It has overcome many limitations, common to the various tomography techniques that exist for imaging systems with two and three phase flow. The knowledge gained from these studies improves the fundamental understanding of the effects of design and dynamics of multiphase reactors.

Simulações de escoamentos multifásicos são de grande interesse em aplicações práticas na indústria, em particular na indústria petrolífera, entre outras. Vários processos dependem do entendimento físico de escoamentos envolvendo iteração com partículas, sedimentação e separação de fluidos. Dos muitos métodos existentes para a simulação dos processos acima descritos, há um crescente interesse no aumento de precisão, o que levou ao desenvolvimento de estratégias que utilizam esquemas de elementos finitos discretizados em malhas dinâmicas e adaptativas, usando uma formulação ALE (do inglês, Arbitrary Lagrangian-Eulerian), juntamente com uma representação geométrica da interface. Neste sentido, este trabalho tem o objetivo de estudar e implementar estratégias robustas de controle e adaptação de malhas, em situações onde a malha dinâmica é sujeita a grandes deformações. Uma biblioteca de algoritmos e rotinas foi então desenvolvida para este fim, implementando técnicas de controle e otimização da qualidade dos elementos da malha, técnicas de adaptação da interface entre fluidos com esquemas de conservação de massa, técnicas de mudanças topológicas e preservação de propriedades materiais, além de uma comunicação facilitada destas rotinas com códigos de simulação numérica de escoamentos multifásicos existentes / Multiphase flow simulations are of great interest in practical applications, particularly in the oil industry. Several processes depend on understanding physical aspects of flows with particle interaction, sedimentation and fluid separation. Among the several existing methods to simulate the processes described above, theres a growing interest in achieving higher precision, which led to the development of strategies that use finite element discretization in adaptive, dynamic meshes, using the ALE formatulation along with a geometrical representation of the interface. In this context, this thesis aims to study and implement robust strategies for mesh adaptation, for cases where the dynamic mesh is subject to large deformations. A library of routines and algorithms was developed, implementing mesh elements control and quality optimization techniques, fluid interface adaptation techniques with a mass conservation scheme, topological modifications and material properties preservation techniques, and also a decoupled, simplified communication between these routines with existing multiphase flow numerical simulation code

Este trabalho consiste em introduzir uma nova abordagem de representação de superfície no ambiente de simulação Freeflow2D. Consiste em usar Partição da Unidade Implícita para estimar da superfície a geometria, normais e curvatura. Procurando se valer das vantagens de métodos do tipo meshless (sem malha) conservando no entanto a malha Lagrangiana, no interesse de manter o fácil acesso de vizinhança, inserção e eliminação de pontos / The objective of this work is to introduce a new approache of surface representation within the Freeflow system. It consists of using implicit functions by means of Partition of Unit Implicit to estimate surface geometry, normals and curvature. Aiming at the advantages of meshless methods of surface representation whilst keeping the Lagrangian mesh in order to preserve ease of access of geometric vicinity, particle insertion and removal

A estimativa das taxas de coalescência em sistemas de fluxo multifásico é um factor chave para prever situações críticas , em que as fases começam a separar . Esta pode ser uma orientação para controlar a estabilidade da emulsão e para impedir a substituição desnecessária em processos em que são usados de óleo / água (O / A) dispersões . Estudos CFD apresentar alternativas atraentes para prever o aumento de tamanho de gota , devido a fenômenos de coalescência nos casos em que as emulsões fluem através de diferentes sistemas de circulação , e estão sujeitas a repentinas expansões e contrações . Neste estudo o comportamento de emulsões sob diferentes condições de fluxo foi investigada por acoplamento em equações de Navier Stokes com modelos de equilíbrio populacional e de gotículas de coalescência. Este estudo analisa os efeitos de coalescência em um sistema de O / A, quando as forças hidrodinâmicas promoverem eventos em que duas gotículas colidem para dar origem a novas gotículas. No estudo, o desempenho dos diferentes modelos de turbulência (K-, k-Q) é comparado a avaliar a sua influência sobre a interacção entre as fases. Diferentes algoritmos para acoplamento pressão-velocidade (PIMPLE, SIMPLEC, PIMPLEC) são avaliados também, uma vez que podem afetar os tempos computacionais e de convergência. O efeito das condições de fluxo e as propriedades de cada fase da distribuição de tamanho das gotículas é estudado para o fluxo de emulsões O / A numa tubagem com súbita alargamento. Os resultados permitem avaliar o efeito de coalescência e modelo de eficiência na média de gotículas de diâmetro Sauter. O desempenho de cada modelo em relação ao tempo computacional e a convergência é também discutida. / The estimation of coalescence rates in multiphase flow systems is a key factor to predict critical situations, in which phases start to separate. This can be a guideline to control emulsion stability and to prevent unnecessary replacement in processes where oil/water (O/W) dispersions are used. CFD studies exhibit attractive alternatives to predict the increase of droplet size due to coalescence phenomena in cases where emulsions flow through different circulation systems, and are subject to sudden expansions and contractions. In this study the behavior of emulsions under different flow conditions was investigated by coupling Navier Stokes equations with population balance and droplet coalescence models. This study analyzes coalescence effects in an O/W system, when hydrodynamic forces promote events in which two droplets collide to give rise to new droplets. In the study, the performance of different turbulence models (k-, k-) is compared by evaluating their influence on the interaction between phases. Different algorithms for pressure-velocity coupling (PIMPLE, SIMPLEC, PIMPLEC) are also evaluated, since they can affect computational times and convergence. The effect of flow conditions and properties of each phase on droplet size distribution is studied for the flow of O/W emulsions in a pipeline with sudden enlargement. The results enable to evaluate the effect of coalescence model and efficiency on the mean Sauter diameter of droplets. The performance of each model with respect to computational time and convergence is also discussed.

L'objectiu d'aquesta Tesi Doctoral és la modelització matemàtica del procés d'hidratació catalítica directa de isobutè a ter butanol sobre Amberlyst-15 en un reactor de llit fix escorregut en equicorrent descendent. La modelització s'ha dut a terme de forma fonamental, emprant les dades cinètiques, d'equilibri i de transport de matèria verificats en el laboratori a partir d'experiments independents. S'ha estudiat, en primer lloc, l'efecte de la concentració de producte (fins a 3 kmol/m3) sobre la cinètica, l'equilibri i la difusió intrapartícula en un marge de temperatures de 303 a 333 K .Els coeficients de transferència de matèria en la interfase gas líquid en el reactor de jaç fix escorregut, s'han determinat en un marge de velocitats superficials de 0.002 a 0.02 m/s per al líquid i de 0.005 a 0.05 m/s per al gas. D'aquesta forma, les dades experimentals comprenen diferents règims de flux del reactor (flux escorregut a flux polsant), el que ha permès estudiar l'efecte del canvi de règim sobre els coeficients. El nou model desenvolupat per a la hidratació de isobutè s'ha implementat en un programa informàtic que simula un reactor integral. La comprovació del model s'ha dut a terme per comparació entre les dades de reacció predites i les obtingudes experimentalment en un reactor a escala de laboratori. Finalment, s'ha estudiat la sensibilitat de la conversió de isobutè respecte als diferents paràmetres d'operació, fent especial èmfasi en l'efecte autocatalític de la reacció d'hidratació. / El objetivo de esta Tesis Doctoral es la modelización matemática del proceso de hidratación catalítica directa de isobuteno a ter butanol sobre Amberlyst-15 en un reactor de lecho fijo escurrido en equicorriente descendente. La modelización se ha llevado a cabo de forma fundamental, empleando los datos cinéticos, de equilibrio y de transporte de materia verificados en el laboratorio a partir de experimentos independientes.Se ha estudiado, en primer lugar, el efecto de la concentración de producto (hasta 3 kmol/m3) sobre la cinética, el equilibrio y la difusión intrapartícula en un margen de temperaturas de 303 a 333 K.Los coeficientes de transferencia de materia en la interfase gas líquido en el reactor de lecho fijo escurrido, se han determinado en un margen de velocidades superficiales de 0.002 a 0.02 m/s para el líquido y de 0.005 a 0.05 m/s para el gas. De esta forma, los datos experimentales comprenden diferentes regímenes de flujo del reactor (flujo escurrido a flujo pulsante), lo que ha permitido estudiar el efecto del cambio de régimen sobre los coeficientes.El nuevo modelo desarrollado para la hidratación de isobuteno se ha implementado en un programa informático que simula un reactor integral. La comprobación del modelo se ha llevado a cabo por comparación entre los datos de reacción predichos y los obtenidos experimentalmente en un reactor a escala de laboratorio. Por último, se ha estudiado la sensibilidad de la conversión de isobuteno respecto a los diferentes parámetros de operación, haciendo especial énfasis en el efecto autocatalítico de la reacción de hidratación. / The purpose of the present work is the mathematical modeling of the catalytic hydration of isobutene to tert-butyl alcohol on Amberlyst 15 in a cocurrent downflow trickle bed reactor. The reactor modeling is carried out in a fundamental way, that is, including kinetics, equilibrium, and mass transfer data verified experimentally.The effect of product concentration (up to 3 kmol/m3) on kinetics, equilibrium, and intraparticle diffusion is first studied over a range of temperatures from 303 to 333 K. Gas to liquid mass transfer coefficients are measured in a trickle bed reactor. Liquid and gas velocities are varied respectively from 0.002 to 0.02 m/s and from 0.005 to 0.05 m/s. Thus, different flow regimes (trickling to pulsing flow) are covered by the experimental data, allowing a study on the influence of flow regimes on the mass transfer coefficients.The new model for isobutene hydration has been included in a computer program witch simulates an integral reactor. To test this model, a comparison between predicted reaction data and those obtained in a bench-scale, integral reactor is carried out. Effects of several operating parameters on isobutene conversion are studied by running the simulation program. Autocatalytic effects for the hydration process are specially discussed.

A estimativa das taxas de coalescência em sistemas de fluxo multifásico é um factor chave para prever situações críticas , em que as fases começam a separar . Esta pode ser uma orientação para controlar a estabilidade da emulsão e para impedir a substituição desnecessária em processos em que são usados de óleo / água (O / A) dispersões . Estudos CFD apresentar alternativas atraentes para prever o aumento de tamanho de gota , devido a fenômenos de coalescência nos casos em que as emulsões fluem através de diferentes sistemas de circulação , e estão sujeitas a repentinas expansões e contrações . Neste estudo o comportamento de emulsões sob diferentes condições de fluxo foi investigada por acoplamento em equações de Navier Stokes com modelos de equilíbrio populacional e de gotículas de coalescência. Este estudo analisa os efeitos de coalescência em um sistema de O / A, quando as forças hidrodinâmicas promoverem eventos em que duas gotículas colidem para dar origem a novas gotículas. No estudo, o desempenho dos diferentes modelos de turbulência (K-, k-Q) é comparado a avaliar a sua influência sobre a interacção entre as fases. Diferentes algoritmos para acoplamento pressão-velocidade (PIMPLE, SIMPLEC, PIMPLEC) são avaliados também, uma vez que podem afetar os tempos computacionais e de convergência. O efeito das condições de fluxo e as propriedades de cada fase da distribuição de tamanho das gotículas é estudado para o fluxo de emulsões O / A numa tubagem com súbita alargamento. Os resultados permitem avaliar o efeito de coalescência e modelo de eficiência na média de gotículas de diâmetro Sauter. O desempenho de cada modelo em relação ao tempo computacional e a convergência é também discutida. / The estimation of coalescence rates in multiphase flow systems is a key factor to predict critical situations, in which phases start to separate. This can be a guideline to control emulsion stability and to prevent unnecessary replacement in processes where oil/water (O/W) dispersions are used. CFD studies exhibit attractive alternatives to predict the increase of droplet size due to coalescence phenomena in cases where emulsions flow through different circulation systems, and are subject to sudden expansions and contractions. In this study the behavior of emulsions under different flow conditions was investigated by coupling Navier Stokes equations with population balance and droplet coalescence models. This study analyzes coalescence effects in an O/W system, when hydrodynamic forces promote events in which two droplets collide to give rise to new droplets. In the study, the performance of different turbulence models (k-, k-) is compared by evaluating their influence on the interaction between phases. Different algorithms for pressure-velocity coupling (PIMPLE, SIMPLEC, PIMPLEC) are also evaluated, since they can affect computational times and convergence. The effect of flow conditions and properties of each phase on droplet size distribution is studied for the flow of O/W emulsions in a pipeline with sudden enlargement. The results enable to evaluate the effect of coalescence model and efficiency on the mean Sauter diameter of droplets. The performance of each model with respect to computational time and convergence is also discussed.

Submitted by Fabio Sobreira Campos da Costa (fabio.sobreira@ufpe.br) on 2016-03-18T12:33:39Z No. of bitstreams: 2 license_rdf: 1232 bytes, checksum: 66e71c371cc565284e70f40736c94386 (MD5) tese versão final.pdf: 5433826 bytes, checksum: 6273fd08a4dea93aa7b331550a094b78 (MD5) / Made available in DSpace on 2016-03-18T12:33:39Z (GMT). No. of bitstreams: 2 license_rdf: 1232 bytes, checksum: 66e71c371cc565284e70f40736c94386 (MD5) tese versão final.pdf: 5433826 bytes, checksum: 6273fd08a4dea93aa7b331550a094b78 (MD5) Previous issue date: 2015-08-28 / Este estudo baseia-se no problema apresentado em Meric et al. [25], que consiste na utilização da Análise de Ativação de Raios Gama Prontos Através de Nêutrons (PGNAA), para a determinação das frações em peso das principais substâncias que compõem um fluido multifásico[3] obtido em processos de extração de petróleo submarino. Esse método envolve um problema mal-posto e tem suscitado o desenvolvimento de diferentes abordagens para a sua resolução. Levando-se em consideração os espectros obtidos da PGNAA para as substâncias desse fluido, e ainda estudos recentes, foi desenvolvido neste trabalho um processo de geometrização cuja ideia central é arepre-sentação das fases(substâncias presentes no fluido) através de vértices de triângulos ou de tetraedros, respectivamente para o problema com três e quatro fases. Para tal, foi necessária a utilização de importantes conceitos e ferramentas matemáticas, como o método dos mínimos quadrados e a regularização de Tikhonov, com ênfase em suas características geométricas. Foi ainda desenvolvido um caso especial do método de regularização de Tikhonov: a Regularização Geométrica.Esta nova técnica baseia-se no processo de geometrização proposto e determina um modelo de referência para os casos com três e quatro fases, além de promover mudanças de escalas(normalização de dados) e otimização do condicionamento para todas as escolhas de intervalos de coordenadas. Como objetivo de realizar alguns testes para verificar a eficiência da regularização geométrica, foi gerada uma nova substância a partir das já existentes,como auxílio de alguns códigos computacionais. As soluções encontradas foram representadas graficamente (caso com três fases), juntamente com os espectros das substâncias.Por fim, foram determinados os limites do background para o caso com três fases, estabelecendo-se analiticamente uma previsão para sua localização. / This studyisbasedontheproblempresentedinMeric et al. [25], abouttheuseofPromptGamma- Ray NeutronActivationAnalysis(PGNAA)fordeterminingtheweightfractionsofamultiphase flow[3]obtainedinoffshoreoilextractionprocesses.Thismethodinvolvesanill-posedproblem and hasenabledthedevelopmentofdifferentapproachestoitsresolution.Basedbothonthespectra of substancesinthatfluidandrecentstudies,itwasdevelopmentinthisworkageometricprocess whose centralideaistorepresentthephases(substancespresentinthefluid)throughthevertices of trianglesortetrahedrons,respectivelytotheproblemwiththreeorfourphases.Tothisend,the use ofimportantmathematicalconcepsandtoolswereneeded,suchastheleastsquaresmethod and Tikhonovregularization,withemphasisonitsgeometriccharacteristics.Itwaspresenteda special caseofTikhonovregularizationmethod:theGeometricRegularization.Thisnewtechnique is basedontheproposedgeometricprocessanddeterminesareferencemodeltothecasesofthree and fourfases,aswellaspromotingscalechanging(datanormalization)andconditionnumber optimization forallcoordinaterangesofchoices.Inordertoperformsometeststoverifythe efficiencyofgeometricregularization,itwasgeneratedanewsubstancefromtheotherexisting, aided bysomecomputationalcodes.Thesolutionswereplotted(threephasecase)togetherwith spectra ofsubstances.Finally,thelimitsofbackgroundwerecalculatedtothethreephasescase, establishing apreviewforitslocation.

Simulações de escoamentos multifásicos são de grande interesse em aplicações práticas na indústria, em particular na indústria petrolífera, entre outras. Vários processos dependem do entendimento físico de escoamentos envolvendo iteração com partículas, sedimentação e separação de fluidos. Dos muitos métodos existentes para a simulação dos processos acima descritos, há um crescente interesse no aumento de precisão, o que levou ao desenvolvimento de estratégias que utilizam esquemas de elementos finitos discretizados em malhas dinâmicas e adaptativas, usando uma formulação ALE (do inglês, Arbitrary Lagrangian-Eulerian), juntamente com uma representação geométrica da interface. Neste sentido, este trabalho tem o objetivo de estudar e implementar estratégias robustas de controle e adaptação de malhas, em situações onde a malha dinâmica é sujeita a grandes deformações. Uma biblioteca de algoritmos e rotinas foi então desenvolvida para este fim, implementando técnicas de controle e otimização da qualidade dos elementos da malha, técnicas de adaptação da interface entre fluidos com esquemas de conservação de massa, técnicas de mudanças topológicas e preservação de propriedades materiais, além de uma comunicação facilitada destas rotinas com códigos de simulação numérica de escoamentos multifásicos existentes / Multiphase flow simulations are of great interest in practical applications, particularly in the oil industry. Several processes depend on understanding physical aspects of flows with particle interaction, sedimentation and fluid separation. Among the several existing methods to simulate the processes described above, theres a growing interest in achieving higher precision, which led to the development of strategies that use finite element discretization in adaptive, dynamic meshes, using the ALE formatulation along with a geometrical representation of the interface. In this context, this thesis aims to study and implement robust strategies for mesh adaptation, for cases where the dynamic mesh is subject to large deformations. A library of routines and algorithms was developed, implementing mesh elements control and quality optimization techniques, fluid interface adaptation techniques with a mass conservation scheme, topological modifications and material properties preservation techniques, and also a decoupled, simplified communication between these routines with existing multiphase flow numerical simulation code