CAPES / Vários estudos numéricos investigaram cavidades fechadas sob o efeito da convecção natural preenchidas com fluidos newtonianos generalizados (FNG) nos últimos anos pelas aplicações diretas em trocadores de calor compactos, no resfriamento de sistemas eletrônicos e na engenharia de polímeros. Neste trabalho é realizada a investigação numérica do processo de convecção natural de fluidos de lei de Potência e de Bingham em cavidades fechadas, aquecidas lateralmente e preenchidas com meios heterogêneos e bloco centrado. O meio heterogêneo é constituído de blocos sólidos, quadrados, desconectados e condutores de calor. Como parâmetros são utilizados a faixa de Rayleigh de 104 à 107, índice de potência n de 0, 6 à 1, 6, número de Bingham de 0, 5 até Bimax , sendo investigado da influência do número de Prandtl para cada modelo de fluido. Nas cavidades com meio heterogêneo são utilizadas as quantidades de blocos de 9, 16, 36 e 64, mantendo-se a razão entre a condutividade térmica do sólido e do fluido κ = 1. Para as cavidades com bloco centrado, são utilizados os tamanhos adimensionais de 0, 1 à 0, 9 com κ = 0, 1; 1 e 10. A modelagem matemática é realizada pelas equações de balanço de massa, de quantidade de movimento e de energia. As simulações são conduzidas no programa comercial ANSYS FLUENT R . Inicialmente são resolvidos problemas com fluidos newtonianos em cavidade limpa, seguida de cavidade preenchida com meio heterogêneo e posteriormente bloco centrado para validação da metodologia de solução. Na segunda etapa é realizada o estudo com os modelos de fluidos de lei de Potência e de Bingham seguindo a mesma sequência. Os resultados são apresentados na forma de linhas de corrente, isotermas e pelo número de Nusselt médio na parede quente. De maneira geral, a transferência de calor na cavidade é regida pelo número de Rayleigh, tamanho e condutividade térmica dos blocos, pelo índice de potência para o modelo de lei de Potência e do número de Bingham para o modelo de Bingham. O número de Prandtl tem grande influência nos dois modelos de fluidos. O meio heterogêneo reduz a transferência de calor na cavidade quando interfere na camada limite térmica para ambos os fluidos, sendo feita uma previsão analítica para o fluido de lei de Potência. Para bloco centrado, a interferência na camada limite com fluido de lei de Potência também foi prevista analiticamente. A transferência de calor aumentou com bloco de baixa condutividade térmica e pouca interferência e com bloco de alta condutividade térmica e grande interferência, para ambos os fluidos. / Many studies have been carried out in square enclosures with generalized Newtonian fluids with natural convection in past few years for directly applications in compact heat exchangers, cooling of electronics systems and polymeric engineering. The natural convection in square enclosures with differently heated sidewalls, filled with power-law and Bingham fluids in addition with heterogeneous medium and centered block are analyzed in this study. The heterogeneous medium are solid, square, disconnected and conducting blocks. The parameters used are the Rayleigh number in the range 104 - 107 , power index n range of 0, 6 - 1, 6, Bingham number range of 0, 5 - Bimax , being the influence of Prandtl number investigated for each fluid model. The number of blocks for heterogeneous medium are 9, 16, 36 and 64, keeping constant solid to fluid conductive ratio, κ = 1. For enclosures with centered block are used the nondimensional block size from 0, 1 to 0, 9, with solid to fluid conductive ratio in range κ = 0, 1; 1 and 10. Mathematical modeling is done by mass, momentum and energy balance equations. The solution of equations have been numerically solved in ANSYS FLUENT R software. Firstly, numerical solutions for validation with Newtonian fluids in clean enclosures are conducted, followed by enclosures with heterogeneous medium and centered block. Subsequently, numerical solutions of power-law and Bingham fluids with same enclosures configurations are conducted. The results are reported in the form of streamlines, isotherms and average Nusselt number at hot wall. In general, the heat transfer process in enclosure is governed by Rayleigh number, size and thermal conductivity of the blocks, power index n for power-law fluid and Bingham number for Bingham fluid. Both fluid models are very sensitive with Prandtl number changes. Heterogeneous medium decrease heat transfer in enclosure when affects thermal boundary layer for both fluid models. One analytical prediction was made for power-law fluid. An increase in heat transfer occurs with low thermal conductivity block and few interference and with high thermal conductivity block and great interference, for both fluids.

CAPES / Vários estudos numéricos investigaram cavidades fechadas sob o efeito da convecção natural preenchidas com fluidos newtonianos generalizados (FNG) nos últimos anos pelas aplicações diretas em trocadores de calor compactos, no resfriamento de sistemas eletrônicos e na engenharia de polímeros. Neste trabalho é realizada a investigação numérica do processo de convecção natural de fluidos de lei de Potência e de Bingham em cavidades fechadas, aquecidas lateralmente e preenchidas com meios heterogêneos e bloco centrado. O meio heterogêneo é constituído de blocos sólidos, quadrados, desconectados e condutores de calor. Como parâmetros são utilizados a faixa de Rayleigh de 104 à 107, índice de potência n de 0, 6 à 1, 6, número de Bingham de 0, 5 até Bimax , sendo investigado da influência do número de Prandtl para cada modelo de fluido. Nas cavidades com meio heterogêneo são utilizadas as quantidades de blocos de 9, 16, 36 e 64, mantendo-se a razão entre a condutividade térmica do sólido e do fluido κ = 1. Para as cavidades com bloco centrado, são utilizados os tamanhos adimensionais de 0, 1 à 0, 9 com κ = 0, 1; 1 e 10. A modelagem matemática é realizada pelas equações de balanço de massa, de quantidade de movimento e de energia. As simulações são conduzidas no programa comercial ANSYS FLUENT R . Inicialmente são resolvidos problemas com fluidos newtonianos em cavidade limpa, seguida de cavidade preenchida com meio heterogêneo e posteriormente bloco centrado para validação da metodologia de solução. Na segunda etapa é realizada o estudo com os modelos de fluidos de lei de Potência e de Bingham seguindo a mesma sequência. Os resultados são apresentados na forma de linhas de corrente, isotermas e pelo número de Nusselt médio na parede quente. De maneira geral, a transferência de calor na cavidade é regida pelo número de Rayleigh, tamanho e condutividade térmica dos blocos, pelo índice de potência para o modelo de lei de Potência e do número de Bingham para o modelo de Bingham. O número de Prandtl tem grande influência nos dois modelos de fluidos. O meio heterogêneo reduz a transferência de calor na cavidade quando interfere na camada limite térmica para ambos os fluidos, sendo feita uma previsão analítica para o fluido de lei de Potência. Para bloco centrado, a interferência na camada limite com fluido de lei de Potência também foi prevista analiticamente. A transferência de calor aumentou com bloco de baixa condutividade térmica e pouca interferência e com bloco de alta condutividade térmica e grande interferência, para ambos os fluidos. / Many studies have been carried out in square enclosures with generalized Newtonian fluids with natural convection in past few years for directly applications in compact heat exchangers, cooling of electronics systems and polymeric engineering. The natural convection in square enclosures with differently heated sidewalls, filled with power-law and Bingham fluids in addition with heterogeneous medium and centered block are analyzed in this study. The heterogeneous medium are solid, square, disconnected and conducting blocks. The parameters used are the Rayleigh number in the range 104 - 107 , power index n range of 0, 6 - 1, 6, Bingham number range of 0, 5 - Bimax , being the influence of Prandtl number investigated for each fluid model. The number of blocks for heterogeneous medium are 9, 16, 36 and 64, keeping constant solid to fluid conductive ratio, κ = 1. For enclosures with centered block are used the nondimensional block size from 0, 1 to 0, 9, with solid to fluid conductive ratio in range κ = 0, 1; 1 and 10. Mathematical modeling is done by mass, momentum and energy balance equations. The solution of equations have been numerically solved in ANSYS FLUENT R software. Firstly, numerical solutions for validation with Newtonian fluids in clean enclosures are conducted, followed by enclosures with heterogeneous medium and centered block. Subsequently, numerical solutions of power-law and Bingham fluids with same enclosures configurations are conducted. The results are reported in the form of streamlines, isotherms and average Nusselt number at hot wall. In general, the heat transfer process in enclosure is governed by Rayleigh number, size and thermal conductivity of the blocks, power index n for power-law fluid and Bingham number for Bingham fluid. Both fluid models are very sensitive with Prandtl number changes. Heterogeneous medium decrease heat transfer in enclosure when affects thermal boundary layer for both fluid models. One analytical prediction was made for power-law fluid. An increase in heat transfer occurs with low thermal conductivity block and few interference and with high thermal conductivity block and great interference, for both fluids.

Le chapitre 1 introduit les modèles et donne les principaux résultats obtenus. Dans le chapitre 2, on présente des simulations numériques d'un modèle macroscopique en deux dimensions. La méthode de discrétisation par éléments finis utilisée est décrite. Pour le cas test de l'écoulement autour d'un cylindre, les phénomènes en jeu dans les fluides vieillissants sont observés. Le chapitre 3 concerne l'étude mathématique de la version unidimensionnelle du système d'équations aux dérivées partielles utilisé pour les simulations. On montre que le problème est bien posé et on examine le comportement en temps long de la solution. Dans le dernier chapitre, des équations macroscopiques sont dérivées à partir d'une équation mésoscopique. L'analyse mathématique de cette équation mésoscopique est également menée / This thesis is devoted to the modelling, the mathematical analysis and the simulation of non-Newtonian fluids. Some fluids in an intermediate liquid-solid phase are particularly considered: aging fluids. Modelling scales are macroscopic and mesoscopic. In Chapter 1, we introduce the models and give the main results obtained. In Chapter 2, we present numerical simulations of a macroscopic two-dimensional model. The finite element method used for discretization is described. For the flow past a cylinder test-case, phenomena at play in aging fluids are observed. The Chapter 3 contains a mathematical analysis of the one-dimensional version of the system of partial differential equations used for the simulations. We show well-posedness and investigate the longtime behaviour of the solution. In the last chapter, macroscopic equations are derived from a mesoscopic equation. The mathematical analysis of this mesoscopic equation is also carried out

L’objectif de cette thèse est de développer un modèle numérique 3D afin d’étudier le phénomène de laves torrentielles ; écoulements visqueux fortement chargés en matière solide, surgissant en montagne lors d’orages violents. Aujourd’hui, la prévision des zones de vulnérabilité s’appuie sur des outils de calcul 0D, 1D ou 2D. Or ces outils ne peuvent représenter pleinement le comportement à surface libre des écoulements du fait de nombreuses approximations et hypothèses. Ainsi cette thèse met en œuvre un code numérique 3D pour étudier ces écoulements. Ce travail aboutit à la construction d’un modèle 3D à partir de données réelles de terrain. Plusieurs scénarios ont été étudiés et comparés à des résultats issus d’un modèle 2D. Les résultats mettent en évidence les apports non négligeables de la modélisation 3D : zones d’étalement et de dépôt, phénomènes d’encombrement, modélisation fine des écoulements dans les zones chenalisées. Préalablement, le modèle 3D a été validé en comparant les résultats numériques à des données expérimentales issues de la littérature, pour des typologies d’écoulement représentatives de celles observées sur des sites grandeur nature. / The objective of this thesis is to develop a 3D numerical model to assess debris flow. These viscous flows, heavily loaded with solid matter, form when heavy rain occurs in mountains. Today, forecasts of potentially impacted areas are based on 0D, 1D and 2D numerical tools. However, these tools cannot fully represent the free surface behaviour of debris flows due to the approximations and assumptions on which they are based. Thus, this work utilises a 3D numerical code to study this phenomenon. A specific model is built with real field data. Several flow scenarios are studied and compared with a 2D numerical model. The results highlight the significant benefits of a 3D approach by providing information on the fine representation of flow dynamics over the catchment area. The model also predicts the impact of debris flow (overflowing on a road bridge) and the zones of deposition and spreading. It highlights possible congestion phenomena and reproduces flows in the channels by fully accounting for parietal friction, capabilities not provided by 2D models. Prior to this application, the 3D model was evaluated with five sets of experimental data to validate its ability to represent viscoplastic flows. Different types of flows are studied and are representative of those observed on real sites when debris flow occur.

O concreto é um dos materiais de construção civil mais versáteis, podendo se adaptar a formas diversas quando em seu estado fresco e resistindo a grandes cargas de compressão em seu estado rígido. No entanto, em estruturas mais densamente armadas ou com geometrias mais complexas, pode-se apresentar dificuldades para a moldagem, causando falhas no preenchimento da forma, o que reduz a capacidade resistente da peça e sua vida útil. Neste trabalho foi utilizado o método de partículas lagrangeanas Moving Particle Semi-Implicit (MPS) como base para um simulador para o estudo do comportamento do escoamento de pastas e argamassas cujo comportamento pode se aproximado por modelos reológicos como Bingham e Herschel-Bulkley. Foram propostos módulos para a simulação da viscosidade não-newtoniana, variação térmica no processo de cura e modelagem de turbulência. Para modelar a variação de viscosidade de um fluido não-newtoniano foi utilizado o modelo de Herschel-Bulkley. O modelo de Herschel-Bulkley possui uma singularidade para taxas de deformação muito pequenas, que resulta em valores de viscosidade infinitas, dificuldade contornada pela solução proposta por Papanastasiou (1987). Na modelagem térmica foram analisados dois modelos de dissipação, sendo um original do método e outro calculado por meio do divergente do gradiente utilizando os modelos de partículas e que teria melhores resultados para o cálculo da dissipação térmica. Também foi modelada a convecção térmica, utilizando para isso a hipótese de Boussinesq. A reação de hidratação do concreto foi modelada utilizando uma equação do tipo Hill para representar a elevação de temperatura obtida por meio um ensaio adiabático. Para complementar as simulações, foi utilizado o modelo de turbulência Detached Eddy Simulation (DES), baseado no método Large Eddy Simulation (LES), que utiliza um modelo de parede para simular a interação do fluido. Para a implementação deste modelo de turbulência foi proposto um algoritmo para o cálculo da distância da partícula de fluido à parede. Este algoritmo utiliza estruturas de dados já existentes no método de partículas de modo que sua execução requer muito menos recursos que a busca binária. Apesar do trabalho ter se guiado pela simulação do concreto fresco, que é um material particularmente complexo, outros escoamentos encontrados na engenharia civil também podem ser beneficiados pelo método, como os estudos do escoamento em sistemas prediais de água e esgoto, do escoamento e prevenção de erosão em rios e córregos, do escorregamento de encostas, dos reatores para depuração de esgotos, entre outros. / The concrete is one of the more versatile civil construction materials, it can adapt to various forms when in its fresh state while resisting to high compression loads in its rigid state. However, in some cases like densely reinforced concrete structures and complex geometry concrete structures can present issues to the casting, and failure in proper form filling can occur. These failures can reduce the resistance and the lifetime of the structure. This work used a simulator based on the lagrangean particle method called Moving Particle Semi-Implicit (MPS) to study the concrete behavior in its distinctive characteristics. Also, this work proposed modules to simulate the non-Newtonian viscosity, the thermal process of concrete cure and to model the turbulent flow. To model the variation of viscosity of a non-Newtonian fluid, the Herschel-Bulkley model, which relates the shear stress with the strain rate, was applied. The Herschel-Bulkley model has a singularity at low strain rates, which results in infinite viscosities. To overcome this issue, Papanastasiou (1987) proposed a modification in the model in order to eliminate the singularity. For the thermal modeling, two models for thermal dissipation were compared, the original method and other calculated from the divergence of gradient using the differential operators for the particle model and that could present improved results for the thermal dissipation calculation. Also, the thermal convection was modeled using the Boussinesq hypothesis. The hydration reaction of the concrete was modeled using a Hill type equation to reproduce the temperature elevation. In addition, a Detached Eddy Simulation (DES) based turbulence model with a simple wall model in the interaction of wall and fluid was applied in the simulations. To improve the turbulence model, an algorithm to calculate the distance between fluid and the nearest wall particle was proposed. The algorithm uses already calculated information from particles so that the execution requires much less resources than a binary search. Although the work has been focused on to the modeling of fresh concrete simulation, which is a particularly complex material, other flows found in civil engineering can also be benefited by the method, such as studies of drainage in water and sewage systems, drainage and prevention of erosion into rivers and streams, prevention and damage mitigation of landslides, reactors for sewage treatment among many others.

O concreto é um dos materiais de construção civil mais versáteis, podendo se adaptar a formas diversas quando em seu estado fresco e resistindo a grandes cargas de compressão em seu estado rígido. No entanto, em estruturas mais densamente armadas ou com geometrias mais complexas, pode-se apresentar dificuldades para a moldagem, causando falhas no preenchimento da forma, o que reduz a capacidade resistente da peça e sua vida útil. Neste trabalho foi utilizado o método de partículas lagrangeanas Moving Particle Semi-Implicit (MPS) como base para um simulador para o estudo do comportamento do escoamento de pastas e argamassas cujo comportamento pode se aproximado por modelos reológicos como Bingham e Herschel-Bulkley. Foram propostos módulos para a simulação da viscosidade não-newtoniana, variação térmica no processo de cura e modelagem de turbulência. Para modelar a variação de viscosidade de um fluido não-newtoniano foi utilizado o modelo de Herschel-Bulkley. O modelo de Herschel-Bulkley possui uma singularidade para taxas de deformação muito pequenas, que resulta em valores de viscosidade infinitas, dificuldade contornada pela solução proposta por Papanastasiou (1987). Na modelagem térmica foram analisados dois modelos de dissipação, sendo um original do método e outro calculado por meio do divergente do gradiente utilizando os modelos de partículas e que teria melhores resultados para o cálculo da dissipação térmica. Também foi modelada a convecção térmica, utilizando para isso a hipótese de Boussinesq. A reação de hidratação do concreto foi modelada utilizando uma equação do tipo Hill para representar a elevação de temperatura obtida por meio um ensaio adiabático. Para complementar as simulações, foi utilizado o modelo de turbulência Detached Eddy Simulation (DES), baseado no método Large Eddy Simulation (LES), que utiliza um modelo de parede para simular a interação do fluido. Para a implementação deste modelo de turbulência foi proposto um algoritmo para o cálculo da distância da partícula de fluido à parede. Este algoritmo utiliza estruturas de dados já existentes no método de partículas de modo que sua execução requer muito menos recursos que a busca binária. Apesar do trabalho ter se guiado pela simulação do concreto fresco, que é um material particularmente complexo, outros escoamentos encontrados na engenharia civil também podem ser beneficiados pelo método, como os estudos do escoamento em sistemas prediais de água e esgoto, do escoamento e prevenção de erosão em rios e córregos, do escorregamento de encostas, dos reatores para depuração de esgotos, entre outros. / The concrete is one of the more versatile civil construction materials, it can adapt to various forms when in its fresh state while resisting to high compression loads in its rigid state. However, in some cases like densely reinforced concrete structures and complex geometry concrete structures can present issues to the casting, and failure in proper form filling can occur. These failures can reduce the resistance and the lifetime of the structure. This work used a simulator based on the lagrangean particle method called Moving Particle Semi-Implicit (MPS) to study the concrete behavior in its distinctive characteristics. Also, this work proposed modules to simulate the non-Newtonian viscosity, the thermal process of concrete cure and to model the turbulent flow. To model the variation of viscosity of a non-Newtonian fluid, the Herschel-Bulkley model, which relates the shear stress with the strain rate, was applied. The Herschel-Bulkley model has a singularity at low strain rates, which results in infinite viscosities. To overcome this issue, Papanastasiou (1987) proposed a modification in the model in order to eliminate the singularity. For the thermal modeling, two models for thermal dissipation were compared, the original method and other calculated from the divergence of gradient using the differential operators for the particle model and that could present improved results for the thermal dissipation calculation. Also, the thermal convection was modeled using the Boussinesq hypothesis. The hydration reaction of the concrete was modeled using a Hill type equation to reproduce the temperature elevation. In addition, a Detached Eddy Simulation (DES) based turbulence model with a simple wall model in the interaction of wall and fluid was applied in the simulations. To improve the turbulence model, an algorithm to calculate the distance between fluid and the nearest wall particle was proposed. The algorithm uses already calculated information from particles so that the execution requires much less resources than a binary search. Although the work has been focused on to the modeling of fresh concrete simulation, which is a particularly complex material, other flows found in civil engineering can also be benefited by the method, such as studies of drainage in water and sewage systems, drainage and prevention of erosion into rivers and streams, prevention and damage mitigation of landslides, reactors for sewage treatment among many others.

Orientador: Maria Virgínia Costa Scarpa / Coorientador: Marlus Chorilli / Banca: Renata Fonsenca Vianna Lopez / Banca: Leila Aparecida Chiavacci / Resumo: Amplamente utilizado no tratamento de vários tipos de câncer e na psoríase, o metotrexato (MTX) é um quimioterápico, estruturalmente análogo do ácido fólico, que apesar de sua eficácia apresenta uma série de efeitos adversos, sendo a hepatotoxicidade o mais grave. Atualmente os sistemas nanoestruturados líquido-cristalinos de fase lamelar estão sendo utilizados como dispositivos para liberação modificada de fármacos, sendo vantajosos na liberação tópica de várias substâncias, conforme suas características de interação com o estrato córneo e as outras camadas da pele, evitando assim efeitos adversos sistêmicos. Os objetivos deste trabalho foram desenvolver sistemas nanoestruturados líquido-cristalinos de fase lamelar, acrescidos de MTX, caracteriza-los do ponto de vista físico, realizar a análise estrutural das formulações, através de microscopia de luz polarizada (MLP), espalhamento de raios-X a baixo ângulo (SAXS) e suas propriedades reológicas, executar os testes de estabilidade preliminar (TEP) das formulações, validar o método analítico para a quantificação de MTX por CLAE e executar ensaios de liberação, permeação e retenção in vitro. As formulações preparadas a partir da mistura do poliéter funcional siloxano (Dow Corning® 5329) como tensoativo, com silicone fluido de co-polímero glicol (Dow Corning® 193C) como fase oleosa titulados em fase aquosa, composta por tampão fosfato de potássio monobásico 0,01M pH 7,4, apresentaram fases líquido-cristalinas do tipo lamelar, confirmados pelos ensaios de MLP e SAXS. Os TEPs evidenciaram que as formulações A, B e C mantiveram-se estáveis durante o período do estudo. Os estudos do comportamento reológico das formulações apresentaram-se como fluidos pseudoplásticos não-newtonianos tixotrópicos ... / Abstract: Widely used in the treatment of some types of cancer, the methotrexate (MTX) is a chemotherapeutic, structurally analog of the folic acid, although its effectiveness, presents a series of adverse effect, being the most serious hepatotoxicity. Currently, the liquid crystal lamellar phase is being used of devices for modified release of drug demonstrated to be advantageous in the release topic of some substances, given to the characteristics of interaction with the stratum corneun and other layers of the skin, avoiding systemic adverse effects. The aims of this research had been to develop and to characterize liquid crystalline nanostructure systems of lamellar phase, increased of MTX of the physical point of view, also carry through the structural analysis of the formulations through by polarized light microscopy (PLM), small-angle X-ray scattering (SAXS) and rheological properties. Perform stability studies of the chosen formulations, validate the analytical method of quantification of MTX for High Performance Liquid Chromatography (HPLC) and carry through release assay, cutaneous permeation and skin retention in vitro for the chosen formulations. The formulations prepared by the mixture of polyether functional siloxane as surfactant, with silicone polyether copolymer as oily phase and phosphate buffer 0,01M pH 7,4 as aqueous phase demonstrating lamellar liquid-crystalline phases, confirmed by assays of PLM and SAXS. The stability studies showed that formulations A, B and C remained stable throughout the period of the study. The study of the rheological behavior of the formulations presented as not Newtonian pseudoplastic fluid and thixotropic ... / Mestre

Submitted by Jorge Silva (jorgelmsilva@ufrrj.br) on 2016-10-05T18:21:53Z No. of bitstreams: 1 2016 - Jo?o Pedro Chalfun Haouche Meneses.pdf: 6719960 bytes, checksum: ac9a27b5731b19e4693f71fae09adefe (MD5) / Made available in DSpace on 2016-10-05T18:21:53Z (GMT). No. of bitstreams: 1 2016 - Jo?o Pedro Chalfun Haouche Meneses.pdf: 6719960 bytes, checksum: ac9a27b5731b19e4693f71fae09adefe (MD5) Previous issue date: 2016-01-25 / Petrobras / The drilling of wells in salt layers faces major challenges in Brazil?s oil industry. Drilling in such layers requires the development of new technologies and operational procedures to make the process economically viable. One of the main problems is the dissolution of the salt layers in water-based drilling fluids. An uncontrolled dissolution presents a potential risk for the operation and can cause abrupt changes in the properties of the fluids. The main objective of this work was to study the effects of the dissolution of sodium chloride particles in non-Newtonian fluids containing xanthan gum. The study was divided into three parts, rheological experiments, kinetics experiments in a mixing tank and a mathematical modeling. The rheological experiments aimed at studies of the effect of the addition of saline particles on the rheology of non-Newtonian fluids, the effect of the concentration of suspended particles in the rheology of saturated fluids and the effect of the size of suspended particles in the rheology of saturated fluids. The Einstein equation was used to calculate the apparent viscosity of saturated fluids, taking into account the effect of the concentration of salt particles in suspension. The experiments in the mixing tank aimed at the study of the kinetics of dissolution with time in different operating conditions. Fluids were prepared using different concentrations of xanthan gum and different initial concentrations of sodium chloride. The effects of the viscosifier concentration and the initial concentration gradient were evaluated. A phenomenological model was used to represent the dissolution process, which provides the variation of the concentration of the fluid, the variation of the volume fraction of solids, the variation of the particles mean diameter and the variation of the interfacial mass transfer area as a function of time. In the rheology studies, it was verified that the addition of sodium chloride to the non-Newtonian fluid, in the studied conditions, increased the apparent viscosity of the solution. The increase of the concentration of suspended sodium chloride particles increased the apparent viscosity of the suspensions. The increase of the size of the suspended particles decreased the apparent viscosity of the suspension. Statistical tests were made in order to evaluate the statistical relevance of the performed studies. In the kinetics study, the convective mass transfer coefficient was estimated and simulations were made for the other variables of the process. The estimations showed that the xanthan gum concentration in the fluid and the initial sodium chloride concentration in the fluid affect the mass transfer coefficient. The average relative error observed for the simulations was 2,2%. / A perfura??o de po?os em camadas salinas enfrenta grandes desafios na ind?stria de petr?leo do Brasil. A perfura??o em tais camadas exige o desenvolvimento de novas tecnologias e procedimentos operacionais para tornar a perfura??o economicamente vi?vel. Um dos principais problemas enfrentados ? a dissolu??o das camadas de sais em fluidos de perfura??o base ?gua. Uma dissolu??o descontrolada apresenta um risco em potencial para a opera??o, podendo causar mudan?as bruscas nas propriedades dos fluidos. Este trabalho teve como principal objetivo estudar os efeitos da dissolu??o de part?culas de cloreto de s?dio em fluidos n?o-Newtonianos contendo goma xantana. O estudo foi dividido em tr?s partes, experimentos reol?gicos, experimentos de cin?tica em um tanque de mistura e modelagem matem?tica. Os experimentos reol?gicos tiveram como objetivo os estudos do efeito da adi??o de part?culas salinas na reologia de fluidos n?o-Newtonianos, do efeito da concentra??o de part?culas suspensas na reologia de fluidos saturados e do efeito do tamanho das part?culas suspensas na reologia de fluidos saturados. A equa??o de Einstein foi utilizada para calcular a viscosidade aparente dos fluidos saturados levando em conta o efeito da concentra??o de part?culas salinas em suspens?o. Os experimentos no tanque de mistura tiveram como objetivo o estudo da cin?tica de dissolu??o com o tempo em diferentes condi??es operacionais. Foram preparados fluidos com diferentes concentra??es de goma xantana e diferentes concentra??es iniciais de cloreto de s?dio. Foi analisado o efeito da concentra??o do viscosificante na cin?tica de dissolu??o bem como o efeito do gradiente de concentra??o inicial. Um modelo fenomenol?gico foi utilizado para representar o processo de dissolu??o, o qual prev? as varia??es da concentra??o do fluido, a varia??o da fra??o volum?trica de s?lidos, a varia??o do di?metro m?dio das part?culas e a varia??o da ?rea interfacial de transfer?ncia de massa em fun??o do tempo. Nos estudos de reologia, verificou-se que a adi??o de cloreto de s?dio ao fluido n?o-Newtoniano, nas condi??es estudadas, aumentou a viscosidade aparente da solu??o. O aumento da concentra??o de part?culas suspensas de cloreto de s?dio provocou um aumento na viscosidade aparente das suspens?es. O aumento do tamanho das part?culas suspensas de cloreto de s?dio diminuiu a viscosidade aparente da suspens?o. Testes estat?sticos foram feitos para analisar a relev?ncia estat?stica dos estudos realizados. No estudo da cin?tica, o coeficiente convectivo de transfer?ncia de massa foi estimado e simula??es foram feitas para as demais vari?veis do processo. As estima??es mostraram que a concentra??o de goma xantana no fluido e a concentra??o inicial de cloreto de s?dio no fluido influenciam o coeficiente de transfer?ncia de massa. O erro relativo m?dio simula??es observado para as simula??es foi de 2,2%.

La méthode LS-STAG est une méthode de type frontière immergée/cut-cell pour le calcul d’écoulements visqueux incompressibles qui est basée sur la méthode MAC pour grilles cartésiennes décalées, où la frontière irrégulière est nettement représentée par sa fonction level-set, résultant en un gain significatif en ressources informatiques par rapport aux codes MFN commerciaux utilisant des maillages qui épousent la géométrie. La version 2D est maintenant bien établie et ce manuscrit présente son extension aux géométries 3D avec une symétrie translationnelle dans la direction z (configurations extrudées 3D). Cette étape intermédiaire sera considérée comme la clé de voûte du solveur 3D complet, puisque les problèmes de discrétisation et d’implémentation sur les machines à mémoire distribuée sont abordés à ce stade de développement. La méthode LS-STAG est ensuite appliquée à divers écoulements newtoniens et non-newtoniens dans des géométries extrudées 3D (conduite axisymétrique, cylindre circulaire, conduite cylindrique avec élargissement brusque, etc.) pour lesquels des résultats de références et des données expérimentales sont disponibles. Le but de ces investigations est d’évaluer la précision de la méthode LS-STAG, d’évaluer la polyvalence de la méthode pour les applications d’écoulement dans différents régimes (fluides newtoniens et rhéofluidifiants, écoulement laminaires stationnaires et instationnaires, écoulements granulaires) et de comparer ses performances avec de méthodes numériques bien établies (méthodes non structurées et de frontières immergées) / The LS-STAG method is an immersed boundary/cut-cell method for viscous incompressible flows based on the staggered MAC arrangement for Cartesian grids where the irregular boundary is sharply represented by its level-set function. This approach results in a significant gain in computer resources compared to commercial body-fitted CFD codes. The 2D version of LS-STAG method is now well-established and this manuscript presents its extension to 3D geometries with translational symmetry in the z direction (3D extruded configurations). This intermediate step will be regarded as the milestone for the full 3D solver, since both discretization and implementation issues on distributed memory machines are tackled at this stage of development. The LS-STAG method is then applied to Newtonian and non-Newtonian flows in 3D extruded geometries (axisymmetric pipe, circular cylinder, duct with an abrupt expansion, etc.) for which benchmark results and experimental data are available. The purpose of these investigations is to evaluate the accuracy of LS-STAG method, to assess the versatility of method for flow applications at various regimes (Newtonian and shear-thinning fluids, steady and unsteady laminar to turbulent flows, granular flows) and to compare its performance with well-established numerical methods (body-fitted and immersed boundary methods)

Made available in DSpace on 2014-12-02T11:16:33Z (GMT). No. of bitstreams: 0 Previous issue date: 2012-06-27Bitstream added on 2014-12-02T11:21:14Z : No. of bitstreams: 1 000693706.pdf: 2880957 bytes, checksum: 43d4b15dffaa346d602b5f57917996d4 (MD5) / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES) / Amplamente utilizado no tratamento de vários tipos de câncer e na psoríase, o metotrexato (MTX) é um quimioterápico, estruturalmente análogo do ácido fólico, que apesar de sua eficácia apresenta uma série de efeitos adversos, sendo a hepatotoxicidade o mais grave. Atualmente os sistemas nanoestruturados líquido-cristalinos de fase lamelar estão sendo utilizados como dispositivos para liberação modificada de fármacos, sendo vantajosos na liberação tópica de várias substâncias, conforme suas características de interação com o estrato córneo e as outras camadas da pele, evitando assim efeitos adversos sistêmicos. Os objetivos deste trabalho foram desenvolver sistemas nanoestruturados líquido-cristalinos de fase lamelar, acrescidos de MTX, caracteriza-los do ponto de vista físico, realizar a análise estrutural das formulações, através de microscopia de luz polarizada (MLP), espalhamento de raios-X a baixo ângulo (SAXS) e suas propriedades reológicas, executar os testes de estabilidade preliminar (TEP) das formulações, validar o método analítico para a quantificação de MTX por CLAE e executar ensaios de liberação, permeação e retenção in vitro. As formulações preparadas a partir da mistura do poliéter funcional siloxano (Dow Corning® 5329) como tensoativo, com silicone fluido de co-polímero glicol (Dow Corning® 193C) como fase oleosa titulados em fase aquosa, composta por tampão fosfato de potássio monobásico 0,01M pH 7,4, apresentaram fases líquido-cristalinas do tipo lamelar, confirmados pelos ensaios de MLP e SAXS. Os TEPs evidenciaram que as formulações A, B e C mantiveram-se estáveis durante o período do estudo. Os estudos do comportamento reológico das formulações apresentaram-se como fluidos pseudoplásticos não–newtonianos tixotrópicos ... / Widely used in the treatment of some types of cancer, the methotrexate (MTX) is a chemotherapeutic, structurally analog of the folic acid, although its effectiveness, presents a series of adverse effect, being the most serious hepatotoxicity. Currently, the liquid crystal lamellar phase is being used of devices for modified release of drug demonstrated to be advantageous in the release topic of some substances, given to the characteristics of interaction with the stratum corneun and other layers of the skin, avoiding systemic adverse effects. The aims of this research had been to develop and to characterize liquid crystalline nanostructure systems of lamellar phase, increased of MTX of the physical point of view, also carry through the structural analysis of the formulations through by polarized light microscopy (PLM), small-angle X-ray scattering (SAXS) and rheological properties. Perform stability studies of the chosen formulations, validate the analytical method of quantification of MTX for High Performance Liquid Chromatography (HPLC) and carry through release assay, cutaneous permeation and skin retention in vitro for the chosen formulations. The formulations prepared by the mixture of polyether functional siloxane as surfactant, with silicone polyether copolymer as oily phase and phosphate buffer 0,01M pH 7,4 as aqueous phase demonstrating lamellar liquid-crystalline phases, confirmed by assays of PLM and SAXS. The stability studies showed that formulations A, B and C remained stable throughout the period of the study. The study of the rheological behavior of the formulations presented as not Newtonian pseudoplastic fluid and thixotropic ...