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.

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

Atualmente diversos produtos são fabricados por meio de injeção de polímeros, num processo denominado moldagem por injeção: material fundido é injetado em um molde no qual resfria e endurece. Contudo, ao contrário de outros processos de produção, a qualidade da peça criada por meio de moldagem por injeção não depende apenas do material e da sua forma geométrica, mas também da maneira na qual o material é processado durante a moldagem. Por esse motivo, o uso de modelagem matemática e simulações numéricas tem aumentado consideravelmente como maneira de auxiliar o processo de produção e tem-se tornado uma ferramenta indispensável. Desta forma, este projeto tem o propósito de simular o escoamento de fluidos durante a fase de preenchimento do processo de moldagem por injeção, utilizando o modelo 21/2-dimensional, composto por uma equação bidimensional para a pressão, conhecida como equação de Hele-Shaw, e uma equação tridimensional para a temperatura do fluido. Um modelo bidimensional para a temperatura é também desenvolvido e apresentado. Este projeto de doutorado propõe duas estratégias numéricas para a solução da equação de Hele-Shaw. A primeira delas é baseada em uma formulação euleriana do método Smoothed Particle Hydrodynamics, onde os pontos utilizados na discretização não se movem, e não há utilização de malhas. A segunda estratégia é baseada na criação de malhas dinamicamente construídas na região do molde que já encontra-se parcialmente cheio de fluido e subseqüente aplicação do método Control Volume Finite Element Method. Uma estratégia dinâmica do método semi lagrangeano é apresentada e aplicada à solução da equação bidimensional da temperatura. O projeto também pretende investigar três novas abordagens para o tratamento da superfície livre. Duas delas são baseadas na técnica Volume of Fluid e uma delas é uma adaptação meshless do método Front-Tracking. O comportamento não newtoniano do fluido é caracterizado por uma família de modelos de viscosidade. Testes numéricos indicando a confiabilidade das metodologias propostas são conduzidos / Currently, several plastic products are manufactured by polymer injection, in a process named injection molding: molten material is injected into a thin mold where it cools and solidifies. However, unlike other manufacturing processes, the quality of injection-molded parts depends not only on the material and shape of the part, but also on how the material is processed throughout the molding. For this reason, the use of mathematical modelling and numerical simulations has been increasing in order to assist in the manufacturing process, and it has become an essential tool. Therefore, this Sc.D. project has the purpose of simulating the fluid flow during the filling stage of the injection molding process, using the 21/2-dimensional model, compounded by a two-dimensional equation for the pressure field (also known as Hele-Shaw equation) and a three-dimensional equation for the temperature of the fluid. A simpler two-dimensional model for the temperature field is also derived and presented. This project proposes two novel numerical strategies for the solution of Hele-Shaw equation. The first one is based on an Eulerian formulation of the Smoothed Particle Hydrodynamics method, where the particles used in the discretization do not move along as the simulation evolves, thereby avoing the use of meshes. In the second strategy, local active dual patches are constructed on-the-fly for each active point to form a dynamic virtual mesh of active elements that evolves with the moving interface, then the Control Volume Finite Element Method is applied for the pressure field approximation. A dynamic approach of the semi-Lagrangian scheme is applied to the solution of the two-dimensional temperature equation. The project also assesses three new approaches for the treatment of the free surface of the fluid flow. Two of them are based on the Volume of Fluid technique and one of them is a meshless adaptation of the Front-Tracking method. The non-Newtonian behavior is characterized by a family of generalized viscosity models. Supporting numerical tests and performance studies, which assess the accuracy and the reliability of the proposed methodologies, are conducted

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%.

O presente trabalho consiste em uma extensão do sistema FreeFlow-2D para simular escoamentos de fluidos não newtonianos bidimensionais com superfí cies livres, onde o fluido é descrito pelos modelos de Cross ou o modelo ``power-law\'\'. O método numérico empregado é o método GENSMAC. As equações governantes são aproximadas pelo método de diferenças finitas em uma malha deslocada e partículas marcadoras são utilizadas para a visualização do escoamento e localização da superfície livre. Resultados numéricos são apresentados. Em particular, a presente implementação é validada comparando-se a solução numérica com uma solução analítica / This work presents an extention of the Freeflow-2D system to non-Newtonian free surface flows. The governing equations are solved by the finite difference method on a staggered grid. Marker particles are used to describe the fluid providing the location and the visualization of the free surface. The methodology employed is based on the GENSMAC method. The fluid is modelled by the Cross and power-law models. Numerical examples are presented. The code is validated by making a comparison between analytical and numerical solutions

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 ...

O presente trabalho consiste em uma extensão do sistema FreeFlow-2D para simular escoamentos de fluidos não newtonianos bidimensionais com superfí cies livres, onde o fluido é descrito pelos modelos de Cross ou o modelo ``power-law\'\'. O método numérico empregado é o método GENSMAC. As equações governantes são aproximadas pelo método de diferenças finitas em uma malha deslocada e partículas marcadoras são utilizadas para a visualização do escoamento e localização da superfície livre. Resultados numéricos são apresentados. Em particular, a presente implementação é validada comparando-se a solução numérica com uma solução analítica / This work presents an extention of the Freeflow-2D system to non-Newtonian free surface flows. The governing equations are solved by the finite difference method on a staggered grid. Marker particles are used to describe the fluid providing the location and the visualization of the free surface. The methodology employed is based on the GENSMAC method. The fluid is modelled by the Cross and power-law models. Numerical examples are presented. The code is validated by making a comparison between analytical and numerical solutions