O principal objetivo desta tese é desenvolver métodos analíticos e computacionais para obter os parâmetro de estado do ar em equilíbrio num estado energético elevado. São utilzados os procedimentos da mecânica estatística e as constantes espectroscópicas dos átomos e moléculas envolvidos. Os resultados são aplicados em escoamentos quimicamente reagentes no ar em equilíbrio, considerando efeitos de altas temperaturas, através de ondas de choque normais e oblíquas e bocais quasi-unidimensionais. As técnicas desenvolvidas são de grande importância para a aerodinâmica hipersônica e permitem estudos de outros gases, abrindo-se um campo maior de aplicações onde sejam primordiais o conhecimento das propriedades termodinâmicas e da composição química no equilíbrio a temperaturas elevadas (caso da combustão e da propulsão aeroespacial)

Estudamos por três processos diferentes, a influencia da variação da área sobre o numero de Mach, ou sobre a intensidade, de um choque que se propaga em tubos não uniformes. Eles forneceram uma equação diferencial aproximada para esta influencia, que chamamos de relação CCW. Esta equação, quando integrada, relaciona a área com a intensidade do choque. Fizemos uma analise bem detalhada do escoamento, a fim de obter uma relação exata, a qual contem um parâmetro X, que foi calculado para ondas de choque cilíndricas e esféricas convergentes. Usamos para tanto, a solução auto- similar, à qual demos uma contribuição, descrevendo um processo numérico para a obtenção do expoente de similaridade.

Com o advento de tecnologias de propulsão de veículos a velocidades supersônicas e hipersônicas, questões referentes a elevadas taxas de transferência de calor e magnitude de força de arrasto têm sido analisadas sob vários pontos de vista científicos, como física de plasmas, aerodinâmica, resistência estrutural, dentre outros. Neste trabalho, com o objetivo de se analisar o efeito de adição de energia na forma contínua a um escoamento de alta velocidade, foram realizados cálculos numéricos, por meio do software Fluent, de escoamento considerando a adição de energia sob a forma de calor em uma pequena região a montante de um corpo rombudo. São considerados efeitos pertinentes apenas à dinâmica dos gases, e desconsideram-se efeitos reativos, de formação de plasma e outros que possam surgir devido à energização do fluido em alta velocidade. Os resultados obtidos indicam que o principal efeito da adição de energia ao escoamento consiste em modificar o trajeto de elementos de fluido, desviando as linhas de corrente de tal forma que a onda de choque a montante de um corpo rombudo torna-se mais fraca e com geometria mais alongada. Foi observado que a redução do arrasto causada pela adição de energia contínua pode ser superior a 50% do valor referente ao escoamento sem fonte de calor, embora na aplicação prática desse tipo de processo seja necessário considerar a economia de potência dispendida na fonte de energia e na fornecida ao veículo em comparação com a potência necessária para o veículo manter um voo de cruzeiro. Uma análise paramétrica no que diz respeito ao efeito das variações de potência e localização da fonte de calor, dispersão da energia depositada e número de Mach sobre o arrasto de onda do corpo foi também realizada.

El objetivo principal de esta tesis es investigar los procesos físicos que dan lugar a emisión no-térmica a altas energías en objetos astrofísicos capaces de acelerar partículas hasta velocidades relativistas. En particular, se ha estudiado la emisión de rayos gamma producida en fuentes cósmicas con diferentes escalas espaciales, desde objetos estelares jóvenes hasta cúmulos de galaxias, pasando por microcuasares y núcleos de galaxias activas. En los dos primeros tipos de objetos se ha modelado la emisión de rayos gamma a partir de los datos obtenidos en frecuencias radio de las fuentes IRAS 16547-4247 y Abell 3376. En los dos últimos, se ha desarrollado un modelo específico de emisión basado en la interacción de inhomogeneidades del medio externo con los jets producidos por el objeto compacto. Específicamente, se han considerado clumps o grumos del viento de la estrella compañera en los microcuasares y nubes de la región de formación de líneas anchas en las galaxias activas, interactuando con los jets de las fuentes. En todos los casos, los modelos desarrollados permiten realizar predicciones contrastables por la nueva generación de instrumentos que operan en altas energías, tales como los satélites Fermi y AGILE y los telescopios Cherenkov HESS, MAGIC y el planeado CTA.

OBJETIVOS: Comparar o tratamento por ondas de choque radiais com a fisioterapia convencional na fasciite plantar. MATERIAL E MÉTODOS: Foram tratados 40 pacientes com diagnóstico de fasciite plantar. Os pacientes foram divididos, de forma aleatória em dois grupos. Grupo 1 - constituído de 20 pacientes, que fizeram 10 sessões de fisioterapia com ultra-som, cinesioterapia e orientação domiciliar de alongamentos. Grupo 2 constituído de 20 pacientes, que fizeram três aplicações, uma vez por semana, com ondas de choque radial e orientação domiciliar de alongamentos. Todos os pacientes passaram por uma avaliação de dor e função antes, depois e após 3 meses do tratamento. A média de idade foi 49,6 ± 11,8 (25-68) anos, 85% gênero feminino, 88% estavam acima do peso, 63% tinham comprometimento bilateral e 83% usavam analgésicos regularmente. RESULTADOS: Os dois tratamentos foram eficazes na melhora da dor e função dos pacientes com fasciite plantar. O efeito das ondas de choque foi observado em tempo menor. CONCLUSÃO: O tratamento com ondas de choque não foi mais efetivo que o tratamento de fisioterapia convencional, quando avaliado três meses após o final do tratamento / OBJECTIVE: To compare radial shockwave treatment and conventional physiotherapy for plantar fasciitis. MATERIALS AND METHODS: Forty patients with plantar fasciitis were included in this study. They were randomly divided into two groups. Group 1 - was composed of 20 patients who underwent 10 physiotherapy sessions each, consisting of ultrasound, kinesiotherapy and instruction for stretching exercises at home. Group 2 - was composed of 20 patients who underwent three applications of radial shockwaves (once a week) and received instruction for stretching exercises at home. Pain and function were evaluated before treatment, immediately afterwards, and three months later. The mean age of the patients was 49.6 ± 11.8 years (range 25-68); 85% were female, 88% were overweight, 63% had bilateral impairment, and 83% used analgesics regularly. RESULTS: Both treatments were effective for pain reduction and for improving the functional abilities of patients with plantar fasciitis. The effect of the shockwaves was apparent sooner than physiotherapy after the onset of treatment. CONCLUSION: Shockwave treatment was no more effective than conventional physiotherapy treatment when evaluated three months after the end of treatment

This thesis addresses the important problem of shock wave--boundary layer interaction (SBLI) flows for aerospace engineering applications. Moreover, the work emphasizes the need for high fidelity simulations for the appropriate treatment of such flows. In this context, RANS solvers appear as a cost effective CFD approach. Therefore, the present work conducts studies in such a way to identify and to understand limitations, strengths and capabilities of RANS simulations for SBLI flows. Since turbulence modeling is an important issue on the accuracy of such simulations, the efforts here are concentrated on assessing the capabilities of several models that range from linear eddy-viscosity models (EVM) to Reynolds-stress closures (RSM). It would be expected that a RSM-type model could provide better solutions for a 3-D turbulent boundary layer under the action of high adverse pressure gradients, once such models allow for anisotropy between the Reynolds stress components. In order to achieve such goals, the configurations presented at the 2010 AIAA SBLI Workshop are chosen as the current test cases. Such test cases deal with high speed flows and very complex phenomena, including boundary layer separation. Meshes, composed of hexahedral and wedge elements, have been built. Mesh refinement and grid convergence studies are performed in order to identify a grid with a good compromise between accuracy and computational cost. In any event, even using the baseline grids, the present work has found that the computations are considerably expensive. Several simulations are presented for the test cases. Although no turbulence model has remarkably shown an outstanding performance over the others, the present work indicates that the SST and SA closures are the ones providing the best results for the test cases of interest here. Nonetheless, the two closures still present shortcomings in the simulation of SBLI flows. The overall simulation results using the RSM closure for the present SBLI test cases are not better than the SA and SST results. One must observe that the latter are much simpler turbulence models. Additional studies shall be focused on providing more robustness to the simulations with the 7-equation RSM turbulence model.

Motores scramjet representam uma tecnologia promissora em aplicações aeroespaciais hipersônicas. A principal vantagem dessa classe de sistemas propulsivos deve-se ao fato de que tais motores não precisam transportar consigo o oxidante, que é obtido da própria atmosfera. Essa característica proporciona uma considerável redução de peso que, por sua vez, se traduz em maior capacidade de carga útil e maior impulso específico que motores foguete convencionais. Entre as possíveis aplicações para motores scramjet está a utilização como um dos estágios de veículos aeroespaciais, aeronaves de cruzeiro hipersônicas de caráter militar ou civil e mísseis hipersônicos. Apesar de serem estudados desde os anos 1960, com diversos avanços significativos já alcançados, não há, atualmente, motores scramjet utilizados em aplicações reais, estando essa tecnologia ainda em fase de testes e desenvolvimento. Entre os países que têm investido no domínio da tecnologia scramjet encontram-se Estados Unidos, Austrália, Rússia, França, Alemanha e Japão. No Brasil, esforços também têm sido realizados no Laboratório de Aerotermodinâmica e Hipersônica Prof. Henry T. Nagamatsu, do Instituto de Estudos Avançados (IEAv), em São José dos Campos.Um dos projetos de veículos hipersônicos scramjet desenvolvidos no IEAv é o veículo hipersônico aeroespacial 14-X B, objeto de análise deste estudo, projetado para voar com número de Mach 7 numa altitude de 30 km. Este trabalho teve por objetivo realizar uma análise de desempenho do veículo 14-X B nas suas diversas condições de operação possíveis. Para tanto, desenvolveu-se, primeiramente, uma metodologia para determinação do envelope de voo com base na geometria do veículo, combustível utilizado e num conjunto de critérios de restrição reunidos da literatura. Realizou-se, então, um estudo do comportamento das ondas de choque/expansão nas diversas condições de operação possíveis, identificando-se como prevê-las a partir da informação das condições de voo. Por meio de um conjunto de hipóteses simplificadoras, entre elas a de que o escoamento ao longo do veículo consiste de ar caloricamente perfeito e sem viscosidade, foi desenvolvida uma rotina para calcular o envelope de voo e os parâmetros de desempenho ao longo desse envelope para um veículo com configuração 2D, com base na sua geometria e combustível. Os resultados foram comparados com resultados de uma análise CFD que utilizou hipóteses semelhantes para três casos distintos e a maior diferença foi de 22%. Por fim, foi realizada uma análise dos resultados obtidos para três casos: i) considerando voo de cruzeiro; ii) considerando voo para máxima aceleração e iii) alterando-se um parâmetro de voo de cada vez (altitude, Mach, ângulo de ataque e razão de equivalência). Foram avaliadas as tendências dos parâmetros de desempenho, buscando-se compreender o porquê de cada comportamento, identificar oportunidades de melhorias e alertar para situações indesejadas.

Fluid motion has always been of great importance for humanity since much of our progress has been related to our understanding of fluid dynamics and to our control over the fluids surrounding us. In particular, the experimental techniques and the methods for numerical simulation developed during the last century allowed for great progresses both in creating new technologies and in improving old ones. Despite the great importance of experimental techniques, measuring all properties of a fluid throughout the whole domain, without intefering with the flow to be studied, is impossible. Also, building models even in scale is usually expansive. Both of these reasons have driven the development of numerical methods to the point they became an invaluable tool for fluid dynamic studies and the main tool for developing engineering solutions. If numerical methods are to be of any use, though, they have to correctly describe the problem geometry as well as capture the rich dynamics in a variety of flow situations, such as turbulence, boundary-layers and shock-waves. This thesis addresses two of these problems. In particular, I show modified versions of two immersed-interface methods to describe the geometry, simplifying their implementations with no impact to their applicability. I also introduce two methods for handling shock-waves: first aiming to minimize computational costs, then improving shock-wave resolution without increasing the number of grid points. / O movimento dos fluidos sempre foi de grande importância para a humanidade, dado que muito de nosso progresso esteve intimamente relacionado a um entendimento mais profundo de fluidodinâmica e de como controlar os flúidos ao nosso redor. Em particular, os métodos experimentais e de simulação computacional, desenvolvidos no último século, nos permitiram grandes avanços na criação de novas tecnologias e na otimização das já existentes. Apesar de sua grande importância, as dificuldades de se mensurar todas as propriedades de um flúido em todo o espaço, sem interferir com o comportamento do fluxo, além dos custos de se elaborar experimentos em tamanho real ou em escala, fez com que cada vez mais os métodos numéricos se tornassem uma importante ferramenta no estudo da fluido dinâmica e a principal ferramenta para o desenvolvimento de soluções de engenharia. Porém, para efetivamente substituir experimentos, os métodos numéricos tem que ser capazes de corretamente descrever a geometria do problema, além de capturarem todo tipo de comportamento apresentado pelos flúidos, como turbulência, camada limite e ondas de choque. Esta tese busca contribuir com dois destes desafios. Em particular, mostro versões modificadas de métodos de interface imersa para a descrição da geometria, simplificando as implementações originais sem prejudicar sua aplicabilidade. Também abordo métodos para tratar ondas de choque: primeiro buscando minimizar o esforço computacional e depois buscando aumentar a resolução do choque sem precisar refinar a malha computacional.

Dissertação (mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico. Programa de Pós-Graduação em Engenharia Elétrica. / Made available in DSpace on 2012-10-19T10:08:36Z (GMT). No. of bitstreams: 0Bitstream added on 2014-09-25T21:39:35Z : No. of bitstreams: 1 179678.pdf: 12044321 bytes, checksum: 0e58e4c9736dbbc2ec3726821956ac5d (MD5) / A Litotripsia Extracorpórea por Ondas de Choque (LEOC) é uma terapia que apresenta menores riscos para o paciente quando comparada a outras terapias utilizadas para tratar cálculos urinários. Porém, a tecnologia utilizada para a realização da LEOC envolve riscos que às vezes não são totalmente conhecidos pelos operadores destes equipamentos. Além disso, no Brasil, atualmente não existem normas relativas a ensaios de segurança e funcionalidade para este tipo equipamentos. O presente estudo apresenta os fatores tanto físicos quanto clínicos que influenciam na eficácia e segurança da LEOC. São também indicados os ensaios de funcionalidade a serem realizados nestes equipamentos e os instrumentos de medição para fazê-los.

Made available in DSpace on 2014-06-11T19:23:39Z (GMT). No. of bitstreams: 0 Previous issue date: 2007-11-21Bitstream added on 2014-06-13T20:50:45Z : No. of bitstreams: 1 ferreira_fo_me_ilha.pdf: 819769 bytes, checksum: 88d8eb791de97678aeffb0163237a264 (MD5) / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES) / Os escoamentos em superfície livre que ocorrem em canais inclinados, tanto em fluido Newtoniano quanto em fluido não-Newtoniano (hiperconcentrado), podem desenvolver instabilidades, tais como ondas em forma de ressalto hidráulico, com comprimentos bem definidos. Tais perturbações são denominadas Roll Waves. Essas ondas são comuns em canais artificiais, em lavas torrenciais e deslizamento de avalanchas. Neste trabalho, no plano teórico, é determinado um modelo matemático geral, com base nas equações de Navier- Stokes integradas na vertical, em cujo tensor de tensões é introduzido a reologia de Herschel- Bulkley. A velocidade média do escoamento é determinada levando-se em consideração que o escoamento apresenta um perfil de velocidade parabólico na região cisalhada (próximo ao fundo do canal) acoplado a um perfil linear na região não cisalhada (condição de plug), característico dos escoamentos de lamas e detritos. A partir do sistema de equações (conservação da massa e equação da quantidade de movimento) em variáveis adimensionais, uma análise de estabilidade linear é realizada, colocando em evidência as condições de formação dessas instabilidades, tanto em fluido hiperconcentrado como em fluido Newtoniano. Com as condições de formação de instabilidades estabelecidas, uma teoria analítica de Roll Waves permanente é imposta e um modelo matemático para geração de tais instabilidades é determinado. No plano numérico, utilizando a linguagem de programação Python, a validade do modelo é verificada, considerando que essas ondas são ajustadas por choques devido às singularidades existentes no modelo. Com a determinação das condições de choque e da velocidade de propagação da onda em um ponto crítico; pode-se observar a formação de Roll Waves em fluidos não Newtonianos com reologia de Herschel-Bulkley, Bingham, Power Law, como também em fluido Newtoniano. / The flows in free surface that occur in sloping canals, such as Newtonian fluid as in non- Newtonian fluid (hyperconcentrated), they can develop instabilities, such as long waves in form of hydraulical jumps, with well defined lengths; these instabilities are called Roll Waves, more common in artificial canals, torrential spillways of dams, lava and avalanche landslide. This work, in the theoretical plan, a general mathematical model is determined, on the basis of the integrated Navier-Stokes equation in the vertical, of tensor tensions the rheology of Herschel-Bulkley is introduced. The average velocity of the flows is determined taking itself in consideration that the flows presents a parabolic profile of speed in the shear region (near of the floor of canal) connected to a linear profile in the region not shear (condition of plug), categorized as flows of mudflows and debris flows. From the system of equations (conservation of the mass and equation of the momentum) in adimensional variables, an analysis of linear stability is carried through, placing the conditions of formation of these instabilities, as much in hyperconcentrated fluid as in Newtonian fluid. With the conditions of formation of instabilities established, a analytical theory of permanent Roll Waves is imployed and a mathematical model for geration of such stabilities it’s determined. In the numerical plan, using the computational consol Python, the validity of model is checked, considering of this waves are adjusted by shocks devided by the singularities existents in the model. With the determination of conditions of shock and the velocity of propagation of wave in a critical point; we can observe the formation of Roll Waves such in fluids non-Newtonians (Herschel- Bulkley, Bingham, Power law) as Newtonian fluids.