The seepage of fluid through saturated porous media may lead to inner erosion, channelization, preferential flow and transport and deposition of particles. A novel mathematical model was created to describe some of the processes. The model describes a temporal and spatial development of porosity (volume fraction) and permeability (transmissivity) due to erosion and deposition in saturated porous and fractured media. The model calculates the change of permeability and porosity in a direction of different fracture joint sets. The model is based on multi-continua theory, where a region is divided into components (three or more components in this thesis). The components are described by separate differential equations. This approach was used recently by Mahadevan et al. (2012) and Fujisawa et al. (2009) for erosion of porous media. This thesis describes the approaches, assumptions and the equations used in the model. In contrast to the published models, the thesis considers anisotropy. It is characterized by transmissivity tensor (also hydraulic conductivity tensor), which is composed of vectors in the joint sets directions. The model also uses a Dupuit approximation, which allows to approximate flow onto a horizontal plane. The model is also introduced by a numerical simulation using final element...

Bedding angle is a fundamental property of a particulate system that describes the resistance to rolling motion of a single grain. Mean trends of the bedding angle of sand have been described in the literature. This research expands upon the work to date by investigating the distribution of bedding angle for sands. Experimental measurements of bedding angle distributions are made for eight sands. Additionally, a theoretical description of the variability of bedding angle as a function of random grain size is developed and implemented numerically. The shape of the bedding angle distribution is found to be simulated well from the numerical simulations; the mean value of bedding angle is best predicted from particle roundness and empirical relationships. Together, these procedures provide a means of predicting the complete distribution of bedding angle for any given sand.

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O objetivo da presente pesquisa consiste em identificar feições macro e micromorfológicas (em escala de campo e do microscópio óptico, respectivamente) e evidências analíticas (parâmetros físicos e químicos) que indiquem possíveis mecanismos de translocações, perdas e acumulações de matéria no interior da cobertura pedológica, possivelmente responsáveis pela modificação do modelado em um transecto localizado na região de São Pedro (SP). O transecto estudado, denominado Espraiado, subdivide-se em 5 segmentos: segmento superior, segmento médio e segmentos inferiores a, b e c. O segmento superior apresenta baixas declividades e presença do Neossolo Quarzarênico, solo espesso e arenoso caracterizado pela sequência vertical de horizontes A, AE, E com bandas e C-1. O segmento médio apresenta declividades comparativamente médias e presença dos Argissolos Amarelo e Acinzentado, caracterizados pela espessura menor que a do Neossolo Quartzarênico e pela sequência de horizontes A, AE, E com bandas, Bt, C-2 e C-3. Os segmentos inferiores possuem as maiores declividades e solos com a maior presença de argila e a menor espessura do transecto: Cambissolo Háplico, com sequência de horizontes A, ABi, Bi, C-2 e C-3; e Neossolo Litólico, com sequência de horizontes A, C-2 e C-3. As feições identificadas, principalmente macro e micromorfológicas, indicam a ocorrência de processos químicos e mecânicos no interior da cobertura pedológica, desencadeados principalmente pela circulação da água no interior dos solos e responsáveis pela redistribuição e/ou remoção de material em todo o transecto. No Neossolo Quartzarênico, onde há provavelmente maior infiltração de água e dominância do fluxo interno vertical, foi encontrada maior presença das seguintes feições: bandas e interbandas, interpretadas como evidências de-iluviação de plasma; golfos nas partículas de quartzo, interpretados como evidências de dissolução de sílica; e feições relacionadas ao fenômeno de plasma infusion, o qual provoca a desintegração das partículas de areia em partículas menores. Nos Argissolos (Amarelo e Acinzentado) e no Cambissolo Háplico, onde há menor infiltração de água e provavelmente maior presença de fluxo interno lateral, estas feições aparecem em menor quantidade, mas dominam outras, tais como: bandas e interbandas, provavelmente associadas à perda de de plasma do horizonte subjacente; oríficos e concavidades superficiais provavelmente associados ao processo de piping, mosqueamentos que indicam processos de hidromorfia e, portanto, maior mobilidade do ferro reduzido, e feições relacionadas à mobilização de plasma e esqueleto nos macroporos. As únicas feições encontradas que indicam a deposição ou precipitação de elementos no sistema foram as bandas do Neossolo Quartzarênico (as quais indicam simultaneamente perda de matéria), e as denominadas “superfícies duplas" das partículas de quartzo. Desta forma, parece que a cobertura pedológica do transecto Espraiado caracteriza-se principalmente pela perda generalizada de matéria, provavelmente associada a uma perda de volume dos solos e a um rebaixamento do modelado local, assim como descrito em outras áreas tropicais. Assim, os resultados apresentados estão em desacordo com a idéia de oposição entre os processos pedogenéticos e morfogenéticos, comumente presente na visão tradicional das relações solo-relevo, uma vez que os processos deduzidos são possivelmente responsáveis não apenas por mudanças de características morfológicas da cobertura pedológica, mas também por mudanças no modelado. Além disto, a presença destes processos na área estudada parece estar de acordo com os princípios da teoria de etchplanação. / The objective of this research is to identify macro and micromorphological features (field and and optical microscopic scale, respectively) and analitycal evidences (physical and chemical parameters), indicative of translocations, losses and acumulations mechanisms inside the soils, that probably leads to changes in the form of a transect, localized in São Pedro region, São Paulo State, Brazil. The studied transect, called Espraiado, is divided into five segments: superior segment, medium segment and a, b and c inferior segments. The superior segment presents low slope angles and presence of quartz sand, that is a deep soil characterized of the vertical sequence of A, AE, E (with bands) and C-1 horizons. The medium segment has moderate slope angles and the presence of podzolic soils, that are shallower than quartz sand soil and follow vertical sequence of horizons: A, AE, E (with bands), Bt, C-2 and C-3. The inferior segments have the highest slope angles and soils with the highest clay content and the lowest thickness of the transect: cambic soil, that has vertical sequence of A, ABi, Bi, C-2 and C-3 horizons; or A, C-2 and C-3 horizons. The identified macro and micromorphological features suggest the occurrence of chemical and mechanical processes inside the pedological cover, mainly triggered for water circulation in soils. These processes are probably responsible for material translocation and/or remotion in the whole transect. In quartz sand soil, where there are probably high water infiltration rates and dominant internal vertical flux, there are the great amounts of the follow features: bands/interband, interpreted as plasma e-illuviation evidences, embayed quartz particles, interpreted as silica dissolution evidences, and plasma infusion, a phenomenon that leads to the desintegration of sand-sized particles and the formation of silt-sized particles. In podzolic and cambic soils ,where there are probably lower water infiltration rates soils and dominant internal lateral flux, there are fewer of these features and dominance of others, like bands/interbands probably related to plasma losses; holes and concavities probably related to piping processes, motlles suggesting hydromorfic processes that induce the mobility of reduced Fe, and features associated to plasma and skeleton mobility in macropores. Only two features suggest deposition or precipitation of elements in the soil system: bands, mainly in quartz sand soil, and the “double surfaces" of the quartz particles. It seems that pedological cover of the Espraiado transect is mainly characterized by general losses that lead to soil volume loss and landsurface lowering, as described in other tropical areas. Therefore, the presented results disagree with the opposition idea of pedogenetic and morphogenetic processes, presented in traditional views of soil-landforms relationships, since the deduced processes in this research are probably responsible for both soil and landform changes. Furthermore, the presence of the identified chemical processes in Espraiado transect appear to conform to concepts of etchplanation.

O objetivo da presente pesquisa consiste em identificar feições macro e micromorfológicas (em escala de campo e do microscópio óptico, respectivamente) e evidências analíticas (parâmetros físicos e químicos) que indiquem possíveis mecanismos de translocações, perdas e acumulações de matéria no interior da cobertura pedológica, possivelmente responsáveis pela modificação do modelado em um transecto localizado na região de São Pedro (SP). O transecto estudado, denominado Espraiado, subdivide-se em 5 segmentos: segmento superior, segmento médio e segmentos inferiores a, b e c. O segmento superior apresenta baixas declividades e presença do Neossolo Quarzarênico, solo espesso e arenoso caracterizado pela sequência vertical de horizontes A, AE, E com bandas e C-1. O segmento médio apresenta declividades comparativamente médias e presença dos Argissolos Amarelo e Acinzentado, caracterizados pela espessura menor que a do Neossolo Quartzarênico e pela sequência de horizontes A, AE, E com bandas, Bt, C-2 e C-3. Os segmentos inferiores possuem as maiores declividades e solos com a maior presença de argila e a menor espessura do transecto: Cambissolo Háplico, com sequência de horizontes A, ABi, Bi, C-2 e C-3; e Neossolo Litólico, com sequência de horizontes A, C-2 e C-3. As feições identificadas, principalmente macro e micromorfológicas, indicam a ocorrência de processos químicos e mecânicos no interior da cobertura pedológica, desencadeados principalmente pela circulação da água no interior dos solos e responsáveis pela redistribuição e/ou remoção de material em todo o transecto. No Neossolo Quartzarênico, onde há provavelmente maior infiltração de água e dominância do fluxo interno vertical, foi encontrada maior presença das seguintes feições: bandas e interbandas, interpretadas como evidências de-iluviação de plasma; golfos nas partículas de quartzo, interpretados como evidências de dissolução de sílica; e feições relacionadas ao fenômeno de plasma infusion, o qual provoca a desintegração das partículas de areia em partículas menores. Nos Argissolos (Amarelo e Acinzentado) e no Cambissolo Háplico, onde há menor infiltração de água e provavelmente maior presença de fluxo interno lateral, estas feições aparecem em menor quantidade, mas dominam outras, tais como: bandas e interbandas, provavelmente associadas à perda de de plasma do horizonte subjacente; oríficos e concavidades superficiais provavelmente associados ao processo de piping, mosqueamentos que indicam processos de hidromorfia e, portanto, maior mobilidade do ferro reduzido, e feições relacionadas à mobilização de plasma e esqueleto nos macroporos. As únicas feições encontradas que indicam a deposição ou precipitação de elementos no sistema foram as bandas do Neossolo Quartzarênico (as quais indicam simultaneamente perda de matéria), e as denominadas “superfícies duplas” das partículas de quartzo. Desta forma, parece que a cobertura pedológica do transecto Espraiado caracteriza-se principalmente pela perda generalizada de matéria, provavelmente associada a uma perda de volume dos solos e a um rebaixamento do modelado local, assim como descrito em outras áreas tropicais. Assim, os resultados apresentados estão em desacordo com a idéia de oposição entre os processos pedogenéticos e morfogenéticos, comumente presente na visão tradicional das relações solo-relevo, uma vez que os processos deduzidos são possivelmente responsáveis não apenas por mudanças de características morfológicas da cobertura pedológica, mas também por mudanças no modelado. Além disto, a presença destes processos na área estudada parece estar de acordo com os princípios da teoria de etchplanação. / The objective of this research is to identify macro and micromorphological features (field and and optical microscopic scale, respectively) and analitycal evidences (physical and chemical parameters), indicative of translocations, losses and acumulations mechanisms inside the soils, that probably leads to changes in the form of a transect, localized in São Pedro region, São Paulo State, Brazil. The studied transect, called Espraiado, is divided into five segments: superior segment, medium segment and a, b and c inferior segments. The superior segment presents low slope angles and presence of quartz sand, that is a deep soil characterized of the vertical sequence of A, AE, E (with bands) and C-1 horizons. The medium segment has moderate slope angles and the presence of podzolic soils, that are shallower than quartz sand soil and follow vertical sequence of horizons: A, AE, E (with bands), Bt, C-2 and C-3. The inferior segments have the highest slope angles and soils with the highest clay content and the lowest thickness of the transect: cambic soil, that has vertical sequence of A, ABi, Bi, C-2 and C-3 horizons; or A, C-2 and C-3 horizons. The identified macro and micromorphological features suggest the occurrence of chemical and mechanical processes inside the pedological cover, mainly triggered for water circulation in soils. These processes are probably responsible for material translocation and/or remotion in the whole transect. In quartz sand soil, where there are probably high water infiltration rates and dominant internal vertical flux, there are the great amounts of the follow features: bands/interband, interpreted as plasma e-illuviation evidences, embayed quartz particles, interpreted as silica dissolution evidences, and plasma infusion, a phenomenon that leads to the desintegration of sand-sized particles and the formation of silt-sized particles. In podzolic and cambic soils ,where there are probably lower water infiltration rates soils and dominant internal lateral flux, there are fewer of these features and dominance of others, like bands/interbands probably related to plasma losses; holes and concavities probably related to piping processes, motlles suggesting hydromorfic processes that induce the mobility of reduced Fe, and features associated to plasma and skeleton mobility in macropores. Only two features suggest deposition or precipitation of elements in the soil system: bands, mainly in quartz sand soil, and the “double surfaces” of the quartz particles. It seems that pedological cover of the Espraiado transect is mainly characterized by general losses that lead to soil volume loss and landsurface lowering, as described in other tropical areas. Therefore, the presented results disagree with the opposition idea of pedogenetic and morphogenetic processes, presented in traditional views of soil-landforms relationships, since the deduced processes in this research are probably responsible for both soil and landform changes. Furthermore, the presence of the identified chemical processes in Espraiado transect appear to conform to concepts of etchplanation.

The main goal of the diploma thesis is to design the hydraulic part of the new piping system, which is added to the existing project of the Dukovany Nuclear Power Plant. At the beginning of the work is theoretical basis for the design of the hydraulic part. The next part is the selection of piping material for aggressive refrigerant with subsequent verification of the pipe wall thickness. The piping system is designed with specific components from the companies SIGMA GROUP a.s., ARAKO spol. s.r.o. and ARMATURY Group a.s. In the last part, hydraulic solution is developed and commented using the excel program. The piping system is processed into the drawing documentation including bill of materials.

The Thesis solves the issue of a design and construction of piping specifically focused on boiler apparatus and its equipment. This issue is important for creation of the piping classes in the (PDMS) programmes and for acceleration of output parameters which are mainly the temperature, materials, variable parameters, etc. This leads to other problems such as service life, security, economy, etc., are.

Fundamentado na mecânica da fratura, o conceito do Leak-Before-Break (LBB) \"Vazamento Antes da Falha\" considera que um vazamento proveniente de uma trinca pode ser detectado antes de alcançar um tamanho crítico que implique na falha da tubulação, ou seja, a análise do LBB demostra através de uma justificativa técnica que a probabilidade de ruptura da tubulação é extremamente baixa. Dentre os aspectos que envolvem a aplicação do LBB, os principais são: a definição das propriedades do material, que são extraídos através de ensaios à tração e à fratura; a análise do vazamento, que determina a taxa de vazamento devido à presença de uma trinca passante; e a análise que verifica se a trinca é estável considerando os modos de falha por rasgamento dúctil e por colapso plástico. Os materiais SA-508 Cl. 3, SA-106 Gr. B e SA-376-TP304 foram avaliados quanto aos seus desempenhos para o LBB. Utilizaram-se dados extraídos de casos da literatura para as propriedades dos materiais, e para a geometria e carregamentos da tubulação, todos correspondentes ao circuito primário de um reator PWR. Após aplicação do LBB, constatou-se que todos os três materiais atenderam os limites do estabelecidos na metodologia. Verificou-se que os materiais SA-508 Cl. 3 e SA-376-TP304 mostraram o melhor desempenho para falha por rasgamento dúctil e falha por colapso plástico, respectivamente, e o material SA-106 Gr. B teve o menor desempenho em ambos. Todos os três materiais apresentaram o colapso plástico como modo de falha mais provável. De uma forma generalizada, o material SA-376-TP304 obteve o melhor desempenho para o LBB dentre os três materiais avaliados neste trabalho. / Based on the fracture mechanics, the Leak-Before-Break (LBB) concept considers that a leakage from a crack can be detected before reaching a critical size that implies the pipe failure, that is, the LBB analysis demonstrates through a technical justification that the probability of pipe rupture is extremely low. Among the aspects that involve the application of LBB, the main ones are: the definition of the material properties, which are obtained through tensile and fracture tests; the leakage analysis, which determines the rate of leakage due to the presence of a through-wall crack; and the analysis that verifies if the crack is stable considering the failure modes by ductile tearing and plastic collapse. The materials SA-508 Cl. 3, SA-106 Gr. B and SA-376-TP304 were evaluated in relation to their performances for LBB. Data obtained from literature cases were used for the materials properties, and for the geometry and loadings of the pipe, all corresponding to the primary circuit of a PWR reactor. After application of the LBB, it was verified that all three materials met the limits established in the methodology. The materials SA-508 Cl. 3 and SA-376-TP304 showed the best performance for ductile tearing failure and plastic collapse failure, respectively, and the material SA-106 Gr. B material had the lowest performance in both. All three materials presented plastic collapse as the most likely failure mode. In general, the material SA-376-TP304 obtained the best performance for the LBB among the three materials evaluated in this work.

Nas plantas industriais dos setores químico e petroquímico observa-se uma grande quantidade de complexas redes de tubulações instaladas, o que se deve basicamente à necessidade de transferir e processar fluídos em diversas condições de pressão e temperatura em suas operações produtivas. Uma indústria petroquímica de médio porte possui entre 3.000 e 15.000 toneladas de tubulações de aço-carbono instaladas, fazendo com que o adequado dimensionamento desse sistema de tubulações adquira grande importância. Este trabalho caracteriza os principais componentes, materiais, condições de projeto e critérios normativos existentes, em especial sob temperaturas elevadas. Realiza uma avaliação comparativa dos métodos de solução estrutural dessas tubulações e analisa criticamente algumas das premissas originais que ainda orientam o seu dimensionamento, visando uma melhor adequação destas. Por fim, juntamente com um estudo de caso, apresenta uma proposta de metodologia de dimensionamento, aplicando o Método dos Elementos Finitos, com o objetivo de aliar mais segurança, otimizar a construção e permitir um projeto mais econômico, diante das grandes quantidades de material envolvidas nessas instalações. / In the chemical and petrochemical plants we can notice a big amount and complexity of pipings installeds, it happens due to the need to transfer and process fluids with differents pressures and temperatures and to get the operational requirements of production. A middle size petrochemical plant has among 3,000 to 15,000 tons of carbon steel pipings assembled so an adjusted sizing of these piping systems is very important. This study presents the main components, materials, design features and existing code procedures, especially under higher temperatures. It makes a comparative valuation about methods of structural solution to pipings and discussing previous concepts applied in the codes to improve these applications. In also, together a case study, presents a proposal of a methodology to sizing of pipings using Finity Element Analyse, with the goal to get a solution more safety, optimized and an economic project, in front of the large quantity of material involved in these installations.

A literature review of current phase separation publications was conducted. Data sets were collected and compiled into a Two-Phase Flow Separation Database. Examination of this database indicating a need for further investigation into the liquid entertainment phenomena for smaller hot-leg to branch diameters and intermittent flow regimes. A detailed analysis to the prototypic phase separation process is presented and the associated phenomena are identified. Appropriate scaling criteria were employed for the design of a scaled test facility. Geometry and the flow conditions of the test facility were determined accordingly to Wu et. al (1998). A series of phase separation tests conducted at the Air-water Test Loop for Advanced Thermal-hydraulic Studies (ATLATS) and Advanced Plan Experiment (APEX) has been completed. Results show that the criteria developed by Smoglie (1984) used in RELAP5, reasonably predicts the onset of liquid entrainment. However, the steady-state entrainment correlation in RELAP5 significantly underpredicts primary coolant removal rates. This discrepancy is due to the effects of downstream boundary conditions and pool entrainment and carry-over from the reactor vessel. Due to pool entrainment, entrainment through the branch continues when the reactor vessel mixture level drops below the bottom of the hot-leg. This investigation shows that RELAP5 is non-conservative when predicting coolant removal rates due to steady state liquid entrainment in a horizontal mainline with a vertical branch for stratified, stratified-wavy, transition, and stepped hot-leg flow regimes. / Graduation date: 2001