Submitted by Almir Azevedo (barbio1313@gmail.com) on 2014-07-07T16:24:17Z No. of bitstreams: 0 / Made available in DSpace on 2014-07-07T16:24:17Z (GMT). No. of bitstreams: 0 Previous issue date: 2013 / A Fluidodinâmica Computacional (CFD) oferece ferramentas eficientes para o estudo de dispersão de radionuclídeos, inclusive em problemas onde há decaimento radioativo. Este trabalho apresenta um tratamento via fluidodinâmica computacional da dispersão de radionuclídeos, aplicável tanto na dispersão em ambientes internos quanto na dispersão externa e, em ambos os casos, tanto por via atmosférica quanto aquática. A primeira situação é de fundamental importância para a otimização do projeto de salas que abrigam material radioativo visando à segurança e minimização da dose em caso de dispersão. A segunda situação diz respeito à dispersão para o exterior de instalações nucleares ou radiativas, sendo de grande relevância para oferecer subsídios para a análise de segurança e de impacto ambiental no entorno da instalação. Neste trabalho as equações de quantidade de movimento, energia e transporte com decaimento de material radioativo são discretizadas para obtenção de soluções numéricas. O programa desenvolvido emprega simulação das grandes escalas de turbulência (LES) combinadas com técnicas de computação paralela e distribuída / The computational fluid dynamics (CFD) offers efficient tools for the study of dispersion of radionuclides, including problems where radioactive decay needs to be considered. This work presents a CFD approach for the analysis of radionuclides dispersion, applicable both for internal and external environments, either through air or aquatic ways. The first case is relevant for the optimization of the design of rooms that keep or store radioactive material and is also important for safety and the minimization of doses in the event of dispersion. The second case concerns external dispersion from nuclear and radioactive installations and is essential for safety analysis and the evaluation of environment impact of such installations. In this work the equations governing momentum, energy and transport with decay of radioactive materials are discretized in order that numerical solutions can be obtained. Additionally, the code developed employs Large Eddy Simulation (LES) of turbulence combined with techniques of parallel distributed computing

Made available in DSpace on 2014-06-12T18:02:46Z (GMT). No. of bitstreams: 2 arquivo623_1.pdf: 2167071 bytes, checksum: 5a243f653f3ac1d630bf389f37b0202f (MD5) license.txt: 1748 bytes, checksum: 8a4605be74aa9ea9d79846c1fba20a33 (MD5) Previous issue date: 2010 / Universidade Federal Rural de Pernambuco / Nesta tese, propomos um modelo dinâmico estocástico para intermitência em turbul ência completamente desenvolvida. O modelo é baseado na noção fenomenológica da cascata de energia em turbulência, segundo a qual a energia é injetada na escala integral do sistema por um fluxo externo, formando estruturas coerentes (vórtices) grandes que eventualmente se dividem em vórtices menores, que por sua vez se dividem em vórtices ainda menores, até atingirem a escala de dissipação, onde a energia é dissipada por efeitos de viscosidade. Desta maneira, a energia é transferida essencialmente sem dissipação pela cascata através de uma hierarquia de vórtices de tamanhos cada vez menores. Em nosso modelo, a dinâmica dos fluxos de energia (i.e., as taxas de transferência de energia) entre escalas sucessivas é descrita por um sistema de equações diferenciais estocásticas acopladas que são deduzidas a partir de condições fisicamente razoáveis. Sob a hipótese adicional de que as escalas de tempo característico para a dinâmica em escalas sucessivas são bem separadas, é possível calcular a função densidade de probabilidade (fdp) do fluxo de energia em um dado nível N da cascata de energia como uma integral múltipla que envolve os fluxos de energia de todas as escalas acima. Os momentos da taxa de dissipação de energia em uma dada escala r são encontrados e exibem comportamento de lei de potência cujos expoentes foram calculados analiticamente. Também mostramos que o modelo Log-Normal de Kolmogorov de intermitência é obtido do nosso modelo no limite de uma cascata infinita. Usando a fdp do fluxo de energia, a distribuição de probabilidade dos incrementos de velocidade é calculada explicitamente e expressa em termos de funções hipergeométricas generalizadas do tipo NF0. Estas distribuições são generaliza ções naturais das distribuições gaussiana e da chamada q-gaussiana, correspondendo aos casos 0F0 e 1F0, respectivamente, e representando (para N > 0) uma grande classe de distribuições de probabilidade com caudas de lei de potência e variância finita. As predições do modelo estão em excelente acordo com experimentos de turbulência Euleriana e turbulência Lagrangeana. O modelo também é aplicado para descrever flutuações dos preços de ativos financeiros. No contexto da analogia entre turbulência e mercados financeiros, nosso modelo de intermitência é reformulado como um modelo de volatilidade estocástica, descrevendo quantitativamente pela primeira vez a chamada cascata de informa ção dos mercados financeiros. Mostramos que as distribuições teóricas ajustam muito bem as distribuições empíricas dos retornos do Ibovespa para registros de alta frequência (cotações intraday). Uma aplicação do modelo à precificação de opções também é discutida brevemente. Finalmente, uma generalização do nosso modelo é apresentada, a qual resulta em toda a família de distribuições baseadas nas funções hipergeométricas generalizadas NFM. Possíveis aplicações desta classe geral de distribuições são mencionadas brevemente

In the study of the dispersion of contaminants in the atmosphere by computational simulations, the Eulerian approach, based in the diffusionadvection equation, is largely employed. In these simulations, concentration values are calculated at each point of a fixed grid in space and time and for this to be done it is necessary to determine an appropriated eddy diffusivity to the planetary boundary layer under consideration. The aim of this work is to describe the decay of turbulence in the residual layer and to derive the corresponding eddy diffusivity for the case of a homogeneous (in the horizontal plane) and isotropic turbulent flow neglecting mechanical and thermal production effects. The decay of turbulence is described as a process in which eddies of a certain size loss their energy by the effect of an eddy viscosity associated with the smallest eddies through a cascade of interactions of local character in the sense of Heisenberg s model. The eddy diffusivities are calculated by considering the dispersive effects of the energy-containing eddies on the basis of Taylor s statistical diffusion model. Considering the hypothesis that the law of decay of the energy spectral density function associated with the ith axis of the reference system is similar to the law of decay of the tridimensional energy spectral density function, the corresponding variance of the turbulent part of the velocity and the corresponding eddy diffusivity are calculated. These quantities, in particular for the vertical axis, are compared with results of large eddy simulations (LES) showing very good agreement. Finally, incorporating the calculated eddy diffusivity in a Eulerian model, the effect of turbulence in the vertical dispersion of an passive scalar contaminant in the residual layer is described for the special case of a instantaneous bidimensional emission source (area source) at a certain height over land and zero mean wind velocity. / No estudo da difusão de um contaminante na atmosfera por meio de simulações computacionais é bastante utilizada a perspectiva euleriana, baseada na equação da difusão-advecção. Nessas simulações, os valores de concentração são calculados em cada ponto de um retículo fixo no espaço e no tempo e para que isso possa ser feito, é necessário determinar a difusividade turbulenta (coeficiente de difusão turbulento) para o tipo de camada limite planetária em questão. O objetivo desse trabalho é descrever o decaimento da turbulência na camada residual e derivar a correspondente difusividade turbulenta no caso de um escoamento turbulento homogêneo (no plano horizontal) e isotrópico, desprezando os efeitos mecânicos de cisalhamento e térmicos das correntes de convecção. O decaimento da turbulência é descrito como um processo em que os turbilhões de certo tamanho perdem energia por efeito de uma viscosidade cinemática turbulenta associada aos turbilhões menores através de interações em cascata de caráter local nos moldes do modelo de Heisenberg. A difusividade turbulenta é calculada pelos efeitos dispersivos dos turbilhões energéticos com base no modelo estatístico de Taylor. Com a hipótese de que o decaimento da função densidade espectral de energia unidimensional associada ao i-ésimo eixo do sistema de referência é similar à lei de decaimento da função densidade espectral tridimensional, calcula-se a correspondente variância da componente turbulenta da velocidade e a correspondente difusividade turbulenta e essas grandezas associadas ao eixo vertical, em particular, são comparadas com resultados obtidos por simulação numérica de grandes turbilhões (LES) mostrando uma concordância muito boa. Finalmente, incorporando a difusividade turbulenta calculada num modelo euleriano, descreve-se o efeito da turbulência na dispersão vertical de um contaminante escalar passivo na camada residual no caso especial de uma fonte bidimensional (fonte área) com emissão instantânea situada a uma certa altura acima do solo e na ausência de vento.

The planetary boundary layer (PBL) is a physical system presenting a variety of complex states characterized by the turbulence phenomenon. An understanding of the turbulence patterns and its structural details is of fundamental importance in large and small meteorological scales and atmospheric dispersion. From the numerical point of view, the PBL turbulence has been investigated employing LES models. In LES, only the energy-containing eddies of the degrees of freedom of the turbulent field are explicitly resolved and the effect of the smaller, more isotropic eddies, needs to be parameterized. Modeling these residual turbulent motions, which are also termed subfilter-scale motions, is in large part a phenomenological procedure based on heuristic arguments. These movements are called subfiltro or subgrade and the description of its effects is a major problem in the formulation models of large eddy simulation. Therefore, the derivation of subfilter viscosities expressed in terms of a cutoff wave number is a fundamental procedure in LES methodology. The purpose of the present study is to derive a new turbulent subfilter viscosity based on the energy at cutoff from the Taylor statistical diffusion theory. As an additional purpose, this new viscosity is used in a LES model to obtain a new profile of the vertical velocity skewness in the convective boundary layer (CBL). A comparison between the results of the skewness generated by the LES simulation with the observed skewness values in surface shows that the calculated numerically values are consistent with those observed. Vertical profiles of the simulated skewness by the LES is employed in a Lagrangian stochastic diffusion model to reproduce the contaminants concentrations measured during the Prairie Grass experiment. This new profile simulated from the LES can be used in diffusion models to reproduce the observed contaminants concentrations. / A camada limite planetária (CLP) é um sistema físico que apresenta uma variedade de estados complexos caracterizados pelo fenômeno da turbulência. O entendimento dos padrões de turbulência e os seus detalhes estruturais é de fundamental importância nas grandes e pequenas escalas meteorológicas e na dispersão atmosférica. Do ponto de vista numérico, a turbulência na CLP tem sido investigada empregando Large Eddy Simulation Models (LES). Nos modelos de Simulação dos Grandes Turbilhões, os graus de liberdade contendo a energia principal do campo turbulento são resolvidos explicitamente, enquanto o efeito dos menores e mais isotrópicos é parametrizado. A modelagem destes movimentos turbulentos menores e residuais é normalmente baseada em argumentos heurísticos. Tais movimentos são também chamados de subfiltro ou subgrade e a descrição dos seus efeitos constitui um problema fundamental na construção de modelos de Simulação dos Grandes Turbilhões. Desta forma, a derivação de viscosidades de subfiltro expressa em termos do número de onda de corte é um procedimento fundamental na metodologia LES. O objetivo do presente estudo é derivar uma nova viscosidade turbulenta de subfiltro baseada teoria de difusão estatística de Taylor. Como um objetivo adicional, esta nova viscosidade será empregada em um modelo LES para se obter um novo perfil do skewness da velocidade vertical turbulenta na camada limite convectiva (CBL). Uma comparação entre os resultados do skewness gerado pela simulação LES com dados observados do skewness na superfície mostra que os valores modelados estão de acordo com os observados. O perfil vertical do skewness simulado pelo LES é empregado em um modelo estocástico de difusão Lagrangiano para reproduzir as concentrações de contaminantes medidas durante o experimento de Prairie Grass. Este novo perfil de skewness simulado a partir do LES pode ser usado em modelos de difusão para reproduzir concentrações observadas de contaminantes.

Neste trabalho investigamos os efeitos de choques (induzidos por supernovas) e de turbulência magneto-hidrodinâmica no processo de formação estelar. Primeiramente, considerando o impacto de um remanescente de supernova (RSN) com uma nuvem neutra magnetizada derivamos analiticamente um conjunto de condições através das quais estas interações podem levar à formação de estruturas densas capazes de tornarem-se gravitacionalmente instáveis e formar estrelas. Usando estas condições, construímos diagramas do raio do RSN, $R_$, versus a densidade inicial da nuvem, $n_c$, os quais delimitam um domínio no espaço paramétrico onde a formação estelar é permitida. Estes diagramas foram testados através de simulações numéricas magneto-hidrodinâmicas tridimensionais (3D MHD) onde seguimos a evolução espaço-temporal da interação de um RSN com uma nuvem auto-gravitante. Verificamos que a análise numérica está de acordo com os resultados previstos pelos diagramas. Observamos ainda que a presença de um campo magnético fraco, $\\sim 1 \\; \\mu$G, inicialmente homogêneo e perpendicular à velocidade de impacto do RSN, resulta em uma pequena diminuição da região permitida para formação estelar nos diagramas quando comparado a diagramas para nuvens não magnetizadas. Já um campo magnético mais intenso ($\\sim 10\\;\\mu$G) causa um encolhimento significativo nestas, como esperado. Embora derivados de considerações analíticas simples estes diagramas fornecem uma ferramenta útil para identificar locais onde a formação estelar pode ter sido induzida pelo impacto de uma onda de choque de SN. Aplicações a algumas regiões de nossa Galáxia (como a Grande Concha de CO na direção de Escorpião e a Nuvem Periférica 2 na direção da constelação de Cassiopeia) mostram que a formação estelar nestes locais pode ter sido induzida por uma onda de choque de um RSN em passado recente, quando se consideram valores específicos para as condições iniciais das nuvens impactadas.%, para valores específicos de raio do RSN e uma faixa de densidades iniciais possíveis para estas nuvens. Avaliamos também a eficiência de formação estelar efetiva para estas interações e encontramos que esta é geralmente menor do que os valores observados para a nossa Galáxia (sfe $\\sim$ 0.01$-$0.3). Este resultado é consistente com outros trabalhos da literatura e também sugere que este mecanismo, embora poderoso para induzir a formação de estruturas, turbulência supersônica e eventualmente formação estelar local, não parece ser suficiente para induzir a formação estelar global em galáxia normais, nem mesmo quando o campo magnético é desprezado. Além do estudo acima, exploramos ainda a formação estelar considerando a injeção prévia de turbulência (por um mecanismo físico arbitrário) em nuvens magnetizadas. Para uma nuvem ou glóbulo de nuvem molecular formar estrelas deve haver transporte de fluxo magnético das regiões internas mais densas para as regiões externas menos densas da nuvem, de outra forma o colapso poderá ser impedido pela força magnética. Consideramos aqui um novo mecanismo. Reconexão magnética rápida, a qual ocorre em presença de turbulência, pode induzir um processo de difusão eficiente dos campos magnéticos. Neste trabalho investigamos esse processo por meio de simulações numéricas 3D MHD e suas implicações para a formação estelar, estendendo um estudo prévio realizado para nuvens de simetria cilíndrica e sem auto-gravidade (Santos-Lima et al. 2010). Aqui consideramos nuvens mais realistas com potenciais gravitacionais esféricos (devido a estrelas embebidas) e também levando em conta os efeitos da auto-gravidade do gás. Determinamos, pela primeira vez, quais as condições em que o transporte do campo magnético devido à difusão por reconexão turbulenta leva uma nuvem inicialmente subcrítica a tornar-se super-crítica e capaz de colapsar para formar estrelas. Nossos resultados indicam que a formação de um núcleo supercrítico é resultado de uma complexa interação entre gravidade, auto-gravidade, intensidade do campo magnético e turbulência aproximadamente trans-sônica e trans-Alfvénica. Em particular, a auto-gravidade favorece a difusão do campo magnético por reconexão turbulenta e, como resultado, seu desacoplamento do gás colapsante torna-se mais eficiente do que quando apenas um campo gravitacional externo está presente. Demonstramos que a difusão por reconexão turbulenta é capaz de remover fluxo magnético da maior parte das nuvens investigadas, porém somente uma minoria desenvolve núcleos aproximadamente críticos ou super-críticos, o que é consistente com as observações. A formação destes é restrita ao seguinte intervalo de condições iniciais para as nuvens: razão pressão térmica-pressão magnética, $\\beta \\sim 1$ a $3$, razões entre a energia turbulenta e a energia magnética $E_/E_\\sim 1.62$ a $2.96$, e densidades $50 < n < 140$ cm$^$, quando consideramos massas estelares M$_{\\star}\\sim 25$M$_{\\odot}$, implicando uma massa total da nuvem (gás + estrelas) M$_\\lesssim 120$M$_{\\odot}$. / In this work, we have investigated the effects of shocks (induced by supernovae) and magnetohydrodynamical turbulence in the process of star formation. Considering first, the impact of a supernova remnant (SNR) with a neutral magnetized cloud we derived analytically a set of conditions through which these interactions can lead to the formation of dense structures able to become gravitationally unstable and form stars. Using these conditions, we have built diagrams of the SNR radius, $R_{SNR}$, versus the initial cloud density, $n_c$, that constrain a domain in the parameter space where star formation is allowed. These diagrams have been also tested by means of three-dimensional magneto-hydrodynamical (3D MHD) numerical simulations where the space-time evolution of a SNR interacting with a self-gravitating cloud is followed. We find that the numerical analysis is in agreement with the results predicted by the diagrams. We have also found that the effects of a weak homogeneous magnetic field ($\\sim 1 \\; \\mu$G) approximately perpendicular to the impact velocity of the SNR results only a small decrease of the allowed zone for star formation in the diagrams when compared with the diagrams with non-magnetized clouds. A larger magnetic field ($\\sim 10\\;\\mu$G) on the other hand, causes a significant shrinking of the star formation zone, as one should expect. Although derived from simple analytical considerations, these diagrams provide a useful tool for identifying sites where star formation could be triggered by the impact of a SN blast wave. Applications of them to a few regions of our own Galaxy (e.g., the large CO shell in the direction of Scorpious, and the Edge Cloud 2 in the direction of the Cassiopeia constellation) have revealed that star formation in those sites could have been triggered by shock waves from SNRs in a recent past, when considering specific values of the SNR radius and the initial conditions in the neutral clouds. We have also evaluated the effective star formation efficiency for this sort of interaction and found that it is generally smaller than the observed values in our Galaxy (sfe $\\sim$ 0.01$-$0.3). This result is consistent with previous work in the literature and also suggests that the mechanism presently investigated, though very powerful to drive structure formation, supersonic turbulence and eventually, local star formation, does not seem to be sufficient to drive $global$ star formation in normal star forming galaxies, not even when the magnetic field is neglected. Besides the study above, we have also explored star formation considering a priori injection of turbulence (by an arbitrary physical mechanism) in magnetized clouds. For a molecular cloud clump to form stars some transport of magnetic flux may be required from the denser, inner regions to the outer regions of the cloud, otherwise this can prevent the gravitational collapse. We have considered here a new mechanism. Fast magnetic reconnection which takes place in the presence of turbulence can induce a process of reconnection diffusion of the magnetic field. In this work, we have investigated this process by means of 3D MHD numerical simulations considering its implications on star formation. We have extended a previous study which considered clouds with cylindrical geometry and no self-gravity (Santos-Lima et al. 2010). Here, we considered more realistic clouds with spherical gravitational potentials (from embedded stars) and also accounted for the effects of the gas self-gravity. We demonstrated that reconnection diffusion takes place. We have also, for the first time, determined the conditions under which reconnection diffusion is efficient enough to make an initially subcritical cloud clump to become supercritical and collapse. Our results indicate that the formation of a supercritical core is regulated by a complex interplay between gravity, self-gravity, magnetic field strength and nearly transonic and trans-Alfvénic turbulence. In particular, self-gravity helps reconnection diffusion and, as a result, the magnetic field decoupling from the collapsing gas becomes more efficient than in the case when only an external gravitational field is present. We have demonstrated that reconnection diffusion is able to remove magnetic flux from most of the collapsing clumps analysed, but only a few of them develop nearly critical or supercritical cores, which is consistent with the observations. Their formation is restricted to a range of initial conditions for the clouds as follows: thermal to magnetic pressure ratios $\\beta \\sim$ 1 to 3, turbulent to magnetic energy ratios $E_{turb}/E_{mag}\\sim 1.62$ to $2.96$, and densities $50 < n < 140$ cm$^{-3}$, when considering stellar masses M$_{\\star}\\sim 25$M$_{\\odot}$, implying total (gas+stellar) masses M$_{tot} \\lesssim 120$M$_{\\odot}$.

A fibrilação, atrial ou ventricular, é caracterizada por uma desorganização da atividade elétrica do músculo. O coração, que normalmente contrai-se globalmente, em uníssono e uniforme, durante a fibrilação contrai-se localmente em várias regiões, de modo descoordenado. Para estudar qualitativamente este fenômeno, é aqui proposto um novo modelo matemático, mais simples do que os demais existentes e que, principalmente, admite uma representação singela na forma de circuito elétrico equivalente. O modelo foi desenvolvido empiricamente, após estudo crítico dos modelos conhecidos, e após uma série de sucessivas tentativas, ajustes e correções. O modelo mostra-se eficaz na simulação dos fenômenos, que se traduzem em padrões espaciais e temporais das ondas de excitação normais e patológicas, propagando-se em uma grade de pontos que representa o tecido muscular. O trabalho aqui desenvolvido é a parte básica e essencial de um projeto em andamento no Departamento de Engenharia Elétrica da EESC-USP, que é a elaboração de uma rede elétrica ativa, tal que possa ser estudada utilizando recursos computacionais de simuladores usualmente aplicados em projetos de circuitos integrados / Atrial and ventricular fibrillation are characterized by a disorganized electrical activity of the cardiac muscle. While normal heart contracts uniformly as a whole, during fibrillation several small regions of the muscle contracts locally and uncoordinatedly. The present work introduces a new mathematical model for the qualitative study of fibrillation. The proposed model is simpler than other known models and, more importantly, it leads to a very simple electrical equivalent circuit of the excitable cell membrane. The final form of the model equations was established after a long process of trial runs and modifications. Simulation results using the new model are in accordance with those obtained using other (more complex) models found in the related literature. As usual, simulations are performed on a two-dimensional grid of points (representing a piece of heart tissue) where normal or pathological spatial and temporal wave patterns are produced. As a future work, the proposed model will be used as the building block of a large active electrical network representing the muscle tissue, in an integrated circuit simulator

The subject of this study is the determination of the resistance of an inland vessel engaged in cargo transport in the lower course of the Magdalena River, considering that the hydrodynamic effects in shallow water navigation are very different compared to the effects in deep water navigation. The hydrodynamic analysis is realized numerically using Computational Fluid Dynamics (CFD). The Reynolds-Averaging Navier-Stokes equation (RANS) solver is applied to simulate viscous and pressure effects around a tank and a hull in confined tank considering the wall bottom and side effects in shallow water navigation. For turbulence effects, realizable k-? model is used. The motion of the vessel causes elevations of the free surface, in which, is captured using the Volume of Fluid method (VOF). For discretization of flow domain, the Finite Volume Method (FVM) is applied. The motion of the fluids is updated for each time step that allows the calculation of the resistance acting on the hull. The numerical simulation results are compared with experimental data obtained by the Technological Research Institute of the State of São Paulo (IPT, acronym in Portuguese) together with the existing empirical methods for this type of cases. / É apresentado um estudo para determinar a resistência de uma barcaça empregada no transporte de carga que poderia operar no setor baixo do rio Magdalena. Os efeitos hidrodinâmicos de um navio em águas rasas são muito diferentes, comparados a esses efeitos em águas com profundidade infinita. A análise hidrodinâmica é realizada numericamente usando a Dinâmica dos Fluidos Computacional (CFD, acrônimo em inglês). A solução das equações de Navier-Stokes (NS) junto com a decomposição do Reynolds (RANS, acrônimo em inglês) é aplicada para simular os efeitos viscosos e de pressão em torno de um tanque e de uma embarcação em um tanque confinado que é caracterizado pelos efeitos do fundo e das paredes. Para efeitos de turbulência, o modelo realizado k-? é usado. O movimento da embarcação do rio provoca elevações da superfície livre que são capturadas usando o método do Volume de Fluido (VOF, acrônimo em inglês). Para a discretização do domínio de fluxo, o Método dos Volumes Finitos (FVM, acrônimo em inglês) é utilizado. O movimento dos fluidos é atualizado para cada intervalo de tempo o que permite o cálculo da resistência atuando no casco. Os resultados da simulação numérica são comparados com dados experimentais obtidos pelo Instituto de Pesquisas Tecnológicas do Estado de São Paulo (IPT), juntamente com os métodos empíricos existentes para esse tipo de casos.

Circuitos de convecção natural ou sistemas de circulação natural são empregados em diversas áreas da engenharia. Reatores nucleares refrigerados a água utilizam circuitos de circulação natural como método passivo de seguranca. Em situações críticas, sem qualquer controle externo, o sistema permanece em segurança por suas próprias características de funcionamento (intrinsecamente seguro). O trabalho proposto consiste em estudar numericamente o circuito de circulação natural de água, localizado no Instituto de Pesquisas Energéticas e Nucleares / Comissão Nacional de Energia Nuclear em São Paulo, por meio do uso de modelos matemáticos, objetivando determinar o padrão do escoamento em condições sem mudança de fase líquido-vapor. A comparação dos resultados de temperatura obtidos por cada um dos modelos de turbulência aos pontos instrumentados no circuito experimental, na condição transitória, revelou desvios significativos nas respostas do modelo de zero equação. Desvios intermediário foram observados nos modelos de transporte da viscosidade turbulenta (EVTE), k - &omega;, SST e SSG e resultados melhores foram vericados nos modelos k - &epsilon; e DES (com significativa superioridade do primeiro modelo). / Natural circulation loops apply to many engineering applications such as: water heating solar energy system (thermo-siphons), thermal management of electrical components (voltage converter), geothermal energy, nuclear reactors, etc. In pressurized water nuclear reactors, known as PWR\'s, the natural circulation loops are employed to ensure passive safety. In critical situations, the heat transfer will occur only by natural convection, without any external control or mechanical devices. This feature is desired and has been considered in modern nuclear reactor projects. This work consists of a numerical study of the natural circulation loop, located at the Instituto de Pesquisas Energeticas e Nucleares / Comissão Nacional de Energia Nuclear in São Paulo, Brazil, in order to establish the ow pattern in single phase conditions. The comparison of numerical results to experiments in transient condition revealed significant deviations for the Zero Equation turbulence model. Intermediate deviations for the Eddy Viscosity Turbulence Equation (EVTE), k - &omega;, SST e SSG models. And the best results are obtained by the k - &epsilon; e DES models (with better results for the k - &epsilon; model).

O procedimento de dimensionamento de uma linha lateral de microirrigação necessita avaliar com precisão as perdas de carga distribuídas na tubulação e as perdas de carga localizadas nas inserções dos emissores com os tubos. Estas perdas localizadas podem ser significativas quando comparadas com as perdas de carga totais, devido ao grande número de emissores instalados ao longo da linha lateral. Este trabalho reporta os resultados de um experimento sobre perda de carga distribuída, fator de atrito e perda de carga localizada em conexões de emissores &#34;on-line&#34; em tubos de polietileno de pequeno diâmetro. Foram utilizados cinco tubos com diâmetros internos de 10,0 mm, 13,0 mm, 16,3 mm, 17,4 mm e 19,7 mm. O experimento foi conduzido para números de Reynolds no intervalo de 5000 a 68000, obtidos pela variação da vazão nos tubos, a uma temperatura média da água de 20 &#177; 2 &#176;C. Os resultados foram analisados e concluiu-se que o fator de atrito f da equação de Darcy-Weisbach pode ser estimado com c = 0,300 e m = 0,25. A equação de Blasius com c = 0,316 e m = 0,25 mostrou-se conservadora na estimativa do fator de atrito, porém esse fato não constitui limitação para sua utilização em projetos de microirrigação. As análises mostraram que as duas equações proporcionam estimativas de f com pequeno desvio médio (5,1%). Para um dado conjunto tubo-conexão o coeficiente de carga cinética (KL) foi praticamente independente do número de Reynolds, para R>20000, sugerindo que cada conjunto tubo-conexão pode ser caracterizado por um valor médio de KL. Para desenvolver um procedimento de estimativa de KL, a geometria da conexão entre o emissor e o tubo foi caracterizada por um índice de obstrução IO, que depende da razão (r) entre a área da seção transversal do tubo, onde o conector está localizado, e a área da seção transversal do tubo fora do conector. Uma função potência foi ajustada aos pares experimentais (IO, KL). A seleção do modelo é consistente com o fenômeno físico uma vez que KL = 0 para r = 1 (nenhuma obstrução dentro do tubo). Para 5000<R68000 a relação foi KL = 1,23 (IO)0,51 com R2 = 0,9556 e erro padrão do ajuste igual a 0,04245. As diferenças entre os valores de KL estimados e observados são normalmente distribuídas. / Microirrigation lateral design procedure needs to accuratel evaluation of both the pipe head losses and the local losses that are due to the protrusion of emitter barbs into the flow. These local losses, in fact (in relation to the high number of emitters located along the line) can become significant compared to the overall energy loss. On this paper, the results of an experimental study on the pipe head losses, friction factor and head local losses for small-diameters polyethylene pipes are reported. The experiment was carried out using a range of Reynolds number between 5000 to 68000, obtained by varying discharge at 20 &#177; 2 &#176;C water temperature, with a internal diameter pipes of 10,0 mm, 13,0 mm, 16,3 mm, 17,4 mm and 19,7 mm. According to the results analysis and experimental conditions the friction factor (f) of the Darcy-Weisbach equation can be estimated with c = 0,300 and m = 0,25. The Blasius equation (c = 0,316 and m = 0,25) gives a conservative estimative of f, although this fact is non restrictive for microirrigationsystem design. The analysis shows that both the Blasius and the adjusted equation parameters allow accurate friction factor estimate, characterized by low mean error (5,1%). For a given pipeconnection system, the fraction KL of kinetic head was practically independent of the Reynolds number, for R>20000, which suggested that each system can be characterized by the mean value of KL. To derive an estimating procedure of KL, the geometry of the connection between the emitter and the pipe was characterized by the obstruction index IO, which is dependent on the ratio (r) between the pipe cross-section area corresponding to the section in which the emitter is located, and the pipe cross-section area. A power relationship was then fitted to the experimental IO, KL data pairs. The selection form of thr relationship is consistent with the physical phenomenon since it estimates KL = 0 for r = 1 (no obstruction into the pipe). For 5000<R<68000 the relationship was KL = 1,23 (IO)0,51 with R2 = 0,9556 and standard fit error equal to 0,04245. The differences between KL observed values and the calculated ones are normally distributed.

Introdução: A obstrução nasal é um sintoma presente em várias doenças nasais. Este projeto propõe desenvolver uma metodologia para o cálculo da resistência nasal ao fluxo aerífero por meio de fluidodinâmica computacional e comparar os resultados dessa técnica com os da rinomanometria. Métodos: a resistência nasal ao fluxo aerífero foi medida por rinomanometria, experimentalmente e por fluidodinâmica computacional. A influência da segmentação da tomografia computadorizada nas variáveis de fluidodinâmica computacional foi investigada. O modelo computacional de escoamento laminar foi comparado ao modelo de turbulência k-w padrão. Foram analisadas a acurácia, correlação e concordância entre a resistência nasal calculada por fluidodinâmica computacional com aquela obtida por experimento e rinomanometria. Resultados: A resistência nasal provida por fluidodinâmica computacional pode variar até 50% de acordo com os critérios de segmentação da tomografia computadorizada. O modelo de turbulência k-w padrão apresentou acurácia de 93,1%, demonstrando melhor desempenho que o modelo laminar para prever a resistência da cavidade nasal. A correlação entre a vazão em 75Pa obtida por rinomanometria e fluidodinâmica computacional foi alta para ambas as cavidades, Pearson r = 0,75 p < 0,001. Não houve concordância entre a resistência nasal fornecida pelos dois métodos. A resistência nasal por fluidodinâmica computacional é, em média, 65% da resistência por rinomanometria. Conclusão: os critérios para segmentação da cavidade nasal interferem na resistência calculada por fluidodinâmica computacional. A metodologia de fluidodinâmica computacional para calcular a resistência nasal foi validada experimentalmente. O modelo de escoamento turbulento é melhor que o modelo laminar para calcular a resistência nasal. A resistência nasal calculada por fluidodinâmica computacional apresentou alta correlação com a medida por rinomanometria anterior ativa, mas o nível de concordância entre os métodos não permite comparação direta entre os valores obtidos por cada um / Introduction: Nasal obstruction is a symptom present in various nasal diseases. This project proposes to develop a methodology for the calculation of nasal resistance to airflow through computational fluid dynamics and, to compare the results of this technique with those of rhinomanometry. Methods: nasal airflow resistance was measured by rhinomanometry, experimentally and computational fluid dynamics. We investigated the influence of computed tomography segmentation on the computational fluid dynamics variables. The computational model of laminar flow was compared to the kw turbulence model. The accuracy, correlation and agreement between the nasal resistance calculated by computational fluid dynamics was analyzed comparing it with nasal resistance obtained through experiment and rhinomanometry. Results: The nasal resistance provided by computational fluid dynamics can vary up to 50% according to the computed tomography segmentation criteria. The k-w turbulence model showed accuracy of 93.1%, presenting a better performance than the laminar model to predict nasal cavity resistance. The correlation between the flow in 75Pa obtained by rhinomanometry and computational fluid dynamics was high for both cavities, Pearson r >= 0.75 p < 0.001. There was no agreement between nasal resistance provided by the two methods. Nasal resistance due to computational fluid dynamics is, on average, 65% of rhinomanometric resistance. Conclusion: the criteria used for nasal cavity segmentation interfere with the resistance calculated by computational fluid dynamics. The methodology of computational fluid dynamics to calculate nasal resistance was validated experimentally. The turbulent flow model is better than the laminar model to calculate nasal resistance. The nasal resistance calculated by computational fluid dynamics showed a high correlation with the measurement by active rhinomanometry, but the level of agreement between the methods does not allow a direct comparison between the values obtained by each one