No presente trabalho avalia-se o comportamento da difusão e da convecção natural em sistemas térmicos que possuem armazenadores de calor, como os que envolvem coletores solares ligados a reservatórios de água quente. Através da solução das equações diferenciais que regem o problema, obtém-se os campos de velocidade e temperatura no interior destes armazenadores. Este último, especialmente, é importante para a determinação da performance térmica de todo o sistema. A intensidade da estratificação térmica depende do fluxo de entrada e saída de água no reservatório, da sua razão de aspecto, da posição da resistência elétrica de apoio, se ela existir, da espessura e difusividade térmica da parede e da espessura e material do isolamento térmico. A perda de calor para o meio ambiente causa um fluxo de líquido descendente, junto às paredes do reservatório, incorrendo em camadas limites hidrodinânlica e térmica. Além do papel destas camadas limites, também investiga-se a importância relativa da difusão de calor através da parede metálica do armazenador, na sua direção axial (altura). Não são investigados neste trabalho os efeitos de entrada e saída do líquido do armazenador, e também as correntes convectivas originadas do suprimento de calor por resistência elétrica. As equações da energia e do movimento são resolvidas de forma acoplada, em coordenadas cilíndricas axissimétricas, em regime transiente, empregando o Método dos Volumes Finitos. / In the present work the diffusion behavior as well as the natural convection in thermal systems that possess heat reservoirs, like the ones that involve solar collectors connected to hot water reservoirs, have been evaluated. Through the solution of the differential equations that describe the problem, the velocity fields and the internal temperature of these tanks have been obtained. The last one is specially important for the determination of the thermal performance of the whole system. Intensity of the thermal stratification depends on the entrance and exit water flow in the reservoir, on the tanks aspect ratio, on the position support of the electrical resistance, if it exists, on the thickness and thermal diffusion of the wall and on the material of thermal insulation. The loss of heat for the environment brings about a descending liquid flow, next to the walls of the reservoir, ending up by creating hidrodynamic and thermal boundary layers. Besides the role of these boundary layers, the relative importance o f the heat diffusion through the metallic wall of the reservoir in its axial direction (height), also has been investigated. The effects of the entrance and exit of liquid in the reservoir, as well as the convective currents originated from the heat supplied by electric resistance have not been investigated. The energy and moment equations are solved in a coupled way, in axissimetrical cilyndrical coordinates, in transient regime, employing a Finite Volume Method.

Les travaux de recherche présentés dans ce mémoire portent sur des méthodes d'homogénéisation et d'approximation numérique pour des écoulements mono ou multiphasiques en milieux poreux hétérogènes. Les applications visées proviennent des problèmes de l'ingénierie pétrolière, la gestion des déchets radioactifs et la gestion des ressources en eau souterraines. On s'intéresse à des méthodes numériques pour le calcul des coefficients effectifs obtenus par des méthodes asymptotiques de mise à l'échelle, à des méthodes d'éléments finis mixtes, à des méthodes de volumes finis et à leur implémentation. Des méthodes numériques ont été développées pour la simulation des écoulements miscibles ou immiscibles en milieux poreux hétérogènes. Trois thèmes sont abordés. Le premier traite de l'homogénéisation pour des écoulements mono ou multiphasiques en milieux poreux. Les résultats de convergence obtenus sont établis à l'aide de la convergence à deux échelles et/ou la L-convergence. Le calcul des paramètres effectifs nécessite la résolution de problèmes locaux sur une cellule de base. Les méthodes numériques utilisées sont de type éléments finis conformes, éléments finis mixtes et volumes finis. Nous avons développé une plate-forme (Homogenizer++), en Java, de calcul de paramètres effectifs. Homogenizer++ est basée sur une Interface Homme Machine conviviale et utilisée comme un pré-processing à des simulations numériques d'écoulements en milieux poreux hétérogènes. Le deuxième thème porte sur l'approximation numérique de systèmes d'écoulements diphasiques miscibles ou immiscibles en milieux poreux. Le modèle miscible fait intervenir une équation elliptique couplée à une équation de diffusion-convection-réaction linéaire. Tandis que le modèle immiscible fait intervenir une équation elliptique couplée à une équation de diffusion-convection nonlinéaire et dégénérée. On utilise une méthode d'éléments finis mixtes pour l'approximation de l'équation elliptique combinée à un schéma volumes finis pour l'équation de diffusion-convection. Pour chaque système, on montre que le schéma est $L^\infty$ et BV stables, sous une condition CFL, et satisfait le principe du maximum discret. Ensuite, on établit des résultats de convergence vers la solution faible du problème. Les simulations numériques réalisées confirment l'efficacité des schémas numériques proposés. Un estimateur a posteriori d'un schéma volume finis pour l'équation de Darcy a été développé pour des maillages anisotropiques. On montre théoriquement et numériquement l'efficacité de cette méthode d'adaptation de maillage. Enfin le dernier thème concerne des méthodes d'approximation numérique pour des problèmes de ressources en eau souterraines. Une méthode sans maillage couplée à un algorithme génétique a été développée et implémentée pour une équation de diffusion modélisant un écoulement monophasique en milieux poreux. Puis on montre numériquement l'efficacité d'une méthode combinant les éléments frontières et un algorithme génétique pour un problème d'intrusion d'eau marine dans les nappes aquifères.

Conventional ultrasonographic examination of the bovine ovary is based on a sequence of two-dimensional (2D) cross-section images. Day-to-day estimation of the number, size, shape and position of the ovarian follicles is one of the most important aspects of ovarian research. Computer-assisted follicle segmentation of ovarian volume can relieve physicians from the tedious manual detection of follicles, provide objective assessment of spatial relationships between the ovarian structures and therefore has the potential to improve accuracy. Modern segmentation procedures are performed on 2D images and the three-dimensional (3D) visualization of follicles is obtained from the reconstruction of a sequence of 2D segmented follicles. <p>The objective of this study was to develop a semi-automatic 3D follicle segmentation method based on seeded region growing. The 3D datasets were acquired from a sequence of 2D ultrasound images and the ovarian structures were segmented from the reconstructed ovarian volume in a single step. A seed is placed manually in each follicle and the growth of the seed is controlled by the algorithm using a combination of average grey-level, standard deviation of the intensity, newly-developed volumetric comparison test and a termination criterion. One important contribution of this algorithm is that it overcomes the boundary leakage problem of follicles of conventional 2D segmentation procedures. The results were validated against the aspiration volume of follicles, the manually detected follicles by an expert and an existing algorithm.<p>We anticipate that this algorithm will enhance follicular assessment based on current ultrasound techniques in cases when large numbers of follicles (e.g. ovarian superstimulation) obviate accurate counting and size measurement.

Nous présentons de nouveaux schémas numériques pour l'approximation de problèmes de diffusion hétérogène et anisotrope sur des maillages généraux. Sous des hypothèses correspondant aux cas industriels, nous montrons qu'un premier schéma, qui est centré sur les mailles, possède un petit stencil et converge dans le cas de tenseurs discontinus. La preuve de la convergence repose sur des propriétés de consistance des gradients discrets issus du schéma. Dans une seconde partie, nous proposons des méthodes de correction non linéaire du schéma initial pour obtenir le principe du maximum. L'efficacité de ces schémas est étudiée sur des tests numériques ayant fait l'objet de bancs d'essais d'une grande variété de schémas de volumes finis. Les comparaisons avec les schémas volumes finis classiques montrent l'apport de ces schémas en termes de précision. Nous montrons ainsi le bon comportement de ces schémas sur des maillages déformés, et le maintien de la précision des schémas non-linéaires, alors que les oscillations ont été supprimées.

Conventional ultrasonographic examination of the bovine ovary is based on a sequence of two-dimensional (2D) cross-section images. Day-to-day estimation of the number, size, shape and position of the ovarian follicles is one of the most important aspects of ovarian research. Computer-assisted follicle segmentation of ovarian volume can relieve physicians from the tedious manual detection of follicles, provide objective assessment of spatial relationships between the ovarian structures and therefore has the potential to improve accuracy. Modern segmentation procedures are performed on 2D images and the three-dimensional (3D) visualization of follicles is obtained from the reconstruction of a sequence of 2D segmented follicles. <p>The objective of this study was to develop a semi-automatic 3D follicle segmentation method based on seeded region growing. The 3D datasets were acquired from a sequence of 2D ultrasound images and the ovarian structures were segmented from the reconstructed ovarian volume in a single step. A seed is placed manually in each follicle and the growth of the seed is controlled by the algorithm using a combination of average grey-level, standard deviation of the intensity, newly-developed volumetric comparison test and a termination criterion. One important contribution of this algorithm is that it overcomes the boundary leakage problem of follicles of conventional 2D segmentation procedures. The results were validated against the aspiration volume of follicles, the manually detected follicles by an expert and an existing algorithm.<p>We anticipate that this algorithm will enhance follicular assessment based on current ultrasound techniques in cases when large numbers of follicles (e.g. ovarian superstimulation) obviate accurate counting and size measurement.

Nous avons modélisé numériquement la stabilité d'un système de deux couches d'un même fluide pur supercritique soumis à une différence de température initiale à l'interface. La grande compressibilité et la faible diffusivité thermique des fluides critiques entraînent une instabilité gravitationnelle de type Rayleigh-Taylor de la couche de diffusion. Cette instabilité est similaire à celle que l'on retrouve dans le cas de deux fluides miscibles à condition de remplacer le coefficient de diffusion moléculaire par celui de la diffusion thermique. Nos résultats numériques semblent être consistants, d'un point de vue de la relation de dispersion dans le cas linéaire, avec ceux de Duff et al. [Duf62] considérés dans le cas de deux fluides miscibles. Nous avons aussi montré que, lorsque l'épaisseur de la couche inférieure devient plus petite que l'épaisseur de la couche de diffusion thermique basée sur le taux de croissance maximal alors le système devenait stable. Un diagramme de stabilité a été établi en fonction de trois paramètres: l'épaisseur de la couche inférieure, la différence de densité entre les deux couches et la distance au point critique. Lorsque l'on s'approche du point critique, la stratification devient de plus importante (à cause de la forte compressibilité) et tend à stabiliser la configuration. Par ailleurs, le filtrage acoustique initialement utilisé afin de réduire les coûts de calcul, ne s'est pas avéré nécessaire puisque la méthode des volumes finis est naturellement filtrante (formulation intégrale ou variationnelle des équations).

Reproduction de : Thèse de doctorat : Dynamique des fluides : Toulouse, INPT : 2007. / Titre provenant de l'écran-titre. Bibliogr. 114 réf.

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Tese (doutorado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico, Programa de Pós-Graduação em Engenharia Mecânica, Florianópolis, 2011 / Made available in DSpace on 2012-10-25T22:28:22Z (GMT). No. of bitstreams: 1 291658.pdf: 6352696 bytes, checksum: 4f7fdc827cfb2775f53dfc592068af68 (MD5) / A simulação numérica é uma das ferramentas mais poderosas que auxiliam a tomada de decisões nos processos de produção de reservatórios de petróleo. Entretanto, atualmente há uma defasagem entre a qualidade da descrição física e geométrica dos reservatórios disponível e a capacidade dos métodos numéricos empregados para resolver os modelos de escoamento multifásico nos simuladores comerciais. O grande desafio é incorporar essa informação detalhada em modelos numéricos de modo a incrementar a precisão e a confiabilidade das simulações obtidas. Uma das alternativas para tanto, analisada neste trabalho, é a utilização de malhas não-estruturadas híbridas como base geométrica para a discretização das equações que modelam o escoamento nos reservatórios. As malhas tridimensionais consideradas podem estar formadas, no caso mais geral, por quatro tipos de elementos: tetraedros, hexaedros, prismas e pirâmides. Uma vez que cada um desses tipos de elementos se adapta melhor à discretização de determinados tipos de geometrias, a possibilidade de utilizá-los do modo unificado em uma mesma formulação confere a ela um alto grau de flexibilidade geométrica. O método de volumes finitos baseado em elementos é considerado neste trabalho para a discretização das equações diferenciais que descrevem o escoamento multifásico nos reservatórios. Uma das principais características do método, de importância fundamental na simulação de reservatórios, é a conservação estrita das grandezas físicas no nível discreto. Mediante experimentos numéricos empregando a formulação apresentada, diversas características da metodologia são avaliadas neste trabalho.

Dissertação (Mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico, Programa de Pós-Graduação em Engenharia Química, Florianópolis, 2009 / Made available in DSpace on 2012-10-24T07:23:19Z (GMT). No. of bitstreams: 1 269337.pdf: 1005615 bytes, checksum: 5e9a22d3eafb4bab431e6bca358538a2 (MD5) / Os gases metano e dióxido de carbono fazem parte da composição do gás natural, onde o metano encontra-se em maior proporção. Ambos os gases apresentam efeitos indesejáveis, onde o metano é o maior responsável pelo efeito estufa no Planeta e o gás carbônico, pela oxidação de dutos no transporte do gás natural. A separação do CO2 do gás natural promove um aumento do poder calorífico do combustível, possibilitando a utilização do CO2 como matéria prima na indústria química, como por exemplo, na produção de gelo seco. Os processos adsortivos são utilizados na remoção e/ou na purificação de compostos gasosos, quando os métodos tradicionais tornam-se economicamente inviáveis. Neste trabalho foi estudado o processo de adsorção monocomponente das misturas CH4\He e CO2\He em coluna de leito fixo, empacotada com adsorvente pellets de silicalita. As equações diferenciais que descrevem o modelo físico, com as condições iniciais e de contorno, foram aproximadas numericamente pelo método de Volumes Finitos, com um arranjo co-localizado de variáveis em uma malha estruturada. Foi utilizado como função de interpolação o esquema WUDS. Para descrever a transferência de massa da fase fluida para a sólida, foi aplicado o modelo da força motriz linear (LDF), enquanto que, para determinar a concentração de equilíbrio entre a fase sólida e fluida, foi utilizada a equação de Langmuir estendida. As curvas de ruptura obtidas numericamente apresentaram boa concordância com as experimentais, sendo possível avaliar a eficiência de purificação dos gases em leito fixo em função da variação da concentração, temperatura e vazão de alimentação. / Methane and carbon dioxide gases are part of natural gas composition and methane is in bigger proportion. Both gases are pollutants which methane is the most responsible by the greenhouse effect and carbon dioxide in turn by pipelines oxidation in natural gas transporting. The separation of CO2 from natural gas promotes an increase in calorific power of the fuel, allowing the use of CO2 as a raw material in chemical industry, as in the production of dry ice. Gas adsorption process have been used on the removal and/or purification of toxic or oxidant pollutant gases, when conventional methods are costly or molecular diameter to be adsorbed are very close to each other. In this work, the performance of a fixed monolayer packed-bed of silicalite pellets for gas mixture adsorption (CH4/He and CO2/He) was studied through the solution of differential equations, with initial and boundary conditions, using the Finite Volume Method with a co-localizated arrangement of variables in a structured grid. In the application of this technique, the Weighted Upstream Differencing Scheme (WUDS) was used as interpolation function. The linear driving force (LDF) model was used to describe the mass transfer from fluid to the solid phase, while extended Langmuir equation was used to calculate equilibrium concentrations between fluid and solid phases. The numerical breakthrough curves obtained in this work showed good agreement with the experimental curves, allowing the prediction of the adsorption efficiency of the fixed bed as function of the feed concentration, feed temperature and feed flux variation.