O escoamento ao redor de cilindros próximos de um contorno é um problema de grande interesse para muitas aplicações de engenharia. Vários parâmetros afetam o desprendimento de vórtices neste tipo de escoamento, tais como a espessura e o tipo da camada limite (laminar ou turbulenta), a distância do cilindro à placa, bem como o número de Reynolds. Devido à quantidade de parâmetros envolvido, este escoamento é bem mais complexo do que o caso de um cilindro isolado. No presente trabalho, o problema da interação entre camada limite e desprendimento de vórtices de um cilindro circular, foi dividido em quatro casos fisicamente mais simples, os quais permitiram avaliar o efeito isolado do cisalhamento e do confinamento provocado pela placa, bem como a combinação destes. Para este estudo foi utilizada a técnica de Simulção Numérica Direta (DNS) para a solução das equações de Navier-Stokes. As simulações foram realizadas para número de Reynolds na faixa de 60 a 300. Os resultados obtidos das simulações bidimensionais, para os quatro casos propostos e considerando a faixa de parâmetros analisados, demonstraram que a supressão do desprendimento de vórtices só ocorre quando existe a combinação do cisalhamento e do confinamento, e que o valor crítico no qual ocorre a supressão dos vórtices depende da intensidade do cisalhamento. Os resultados tridimensionais obtidos para o caso de escoamento livre com cisalhamento constante, mostraram que o aumento do cisalhamento tende a retardar a formação de estruturas tridimensionais. Além disso, o cisalhamento afeta o comprimento axial das estruturas tridimensionais, quando comparado com os observados no caso de escoamento uniforme. No caso de escoamento próximo à placa, os resultados tridimensionais mostram que a redução do afastamento provoca a supressão das estruturas tridimensionais. Esta observação foi associada à redução do número de Reynolds local. Além disso, os resultados tridimensionais obtidos para ambos os casos mostraram que existe uma variação ao longo do eixo do cilindro dos coeficientes hidrodinâmicos, a qual foi associada com a formação das estruturas longitudinais próximas à base do cilindro. Os resultados tridimensionais também permitiram visualizar a ocorrência do emparelhamento de vórtices longitudinais. / The flow around a circular cylinder close to a plane wall is of great interest to many engineering fields, due to its practical applications. In this kind of flow many parameters affect the vortex shedding, such as the boundary layer thickness, laminar or turbulent flow, the distance between the cylinder and the plate (gap) and the Reynolds number. Due to the number of parameters involved, this flow is much more complex than the flow around an separately circular cylinder. In the present work the interaction between the boundary layer and the vortex shedding from a cylinder was divided in four simple cases. These four cases allowed evaluating the isolated effect of the shear, the confinement and the combination of them. For this study the Direct Numeric Simulation (DNS) of the Navier-Stokes equation was chosen. The simulations were done at low Reynolds number, in the range of 60−300. The results of the two-dimensional simulations, considering the four cases and the range of parameters, have showed that the suppression of vortex shedding only takes place when there is a combination of shear and confinement, and the value of the critical gap, wherever it takes place, depends on the shear intensity. In the three-dimensional simulation the results of the free constant shear flow have indicated that the increase of the shear parameter tends to delay the formation of three-dimensional structures when compared to the uniform flow case. On the other hand, the results for the cylinder close to a wall have indicated the suppression of the three-dimensional structures with the reduction of the gap. This effect was also associated with the reduction of local Reynolds number. Moreover, the three-dimensional results have showed a variation of the hydrodynamic coefficients along the cylinder axis. This variation was associated with the streamwise vortex formed near the base of the cylinder. The three-dimensional results also permit to visualize the merging of the streamwise vortex.

Tendo em vista que as tomadas d´água são estruturas fundamentais na captação de água e os efeitos causados por vórtices são altamente prejudiciais a estas estruturas, realizou-se uma investigação sobre a influência dos parâmetros físicos no desempenho e consequentemente no dimensionamento de tomadas de água. Com a finalidade de compreender o fenômeno de formação de vórtices, foram coletados dados em um modelo experimental genérico montado no Laboratório de Obras Hidráulicas no IPH da UFRGS. Com a análise dos dados retirados do modelo foi possível identificar a influência de parâmetros físicos como:condições de aproximação do escoamento, vazão, reentrância da tomada (distância da tomada à parede) e níveis de submergênciana formação de vórtices.Nos ensaios para aquisição dos dados foram observados a frequência e intensidade dos vórtices formadosno modelo físico de uma tomada de águacom aproximação simétrica e reservatório de nível constante, variando o número de Froude do escoamento no conduto, o nível de submergência e a reentrância da tomada. Identificados os vórtices, foram propostos limites para as zonas de intensidade, onde definiu-se as faixas de aumento de intensidade dos vórtices, desde vórtices fracos até os vórtices fortes, ou seja,com arraste de ar para o interior da tubulação. Os resultados indicaram que qualquer alteração nos parâmetros pesquisados como o aumento da vazão de descarga (aumento do número de Froude), o aumento da reentrância da tomada e a redução da submergência são fatores que colaboram para a formação de vórtices com arraste de ar. / Considering that intakes are key structures in the uptake of water and the effects caused by vortices are highly prejudicial to these structures, an investigation was conducted about the influence of the physical parameters in the performance and consequently in the design of water intakes. In order to study the vortex formation, data were collected from a generic experimental model located at Laboratório de Obras Hidráulicas - LOH / IPH UFRGS. The parameters studied were: approaching conditions, discharge, distance from the intake to the reservoir wall and submergence levels. By analyzing the model data, it was possible to identify zones where the intensity of the vortices increase ranges. The results indicated that any change in these parameters investigated likedischarge increase (Froude numberincrease), distance from outlet increase and submergence reduces are factors that contribute to the formation of vortex with air entrainment.

O escoamento ao redor de cilindros próximos de um contorno é um problema de grande interesse para muitas aplicações de engenharia. Vários parâmetros afetam o desprendimento de vórtices neste tipo de escoamento, tais como a espessura e o tipo da camada limite (laminar ou turbulenta), a distância do cilindro à placa, bem como o número de Reynolds. Devido à quantidade de parâmetros envolvido, este escoamento é bem mais complexo do que o caso de um cilindro isolado. No presente trabalho, o problema da interação entre camada limite e desprendimento de vórtices de um cilindro circular, foi dividido em quatro casos fisicamente mais simples, os quais permitiram avaliar o efeito isolado do cisalhamento e do confinamento provocado pela placa, bem como a combinação destes. Para este estudo foi utilizada a técnica de Simulção Numérica Direta (DNS) para a solução das equações de Navier-Stokes. As simulações foram realizadas para número de Reynolds na faixa de 60 a 300. Os resultados obtidos das simulações bidimensionais, para os quatro casos propostos e considerando a faixa de parâmetros analisados, demonstraram que a supressão do desprendimento de vórtices só ocorre quando existe a combinação do cisalhamento e do confinamento, e que o valor crítico no qual ocorre a supressão dos vórtices depende da intensidade do cisalhamento. Os resultados tridimensionais obtidos para o caso de escoamento livre com cisalhamento constante, mostraram que o aumento do cisalhamento tende a retardar a formação de estruturas tridimensionais. Além disso, o cisalhamento afeta o comprimento axial das estruturas tridimensionais, quando comparado com os observados no caso de escoamento uniforme. No caso de escoamento próximo à placa, os resultados tridimensionais mostram que a redução do afastamento provoca a supressão das estruturas tridimensionais. Esta observação foi associada à redução do número de Reynolds local. Além disso, os resultados tridimensionais obtidos para ambos os casos mostraram que existe uma variação ao longo do eixo do cilindro dos coeficientes hidrodinâmicos, a qual foi associada com a formação das estruturas longitudinais próximas à base do cilindro. Os resultados tridimensionais também permitiram visualizar a ocorrência do emparelhamento de vórtices longitudinais. / The flow around a circular cylinder close to a plane wall is of great interest to many engineering fields, due to its practical applications. In this kind of flow many parameters affect the vortex shedding, such as the boundary layer thickness, laminar or turbulent flow, the distance between the cylinder and the plate (gap) and the Reynolds number. Due to the number of parameters involved, this flow is much more complex than the flow around an separately circular cylinder. In the present work the interaction between the boundary layer and the vortex shedding from a cylinder was divided in four simple cases. These four cases allowed evaluating the isolated effect of the shear, the confinement and the combination of them. For this study the Direct Numeric Simulation (DNS) of the Navier-Stokes equation was chosen. The simulations were done at low Reynolds number, in the range of 60−300. The results of the two-dimensional simulations, considering the four cases and the range of parameters, have showed that the suppression of vortex shedding only takes place when there is a combination of shear and confinement, and the value of the critical gap, wherever it takes place, depends on the shear intensity. In the three-dimensional simulation the results of the free constant shear flow have indicated that the increase of the shear parameter tends to delay the formation of three-dimensional structures when compared to the uniform flow case. On the other hand, the results for the cylinder close to a wall have indicated the suppression of the three-dimensional structures with the reduction of the gap. This effect was also associated with the reduction of local Reynolds number. Moreover, the three-dimensional results have showed a variation of the hydrodynamic coefficients along the cylinder axis. This variation was associated with the streamwise vortex formed near the base of the cylinder. The three-dimensional results also permit to visualize the merging of the streamwise vortex.

Tendo em vista que as tomadas d´água são estruturas fundamentais na captação de água e os efeitos causados por vórtices são altamente prejudiciais a estas estruturas, realizou-se uma investigação sobre a influência dos parâmetros físicos no desempenho e consequentemente no dimensionamento de tomadas de água. Com a finalidade de compreender o fenômeno de formação de vórtices, foram coletados dados em um modelo experimental genérico montado no Laboratório de Obras Hidráulicas no IPH da UFRGS. Com a análise dos dados retirados do modelo foi possível identificar a influência de parâmetros físicos como:condições de aproximação do escoamento, vazão, reentrância da tomada (distância da tomada à parede) e níveis de submergênciana formação de vórtices.Nos ensaios para aquisição dos dados foram observados a frequência e intensidade dos vórtices formadosno modelo físico de uma tomada de águacom aproximação simétrica e reservatório de nível constante, variando o número de Froude do escoamento no conduto, o nível de submergência e a reentrância da tomada. Identificados os vórtices, foram propostos limites para as zonas de intensidade, onde definiu-se as faixas de aumento de intensidade dos vórtices, desde vórtices fracos até os vórtices fortes, ou seja,com arraste de ar para o interior da tubulação. Os resultados indicaram que qualquer alteração nos parâmetros pesquisados como o aumento da vazão de descarga (aumento do número de Froude), o aumento da reentrância da tomada e a redução da submergência são fatores que colaboram para a formação de vórtices com arraste de ar. / Considering that intakes are key structures in the uptake of water and the effects caused by vortices are highly prejudicial to these structures, an investigation was conducted about the influence of the physical parameters in the performance and consequently in the design of water intakes. In order to study the vortex formation, data were collected from a generic experimental model located at Laboratório de Obras Hidráulicas - LOH / IPH UFRGS. The parameters studied were: approaching conditions, discharge, distance from the intake to the reservoir wall and submergence levels. By analyzing the model data, it was possible to identify zones where the intensity of the vortices increase ranges. The results indicated that any change in these parameters investigated likedischarge increase (Froude numberincrease), distance from outlet increase and submergence reduces are factors that contribute to the formation of vortex with air entrainment.

O escoamento ao redor de cilindros próximos de um contorno é um problema de grande interesse para muitas aplicações de engenharia. Vários parâmetros afetam o desprendimento de vórtices neste tipo de escoamento, tais como a espessura e o tipo da camada limite (laminar ou turbulenta), a distância do cilindro à placa, bem como o número de Reynolds. Devido à quantidade de parâmetros envolvido, este escoamento é bem mais complexo do que o caso de um cilindro isolado. No presente trabalho, o problema da interação entre camada limite e desprendimento de vórtices de um cilindro circular, foi dividido em quatro casos fisicamente mais simples, os quais permitiram avaliar o efeito isolado do cisalhamento e do confinamento provocado pela placa, bem como a combinação destes. Para este estudo foi utilizada a técnica de Simulção Numérica Direta (DNS) para a solução das equações de Navier-Stokes. As simulações foram realizadas para número de Reynolds na faixa de 60 a 300. Os resultados obtidos das simulações bidimensionais, para os quatro casos propostos e considerando a faixa de parâmetros analisados, demonstraram que a supressão do desprendimento de vórtices só ocorre quando existe a combinação do cisalhamento e do confinamento, e que o valor crítico no qual ocorre a supressão dos vórtices depende da intensidade do cisalhamento. Os resultados tridimensionais obtidos para o caso de escoamento livre com cisalhamento constante, mostraram que o aumento do cisalhamento tende a retardar a formação de estruturas tridimensionais. Além disso, o cisalhamento afeta o comprimento axial das estruturas tridimensionais, quando comparado com os observados no caso de escoamento uniforme. No caso de escoamento próximo à placa, os resultados tridimensionais mostram que a redução do afastamento provoca a supressão das estruturas tridimensionais. Esta observação foi associada à redução do número de Reynolds local. Além disso, os resultados tridimensionais obtidos para ambos os casos mostraram que existe uma variação ao longo do eixo do cilindro dos coeficientes hidrodinâmicos, a qual foi associada com a formação das estruturas longitudinais próximas à base do cilindro. Os resultados tridimensionais também permitiram visualizar a ocorrência do emparelhamento de vórtices longitudinais. / The flow around a circular cylinder close to a plane wall is of great interest to many engineering fields, due to its practical applications. In this kind of flow many parameters affect the vortex shedding, such as the boundary layer thickness, laminar or turbulent flow, the distance between the cylinder and the plate (gap) and the Reynolds number. Due to the number of parameters involved, this flow is much more complex than the flow around an separately circular cylinder. In the present work the interaction between the boundary layer and the vortex shedding from a cylinder was divided in four simple cases. These four cases allowed evaluating the isolated effect of the shear, the confinement and the combination of them. For this study the Direct Numeric Simulation (DNS) of the Navier-Stokes equation was chosen. The simulations were done at low Reynolds number, in the range of 60−300. The results of the two-dimensional simulations, considering the four cases and the range of parameters, have showed that the suppression of vortex shedding only takes place when there is a combination of shear and confinement, and the value of the critical gap, wherever it takes place, depends on the shear intensity. In the three-dimensional simulation the results of the free constant shear flow have indicated that the increase of the shear parameter tends to delay the formation of three-dimensional structures when compared to the uniform flow case. On the other hand, the results for the cylinder close to a wall have indicated the suppression of the three-dimensional structures with the reduction of the gap. This effect was also associated with the reduction of local Reynolds number. Moreover, the three-dimensional results have showed a variation of the hydrodynamic coefficients along the cylinder axis. This variation was associated with the streamwise vortex formed near the base of the cylinder. The three-dimensional results also permit to visualize the merging of the streamwise vortex.

Orientador: Sergio Moehlecke / Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Instituto de Fisica Gleb Wataghin / Made available in DSpace on 2018-08-02T03:17:07Z (GMT). No. of bitstreams: 1 ParedesCampoy_JuanCarlos_D.pdf: 9988579 bytes, checksum: a03458e18610ae7fb0c32db554e968e5 (MD5) Previous issue date: 2001 / Resumo: Neste trabalho de tese de doutorado estudamos a dinâmica de vórtices Josephson ( JV) e panquecas de vórtices Abrikosov ( PV) em monocristais supercondutores de Bi2Sr2CaCu2O8 Bi(2212) e também o possível ferromagnetismo em compostos supercondutores A -15: Nb- Pt. Estudamos o desancoramento anômalo de vórtices Josephson no Bi(2212) por susceptibilidade ac com o campo magnético dc aplicado paralelo aos planos de CUO2. Devido à dependência com a frequência observada nesta anomalia calculamos a energia de ativação efetiva UJv(H) dos vórtices Josephson, que incrementa-se em forma de degraus com o aumento do campo magnético dc. Pelo contrário, a energia de ativaçao dos vórtices Abrikosov Upv(H) decresce com o campo. Analisamos estes resultados apoiados nas teorias já existentes e sugerimos a ocorrência de transformações na estrutura na rede dos vórtices induzidas pelo campo magnético aplicado. Estudamos por magnetização dc, susceptibilidade ac e propriedades de transporte o possível ferromagnetismo em compostos supercondutores A -15 : Nb -Pt. Surpreendentemente, as medidas de magnetização M(H) nestes compostos mostraram um comportamento ferromagnético, inédito por si. Após o tratamento térmico de 900°C /10 dias (10-5Torr) que ordena os átomos de Nb em três cadeias perpendiculares entre si na estrutura A -15, M(H) diminui até uma ordem de grandeza. Acreditamos que este comportamento ferro magnético esteja associado com a desordem dos átomos de Nb no composto e sugerimos que sua origem seja devida a ferromagnetismo de elétrons itinerantes do Nb -Pt / Abstract: We have studied the dynamics of Josephson vortices ( JV) and Abrikosov pancake vortices (PV) in Bi2Sr2CaCu208 Bi(2212) superconducting single crysta1s and a1so the possibility of ferromagnetism in A -15 : Nb -Pt superconducting compounds. The anomalous depinning of Josephson interlayer vortices in Bi2Sr2CaCu208 high -Tc superconductors occurring at nearly field-independent temperature Tx =20 -40 K has been studied by means of ac susceptibility measurements with magnetic field applied parallel to CUO2 planes. From the frequency dependence Tx ( v) we define the flux creep activation energy for Josephson vortices UJv(H) which increases with field and shows well-defined plateaus. In contrast, the activation energy of in-plane pancake vortices Upv(H) decreases with field, i.e., demostrates a qualitatively different behaviour. We have analised these results and we suggested a ocurrence of vortex structure tranformations induced by the applied magnetic field. A possible existence of ferromagnetism in A -15 : Nb -Pt superconducting compounds was studied by means of magnetization, susceptibility and transport measurements. Surprisingly, the magnetization M(H) showed a ferromagnetic behaviour. After annea1ing at 900°C /10 days (10-5Torr) wich orders the Nb atoms in three mutually perpendicular chains into the A -15 structure, M(H) diminished approximately by a factor of 10. We believe that this ferromagnetic behavior is associated to atomic disorder and we suggest an itinerant electron mecanism as the possible origin of this ferromagnetism / Doutorado / Física / Doutor em Ciências

An oscillating electric dipole emits radiation, and the flow of energy is represented by the field lines of the Poynting vector. In the most general state of oscillation the dipole moment vector traces out an ellipse. We have evaluated analytically and numerically the field lines of the Poynting vector for the emitted light, and it appears that each field line lies on a cone, which has its axis perpendicular to the plane of the ellipse. The field lines exhibit a vortex structure near the location of the dipole, and they approach a straight line in the far field. The spatial extent of the optical vortex is well below the wavelength of the emitted radiation. It is shown that the asymptotic limit of a field line is displaced as compared to a ray which would come directly out of the source. This nearield vortex pattern will also lead to a shift of the intensity distribution of the radiation in the far field. The emission of radiation by a linearly oscillating electric dipole is drastically altered when the dipole is close to a mirror. The energy is not emitted along optical rays, as for a free dipole, but as a set of four optical vortices. At a larger distance from the dipole singularities and isolated vortices appear. It is shown that most of these interference vortices are due to the vanishing of the magnetic field at their centers. In the plane of the mirror there is a singular circle with a diameter which is proportional to the distance between the dipole and the mirror. Inside this circle, all energy flows to a singularity on the mirror surface. We have also demonstrated a peculiar property of energy transport of optical dipole radiation in a negative index of refraction material (NIM). When the particle is embedded in a NIM and the dipole moment is rotating, the direction of rotation of the field lines of energy flow is reversed as compared to the rotation of the field lines for emission in a dielectric.

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