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Submitted by Julia CTC/B (julia.vieira@uerj.br) on 2022-02-08T14:34:49Z No. of bitstreams: 1 Tese - Julia Sekiguchi da Cruz - 2021 - Completo.pdf: 1043984 bytes, checksum: 10b61bfebef1e95d6b2e09e68eff3e7a (MD5) Made available in DSpace on 2022-02-08T14:34:49Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Tese - Julia Sekiguchi da Cruz - 2021 - Completo.pdf: 1043984 bytes, checksum: 10b61bfebef1e95d6b2e09e68eff3e7a (MD5) Previous issue date: 2021-09-28 Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior - CAPES In this work, we study the main characteristics of the Approximate Inverse Preconditioning (AINV), proposed by Benzi, Meyer and Tuma in 1996, and its variations. We also prove some results regarding the Approximate Inverse in Blocks (BAINV), proposed by Benzi and Tuma in 2001, and also referring to some variations of BAINV, which we propose in this work. Finally, we present the numerical results obtained using two of these variations. Neste trabalho, analisamos as principais características do precondicionador Inversa Aproximada (AINV), proposto por Benzi, Meyer e Tuma em 1996, e de suas variações. Nós também demonstramos alguns resultados referentes à Inversa Aproximada em Blocos (BAINV), proposto por Benzi e Tuma em 2001, e, também referentes a algumas variações do BAINV, que propomos neste trabalho. Por fim, nós apresentamos os resultados numéricos obtidos usando duas destas variações.

Submitted by Julia CTC/B (julia.vieira@uerj.br) on 2021-11-30T19:00:00Z No. of bitstreams: 2 Dissertação - Fernanda Torres de Souza - 2021 - Parcial.pdf: 537946 bytes, checksum: 2c12cf1d6b07c31ec3bf3eb94caf13b7 (MD5) Dissertação - Fernanda Torres de Souza - 2021 - Completo.pdf: 7747775 bytes, checksum: 88fa9fd6a4d68d502b2315dd74a01e48 (MD5) Made available in DSpace on 2021-11-30T19:00:00Z (GMT). No. of bitstreams: 2 Dissertação - Fernanda Torres de Souza - 2021 - Parcial.pdf: 537946 bytes, checksum: 2c12cf1d6b07c31ec3bf3eb94caf13b7 (MD5) Dissertação - Fernanda Torres de Souza - 2021 - Completo.pdf: 7747775 bytes, checksum: 88fa9fd6a4d68d502b2315dd74a01e48 (MD5) Previous issue date: 2021-06-08 This work was to characterize the surface with a bactericidal sealant and to obtain properties of the polymer surface based on Polylactic acid (PLA) used in the manufacture of facial protectors (face shield) made by additive manufacturing (3D printing), with the sealant and without the sealant with inorganic copper-based sealant. The methodology included the manufacture of PLA through additive manufacturing, with the same material and process used in the manufacture of facial protectors commonly used in the hospital environments, such as those that were coated with a copper-based sealant. Visual exploration techniques, optical microscopy (OM), scanning electron microscope (SEM), chemical analysis by energy dispersion spectroscopy (EDS), surface roughness measurements and digital image analysis, processing (PDI) were used and in vitro tests. Roughness measurements for advanced PLA plates by 3D printing with and without the presence of the sealant, values of average roughness (Ra) of 22.51±8.40 µm in the direction parallel to the guidance lines generated by printing and 8.72±3.49 µm in a direction perpendicular to these lines, which indicates a Strong anisotropy in the surface morphology. For levels between 0.1 - 0.001g of copper Sulfate/ml of prepared sealant, PLA presents tightly adhered sealants after 24 h of curing and the results of PDI that these known surfaces covered with levels varying between 1 - 17% copper sulfate, respectively. The presence of a sealant with the lowest necessary copper Sulfate caused a smooth reduction in the roughness values, for both tested. Morphological, qualitative and quantitative analysis of the surface of the material and the inorganic agent will in the future be associated with quantitative and qualitative measurements of cell cultures to evaluate the bactericidal effects of the surface with the proposed sealant. After a preliminary qualitative evaluation step, in which eight strains of bacteria showed that the sealant had antimicrobial effect, in vitro tests were performed to quantify the effectiveness of antimicrobial effect with only two types of bacteria, a Gram-Negative (Escherichia coli ATCC 11229) and another Gram-Positive (Staphylococcus aureus ATCC 25923). Triplicate tests were performed for the growth of these cultures on PLA plates with sealant, with varnish and without sealant (control). After 30 min of inoculation of cultures comparing the final inoculation, of the plate without sealant (pure) with the plate with sealant, we obtained a reduction of 39.77x (reduction of approximately 102) of growth of colony-forming units (ufc) for Staphylococcus aureus and a reduction of 43.72x (reduction of approximately 102) pfc growth for Escherichiacoli. O objetivo deste trabalho foi caracterizar propriedades da superfície de polímero à base de poliácido láctico (PLA) utilizado na confecção de partes de protetores faciais e fabricados por manufatura aditiva (impressão 3D), na situação não recoberta e recoberta com selante inorgânico à base de Cobre (mistura de verniz com sulfato de cobre). A metodologia incluiu a fabricação das placas poliméricas de PLA através de manufatura aditiva, com o mesmo material e processo usado na confecção de suportes para protetores faciais comumente usados em ambientes hospitalares. As placas foram revestidas manualmente com um selante à base de Cobre e que teve seu efeito bactericida testado de modo in vitro sobre oito estirpes diferentes de bactérias que estão comumente presentes em ambiente hospitalar. Foram utilizadas técnicas de avaliação e inspeção visual, microscopia óptica (MO), microscopia eletrônica de varredura (MEV), análise química semiquantativa por espectroscopia por dispersão de energia (EDS), medidas de rugosidade, análise e processamento digital de imagens (PDI) e metodologia de testes in vitro para crescimento de culturas de bactérias. Os valores de rugosidade média (Ra) para as placas de PLA foram de 22,51 ± 8,40 µm na direção perpendicular às linhas de orientação preferencial geradas pela impressão e 8,72 ± 3,49 µm em direção paralela à estas linhas, o que indicou forte anisotropia na morfologia da superfície. Para teores entre 0,1 - 0,001g de Sulfato de Cobre / ml de selante preparado, o PLA apresentou os selantes fortemente aderidos após 24 horas de cura sobre as superfícies e os resultados de PDI mostraram que clusters de Sulfato de Cobre ocupavam áreas que variaram entre 1 - 17 % da área das placas. Após etapa preliminar de avaliação qualitativa, na qual oito diferentes estirpes de bactérias mostraram que o selante possuía efeito antimicrobiano, foram realizados testes in vitro com a finalidade de quantificação da efetividade do efeito antimicrobiano com apenas duas espécies de bactérias, uma Gram Negativa (Escherichia coli ATCC 11229) e outra Gram Positiva (Staphylococcus aureus ATCC 25923). Foram feitos testes em triplicata para o crescimento destas culturas sobre as placas de PLA com selante, com verniz e sem selante (controle). Após 30 minutos de inoculação das culturas comparando o inoculo final da placa sem selante (pura) com a placa com selante, obtivemos uma redução de 39,77x (redução de aproximadamente 102) de crescimento de unidades formadoras de colônias (ufc) para Staphylococcus aureus e uma redução de 43,72x (redução de aproximadamente 102) de crescimento de ufc para Escherichia coli.

Submitted by Julia CTC/B (julia.vieira@uerj.br) on 2021-10-15T14:18:59Z No. of bitstreams: 1 Dissertação - Daniel Lessa Coelho - 2020 - Completo.pdf: 8035135 bytes, checksum: 031f11e15a58011e80b26172d4bd964a (MD5) Made available in DSpace on 2021-10-15T14:18:59Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Dissertação - Daniel Lessa Coelho - 2020 - Completo.pdf: 8035135 bytes, checksum: 031f11e15a58011e80b26172d4bd964a (MD5) Previous issue date: 2020-12-28 Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior - CAPES A formação de padrões espaço-temporais em sistemas naturais origina-se de uma dinâmica não linear rica, que pode levar ao surgimento de estruturas periódicas fora do equilíbrio. Uma das equações de maior sucesso, atualmente disponíveis, para investigar teoricamente o comportamento dessas estruturas é a Swift-Hohenberg (SH), que contém um parâmetro de bifurcação (forçagem) que controla a dinâmica alterando o nível energético do sistema. Embora uma grande parte da literatura sobre formação de padrões aborde sistemas uniformemente forçados, as forçagens não uniformes também são observadas em vários sistemas naturais, como por exemplo, em biologia do desenvolvimento e em aplicações de matéria condensada mole. Nesses casos, um efeito de orientação devido a um gradiente da forçagem é um novo fator desempenhando um papel no desenvolvimento dos padrões, particularmente na classe de padrões de listras, que investigamos por meio da dinâmica SH não uniformemente forçada. O presente trabalho aborda a estabilidade da orientação das listras e a competição entre o efeito de orientação do gradiente e outros efeitos de bulk, de borda e geométricos que participam da seleção dos padrões emergentes. Uma análise do fracamente não linear mostra que as listras tendem a se alinhar com o gradiente e se tornam instáveis quando perpendiculares à direção preferida. Esta análise é complementada por um trabalho numérico que leva em conta outros efeitos concorrentes. A abordagem numérica adotada consiste em um esquema semi-implícito de diferenças finitas com precisão de segunda ordem no tempo e no espaço, que é revisado e estendido com sucesso para as equações quadrática-cúbica (SH23) e cúbica-quíntica (SH35). As simulações mostram que as listras se alinham ou mesmo se reorientam a partir de condições preexistentes. No entanto, observamos que este efeito de orientação nem sempre prevalece em face de outros efeitos concorrentes. Spatio-temporal pattern formation in natural systems originates from rich nonlinear dynamics, which may lead to the emergence of periodic nonequilibrium structures. One of the most successful equations currently available for theoretically investigating the behavior of these structures is the Swift-Hohenberg (SH), which contains a bifurcation parameter (forcing) that controls the dynamics by changing the energy landscape of the system. Though a large part of the literature on pattern formation addresses uniformly forced systems, nonuniform forcings are also observed in several natural systems, for instance, in developmental biology and in soft matter applications. In these cases, an orientation effect due to a forcing gradient is a new factor playing a role in the development of patterns, particularly in the class of stripe patterns, which we investigate through the nonuniformly forced SH dynamics. The present work addresses the stability of stripes orientation, and the competition between the orientation effect of the gradient and other bulk, boundary, and geometric effects taking part in the selection of the emerging patterns. A weakly nonlinear analysis shows that stripes tend to align with the gradient, and become unstable when perpendicular to the preferred direction. This analysis is complemented by a numerical work that accounts for other competing effects. The adopted numerical approach consists of a semi-implicit finite-difference scheme with second order accuracy in both time and space, which is successfully reviewed and extended for the quadratic-cubic (SH23) and cubic-quintic (SH35) equations. Simulations show that stripes align, or even reorient from preexisting conditions. However, we observe that this orientation effect does not always prevail in face of further competing effects.

Submitted by Julia CTC/B (julia.vieira@uerj.br) on 2021-08-05T18:58:59Z No. of bitstreams: 1 Tese - Joao Paulo Kely Zanardi - 2019 - Completo.pdf: 658482 bytes, checksum: 13bc5c82cd1fca19f02790211bc21821 (MD5) Made available in DSpace on 2021-08-05T18:58:59Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Tese - Joao Paulo Kely Zanardi - 2019 - Completo.pdf: 658482 bytes, checksum: 13bc5c82cd1fca19f02790211bc21821 (MD5) Previous issue date: 2019-12-09 The stud of large linear systems is a very importante área in computational linear algebra. Despite the diversity of existing solvers and preconditioners, a huge demand for new efficient and parallel methods still exists. This work presentes a research in large linear systems focusing mostly on preconditioners O estudo de sistemas lineares de grande porte ainda é um importante campo em álgebra linear computacional. Apesar dos diversos métodos de resolução e precondicionadores existentes, ainda há uma grande demanda para novos métodos, que sejam eficientes e preferencialmente paralelizáveis. Este trabalho apresenta um estudo em sistemas lineares de grande porte oriundos da simulação de reservatórios de petróleo, com enfoque principal em precondicionadores

Submitted by Boris Flegr (boris@uerj.br) on 2021-01-06T19:08:42Z No. of bitstreams: 1 Moises Ceni de Almeida.pdf: 788343 bytes, checksum: 876479b6daa704ebece24807bc9c0a54 (MD5) Made available in DSpace on 2021-01-06T19:08:42Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Moises Ceni de Almeida.pdf: 788343 bytes, checksum: 876479b6daa704ebece24807bc9c0a54 (MD5) Previous issue date: 2019-03-27 Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior In this work, we present a block approximate inverse algorithm, which generates a preconditioner for sparse linear systems. We discuss the mathematical treatment and present suficient conditions for the algorithm. In addition, we present some mathematical proofs of the good properties regarding the robustness of the AINV. Neste trabalho apresentamos o Algoritmo de Inversa Aproximada por blocos, o qual gera um precondicionador para sistemas lineares esparsos de grande porte. Faremos o tratamento matemático e apresentaremos as condições suficientes para execução do Algoritmo. Além disso, apresentaremos algumas provas matemáticas das boas propriedades referentes à robustez do AINV.

Submitted by Boris Flegr (boris@uerj.br) on 2021-01-06T19:08:41Z No. of bitstreams: 1 Italo Cristiano Nievinski Lima.pdf: 1065147 bytes, checksum: e0f9d96a3e61a91cdd17cf175473ff42 (MD5) Made available in DSpace on 2021-01-06T19:08:41Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Italo Cristiano Nievinski Lima.pdf: 1065147 bytes, checksum: e0f9d96a3e61a91cdd17cf175473ff42 (MD5) Previous issue date: 2018-10-04 Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado do Rio de Janeiro This thesis presents the parallel implementations of the preconditioners BILUk, ISchur and Parainv for the solution of sparse linear systems using Krylov methods in different parallel architectures. One of the preconditioners, Parainv, is an original proposition of sparse factorized approximate inverse, with a massively parallel setup, whose performance is analyzed and compared with other relevant preconditioners, obtaining positive results. Esta tese apresenta as implementações paralelas dos precondicionadores BILUk, ISchur e Parainv para a solução de sistemas lineares esparsos utilizando métodos de Krylov em diferentes arquiteturas paralelas. Um dos precondicionadores, Parainv, é uma proposta original de inversa aproximada esparsa fatorada, com construção massivamente paralela, cuja performance é analisada e comparada com outros precondicionadores relevantes, obtendo resultados positivos.

Submitted by Boris Flegr (boris@uerj.br) on 2021-01-06T19:08:50Z No. of bitstreams: 4 Alcestes Guanabarino de Oliveira Filho_pt1.pdf: 1554794 bytes, checksum: da95fec4e215cd61a9284e5593bb6d24 (MD5) Alcestes Guanabarino de Oliveira Filho_pt2.pdf: 8954824 bytes, checksum: 855645862e7fb8763067ee487f832a0f (MD5) Alcestes Guanabarino de Oliveira Filho_pt3.pdf: 9765230 bytes, checksum: babcfb6f14e9288df7eb40a453f7e531 (MD5) Alcestes Guanabarino de Oliveira Filho_pt4.pdf: 6882423 bytes, checksum: b09635e05ce98aadcafaad2156dadf89 (MD5) Made available in DSpace on 2021-01-06T19:08:50Z (GMT). No. of bitstreams: 4 Alcestes Guanabarino de Oliveira Filho_pt1.pdf: 1554794 bytes, checksum: da95fec4e215cd61a9284e5593bb6d24 (MD5) Alcestes Guanabarino de Oliveira Filho_pt2.pdf: 8954824 bytes, checksum: 855645862e7fb8763067ee487f832a0f (MD5) Alcestes Guanabarino de Oliveira Filho_pt3.pdf: 9765230 bytes, checksum: babcfb6f14e9288df7eb40a453f7e531 (MD5) Alcestes Guanabarino de Oliveira Filho_pt4.pdf: 6882423 bytes, checksum: b09635e05ce98aadcafaad2156dadf89 (MD5) Previous issue date: 2017-11-27 Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado do Rio de Janeiro A construção de usinas hidrelétricas com a finalidade de suprir a demanda de energia elétrica sempre é apresentada acoplada aos conceitos de aproveitamento de recursos naturais e como sendo mais "limpa" do que a produção termelétrica. Na verdade, essa opção é responsável por grandes impactos ambientais porque a decomposição da matéria orgânica submersa nos enormes reservatórios implica na geração de grandes volumes de gases de efeito estufa. Assim, é interessante estudar formas de modelar este fenômeno. A literatura afirma que tais escoamentos têm características estratificadas, com perfis de densidade e temperatura determinados por ciclos ambientais externos e apresentam dois componentes principais: a velocidade longitudinal, impulsionada pela alimentação e descarga e a velocidade vertical, impulsionada principalmente pela evolução de gás para a superfície. Portanto, foi decidido estudar um modelo de escoamento bidimensional com formulação de função-corrente e vorticidade, levando em conta um perfil de densidade influenciado pelo gás desprendido através da aproximação de Boussinesq. Além disso, tendo em conta a oxidação do metano no reservatório, um termo de caimento é adicionado à equação de transporte da concentração, o que caracteriza um escoamento reativo. Para as simulações, realizadas com o objetivo final de obter perfis de velocidade e concentração, o Método de Elementos Finitos surge como um método viável porque pode manusear equações convectiva-difusivas, cujas condições de contorno são consistentemente integradas na chamada forma fraca do sistema. Tendo em conta os ciclos sazonais característicos dos fenômenos ambientais, soluções analíticas multidimensionais para condições de contorno transientes são propostas. Considerações sobre novas condições de contorno para o transporte da vorticidade, mais ajustadas ao fenômeno do que as usualmente encontradas na bibliografia atual são feitas, o que também é uma inovação. Resultados são obtidos e criticados e dificuldades na implementação do modelo são discutidas. Sugestões para trabalhos futuros também são apresentadas. Construction of hydroelectric power plants to supply the demand for electrical energy has always been introduced coupled to the concept of harnessing of natural resources and as being more "clean" than thermoelectric production. Actually, it causes large environmental impacts because decomposition of organic matter submerged in huge reservoirs implies in generation of large volumes of greenhouse gases. Thus, it is of interest to study ways to model this phenomenon. Although reservoir flows comprise mixed water and gases, related literature states that these flows have stratified characteristics with density and temperature profiles determined by external environmental cycles. In these basins, the flow has two main components that draw attention: the longitudinal velocity, driven mainly by feeding inflow and outflow discharge and the vertical velocity, driven mainly by gas evolution to the surface. Therefore, it was decided to study a two-dimensional flow model through stream function vorticity formulation, taking into account the density profile provided by the gas given off through Boussinesq approximation. Also, in view of methane oxidation reaction within the reservoir, a decay term is added to the species transport equation, implying in a reactive flow. For the simulations, with the ultimate goal of obtaining flow velocity and concentration profiles, Finite Elements Method emerges as a viable method which can handle-diffusive convective equations, whose boundary conditions are consistently integrated in the system weak form. In view of the seasonal cycles present in environmental phenomena, multidimensional analytical solutions for transient boundary conditions are proposed. Considerations on novel boundary conditions for the transport of vorticity, more adjusted to the physical phenomena than those currently found in the bibliography are made, which is also an innovation. Results are obtained and criticized and difficulties in the implementation of the model are discussed. Suggestions for further work are also outlined.

Submitted by Boris Flegr (boris@uerj.br) on 2021-01-06T19:13:26Z No. of bitstreams: 1 Felipe Alfaia do Carmo.pdf: 3836643 bytes, checksum: c7e95b040dba227604dec6412b15ceac (MD5) Made available in DSpace on 2021-01-06T19:13:26Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Felipe Alfaia do Carmo.pdf: 3836643 bytes, checksum: c7e95b040dba227604dec6412b15ceac (MD5) Previous issue date: 2017-06-23 Currently, 50.8% of national electricity consumption refers to the building sector. Among the various types of existing buildings, the laboratories are characterized by the intense use of energy and by presenting significant opportunities to improve energy efficiency. Technical reports from laboratory sector demonstrate that a single fumehood can consume electric power equivalent to three or four family houses, showing the high electricity expenditures of this building. Therefore, analyzes and initiatives aimed at reducing electrical consumption in laboratories become extremely relevant to this niche and consequently to the National Energy Balance, since this type of construction is present in the various sectors of society. So, this research aims to evaluate the energy performance of an existing Chemical Laboratory in the city of Rio de Janeiro using Hourly Analysis Program (HAP), version 4.91. So, the current system will be simulated according to data obtained in field survey. This simulation showed an efficiency of 45%. From this analysis, ten scenarios of improvements to the HVAC system (Heating, Ventilation and Air Conditioning) of the building were simulated, since these equipments represent on average 70% of the total consumption of the building. From the data obtained in the simulations, parameters of thermal load, electric consumption, cost with energy, energy efficiency and international labor assessment indices (defined by the Laboratories for the 21st Century program - LABs21) were evaluated to determine the best solution. The most efficient proposal achieved an efficiency of 73% and utilized sensitive and latent heat recovery systems and active chilled beams. The best solution will also be evaluated based on the ideal sizing parameters stipulated by the LABs21 and the international certification of energy efficiency in buildings, LEED, where it presented a 35% energy saving compared to the base model of this methodology. Atualmente, 50,8% do consumo elétrico nacional referem-se ao setor de edificações. Dentre os diversos tipos de edificações existentes, os laboratórios caracterizam-se pelo uso intenso de energia e por apresentarem oportunidades significativas de melhora de eficiência energética. Informativos do setor de laboratórios demonstram que uma única capela pode consumir a energia elétrica equivalente a três ou quatro casas familiares, demonstrando os altos gastos com eletricidade deste tipo de edificação. Portanto, análises e iniciativas que visem à redução do consumo elétrico em laboratórios são extremamente relevantes para esse nicho e consequentemente para o Balanço energético nacional, uma vez que este tipo de construção encontra-se presente nos diversos setores da sociedade. Deste modo, esta pesquisa visa avaliar o desempenho energético de um Laboratório Químico existente na cidade do Rio de Janeiro utilizando o programa Hourly Analysis Program (HAP), versão 4.91. Para tal, foi simulado o sistema atual, conforme dados obtidos em levantamento de campo. Este sistema apresentou uma eficiência de 45%. A partir desta análise foram simulados dez cenários de melhorias para o sistema AVAC (Aquecimento, Ventilação e Ar Condicionado) da edificação, uma vez que estes equipamentos representam em média 70% do consumo total do prédio. A partir dos dados obtidos nas simulações foram avaliados parâmetros de carga térmica, consumo elétrico, custo com energia elétrica, eficiência energética e índices internacionais de avaliação de edificações laboratoriais (definidos pelo programa Laboratories for the 21st Century - LABs21), para determinar a melhor solução. A proposta mais eficiente obteve uma eficiência de 73% e utilizava sistemas de recuperação de calor sensível e latente e vigas frias ativas. A proposta mais eficiente também foi avaliada com base nos parâmetros ideais de dimensionamento estipulados pelo LABs21 e pela certificação internacional de eficiência energética em edificações, a LEED, onde apresentou 35% de economia de energia em comparação com o modelo base da metodologia.

Submitted by Boris Flegr (boris@uerj.br) on 2021-01-06T19:08:54Z No. of bitstreams: 1 Rachel Manhaes de Lucena.pdf: 15185689 bytes, checksum: f8a96aa2f264e29d577d75f1d3f30846 (MD5) Made available in DSpace on 2021-01-06T19:08:54Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Rachel Manhaes de Lucena.pdf: 15185689 bytes, checksum: f8a96aa2f264e29d577d75f1d3f30846 (MD5) Previous issue date: 2016-12-14 Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior We address the problem of buoyancy-driven fingering generated in porous media by the instability of a partially miscible fluid layer dissolving in a less dense fluid existing underneath. The fingering process induces an uneven distribution of dissolved CO2 in the upper layers, which affects the surface tension distribution at the interface, and unstabilizes the geometry of the flat surface. We assume a curved interface to model surface tension effects. The main purpose is to check if the curved surface increases the CO2 dissolution rate and a evaluate a curvature that maximizes the gas dissolution. A 2D time dependent numerical simulation is performed, assuming that the flow is governed by Darcy s law, along with the Boussinesq approximation, to account for buoyancy effects introduced by concentration dependent densities. The results show that the interface deformation induces the onset of fingering, however the number of fingers decreases as the deformation increases and the dissolution rate is influenced by the prescribed interface deformations. The velocity field is modeled by a vorticity-stream function formulation. The resulting equations are solved through the Taylor-Galerkin Finite Element Method, using a Crank-Nicolson time discretization. Consideramos o problema de geração de fingers induzidos por flutuações de densidade do fluido que ocupa um meio poroso pela instabilidade de uma camada de fluido parcialmente miscível dissolvendo em uma camada fluido menos denso existente abaixo. O processo de fingering induz uma distribuição desigual de CO2 dissolvido nas camadas superiores, o que afeta a distribuição da tensão superficial na interface, e desestabiliza a geometria de superfície plana. Assumimos uma interface curva para modelar os efeitos de tensão superficial. O principal objetivo é verificar se a superfície curva aumenta a taxa de dissolução CO2 e avaliar uma curvatura que maximiza a dissolução do gás. São realizadas simulações numéricas bidimensionais e dependentes do tempo, assumindo que o fluxo é governado pela Lei de Darcy, juntamente com a aproximação de Boussinesq, para contabilizar os efeitos introduzidos pela flutuação de densidades dependente da concentração. Os resultados mostraram que a deformação da interface induz o início da formação dos fingers, entretanto o aumento dessa deformação diminui a quantidade de fingers. Tal como o fluxo de dissolução é influenciado pelas deformações idealizadas. O campo de velocidade é modelado por uma formulação vorticidade-função de corrente. As equações resultantes são resolvidos através de Taylor-Galerkin, Método dos Elementos Finitos, utilizando o Método de Crank-Nicolson para a discretização temporal.

Submitted by Boris Flegr (boris@uerj.br) on 2021-01-06T19:08:39Z No. of bitstreams: 1 Leon Matos Ribeiro de Lima_ok.pdf: 11084193 bytes, checksum: 988691a9cd2b396bcf163a3d5ffca060 (MD5) Made available in DSpace on 2021-01-06T19:08:39Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Leon Matos Ribeiro de Lima_ok.pdf: 11084193 bytes, checksum: 988691a9cd2b396bcf163a3d5ffca060 (MD5) Previous issue date: 2016-12-13 Sistemas passivos de resfriamento têm aplicações em diversas áreas da engenharia. A indústria nuclear de potência tem buscado a incorporação desses sistemas em novos projetos, na busca de elevar ainda mais os níveis de segurança. Circuitos de convecção natural são sistemas passivos de resfriamento compostos por dois trocadores de calor um aquecedor e um arrefecedor e um circuito de interconexão, onde o calor é absorvido no aquecedor e rejeitado no arrefecedor. Na maioria dos projetos, esse arranjo é conectado a uma piscina, que troca calor com o circuito. Circuitos de convecção natural são objeto de pesquisa em muitos trabalhos científicos, porém não integrados à piscina. Este trabalho apresenta um estudo computacional do comportamento dinâmico de circuitos de convecção natural monofásicos integrados a uma piscina através do aquecedor, com foco na estabilidade termo-hidráulica do sistema. Métodos de análise linear e não-linear de estabilidade são empregados para caracterizar a dinâmica do sistema. Os resultados indicam relevante influência da piscina, que aumenta as regiões de estabilidade de forma significativa. Passive cooling systems find application on many areas of engineering. Nuclear power industry is incorporating such systems in new power plant designs, with the objective of achieving higher levels of safety. Natural convection loops are passive cooling systems consisting of two heat exchangers a heater and a cooler and a connecting circuit, where heat is absorbed in the heater and rejected in the cooler. In most of designs, the circuit is connected to a pool which transfers heat from it, if connected to the cooler, or to it, if connected to the heater. Natural convection loops are the research topic of many scientific works. The connection to the pool, however, is not taken into account. The present work presents a computational study of the dynamic behavior of single-phase natural convection with a pool integrated to the heater, with focus on the thermo-hydraulic stability. Linear and non-linear analyses are performed in order to characterize the system dynamics. Results indicate a relevant contribution of the pool, significantly enlarging stability regions.

Submitted by Boris Flegr (boris@uerj.br) on 2021-01-06T19:13:07Z No. of bitstreams: 4 Eduardo Vitral Freigedo Rodrigues Pt01.pdf: 13065840 bytes, checksum: 53ce9b64cd5f049d83f5c331c4442a38 (MD5) Eduardo Vitral Freigedo Rodrigues Pt02.pdf: 8894652 bytes, checksum: c91608c96daa1e1f414cef4491ff1d54 (MD5) Eduardo Vitral Freigedo Rodrigues Pt03.pdf: 14694042 bytes, checksum: 6bf805dc19f13bf366fe38f6356624e8 (MD5) Eduardo Vitral Freigedo Rodrigues Pt04.pdf: 71362 bytes, checksum: 2948dd30b8a942bd95f69ae3394939cf (MD5) Made available in DSpace on 2021-01-06T19:13:07Z (GMT). No. of bitstreams: 4 Eduardo Vitral Freigedo Rodrigues Pt01.pdf: 13065840 bytes, checksum: 53ce9b64cd5f049d83f5c331c4442a38 (MD5) Eduardo Vitral Freigedo Rodrigues Pt02.pdf: 8894652 bytes, checksum: c91608c96daa1e1f414cef4491ff1d54 (MD5) Eduardo Vitral Freigedo Rodrigues Pt03.pdf: 14694042 bytes, checksum: 6bf805dc19f13bf366fe38f6356624e8 (MD5) Eduardo Vitral Freigedo Rodrigues Pt04.pdf: 71362 bytes, checksum: 2948dd30b8a942bd95f69ae3394939cf (MD5) Previous issue date: 2015-07-24 Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior Apresenta-se uma abordagemnumérica para ummodelo que descreve a formação de padrões por sputtering iônico na superfície de ummaterial. Esse processo é responsável pela formação de padrões inesperadamente organizados, como ondulações, nanopontos e filas hexagonais de nanoburacos. Uma análise numérica de padrões preexistentes é proposta para investigar a dinâmica na superfície, baseada em ummodelo resumido em uma equação anisotrópica amortecida de Kuramoto-Sivashinsky, em uma superfície bidimensional com condições de contorno periódicas. Apesar de determinística, seu caráter altamente não-linear fornece uma rica gama de resultados, sendo possível descrever acuradamente diferentes padrões. Umesquema semi implícito de diferenças finitas com fatoração no tempo é aplicado na discretização da equação governante. Simulações foram realizadas com coeficientes realísticos relacionados aos parâmetros físicos (anisotropias, orientação do feixe, difusão). A estabilidade do esquema numérico foi analisada por testes de passo de tempo e espaçamento de malha, enquanto a verificação do mesmo foi realizada pelo Método das Soluções Manufaturadas. Ondulações e padrões hexagonais foram obtidos a partir de condições iniciais monomodais para determinados valores do coeficiente de amortecimento, enquanto caos espaço-temporal apareceu para valores inferiores. Os efeitos anisotrópicos na formação de padrões foramestudados, variando o ângulo de incidência. A numerical approach is presented for amodel describing the pattern formation by ion beam sputtering on a material surface. This process is responsible for the appearance of unexpectedly organized patterns, such as ripples, nanodots, and hexagonal arrays of nanoholes. A numerical analysis of preexisting patterns is proposed to investigate surface dynamics, based on a model resumed in an anisotropic damped Kuramoto-Sivashinsky equation, in a two dimensional surface with periodic boundary conditions. While deterministic, its highly nonlinear character gives a rich range of results, making it possible to describe accurately different patterns. A finite-difference semi-implicit time splitting scheme is employed on the discretization of the governing equation. Simulations were conducted with realistic coefficients related to physical parameters (anisotropies, beam orientation, diffusion). The stability of the numerical scheme is analyzed with time step and grid spacing tests for the pattern evolution, and the Method ofManufactured Solutions has been used to verify the scheme. Ripples and hexagonal patterns were obtained from amonomodal initial condition for certain values of the damping coefficient, while spatiotemporal chaos appeared for lower values. The anisotropy effects on pattern formation were studied, varying the angle of incidence.

Submitted by Boris Flegr (boris@uerj.br) on 2021-01-06T19:13:05Z No. of bitstreams: 1 Ahmed Elsayed Ismail Ibrahim.pdf: 1392650 bytes, checksum: e8693f6df6952c8cb8b3df1c33ed8308 (MD5) Made available in DSpace on 2021-01-06T19:13:05Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Ahmed Elsayed Ismail Ibrahim.pdf: 1392650 bytes, checksum: e8693f6df6952c8cb8b3df1c33ed8308 (MD5) Previous issue date: 2015-05-27 Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado do Rio de Janeiro Esta dissertação apresenta a avaliação térmica, econômica e ambiental de um sistema de aquecimento solar (SHS) que é usado em uma usina de asfalto, através de simulação computacional com TRNSYS. O processo escolhido é o aquecimento do betume a partir da temperatura de armazenamento até a temperatura de mistura, usando óleo mineral como fluido de transferência de calor (HTF). Os componentes do sistema são o trocador de calor HTF-betume, o coletor concentrador solar parabólico composto (CPC), o aquecedor auxiliar e a bomba de circulação. A simulação no TRNSYS calcula os balanços de massa e energia no circuito fechado do HTF a cada hora. Dados horários do Ano Meteorológico Típico (TMY) do Rio de Janeiro foram utilizados para executar este trabalho. Em muitos casos, a temperatura do HTF ultrapassou 238°C, mostrando que o CPC é apropriado para esta aplicação. Economia de combustível e emissões evitadas foram consideradas para as análises economica e ambiental. Este trabalho descreve as fontes renováveis de energia, os tipos de usinas de asfalto e de aquecedores de betume. Ele também mostra a fração brasileira de algumas destas fontes. Os resultados, portanto, mostram ser possível encorajar políticas públicas ambientalmente corretas para incentivar o uso de energia solar na indústria de asfalto. Além disso, este trabalho pode ajudar na redução da elevada emissão dos gases de efeito estufa a partir da utilização dos combustíveis fósseis nesta indústria. This dissertation presents thermal, economic and environmental evaluation of a solar heating system (SHS) which is used in an asphalt plant from computational simulation with TRNSYS. The process chosen is the bitumen heating from the storage up to the mixing temperature, using mineral oil as heat transfer fluid (HTF). The system components are the HTF-bitumen heat exchanger, the compound parabolic concentration solar collector (CPC), the auxiliary heater and the circulation pump. The TRNSYS simulation computes the mass and energy balances in the HTF closed loop every hour. Rio de Janeiro typical meteorological year (TMY) hourly weather data was used in order to perform this paper. In many instances, HTF temperature has reached a temperature that more than 238°C, showing that the CPC is suitable for this application. Fuel savings and avoided emissions were taken into account for economic and environmental analysis. In this work describes the renewable energy sources, the asphalt plant and bitumen heater types. It also shows the Brazilian portion of the some of these sources. The results, though, made it possible to address environmentally sound public policies to encourage solar energy use in the Asphalt Industry. Moreover, it will help in reducing the high emission of the green house gases from the use of the fossil fuels in this industry.

Submitted by Boris Flegr (boris@uerj.br) on 2021-01-06T19:08:48Z No. of bitstreams: 2 Gustavo Charles Peixoto de Oliveira Pt1.pdf: 3559937 bytes, checksum: 0d4a9e831a70eba14dc765a666ef7e37 (MD5) Gustavo Charles Peixoto de Oliveira Pt2.pdf: 6266470 bytes, checksum: f0b968a02c9ce8bcbc743fb723003e91 (MD5) Made available in DSpace on 2021-01-06T19:08:48Z (GMT). No. of bitstreams: 2 Gustavo Charles Peixoto de Oliveira Pt1.pdf: 3559937 bytes, checksum: 0d4a9e831a70eba14dc765a666ef7e37 (MD5) Gustavo Charles Peixoto de Oliveira Pt2.pdf: 6266470 bytes, checksum: f0b968a02c9ce8bcbc743fb723003e91 (MD5) Previous issue date: 2015-02-20 Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior Um código computacional para escoamentos bifásicos incorporando metodologia híbrida entre oMétodo dos Elementos Finitos e a descrição Lagrangeana-Euleriana Arbitrária do movimento é usado para simular a dinâmica de um jato transversal de gotas na zona primária de quebra. Os corpos dispersos são descritos por meio de um método do tipo front-tracking que produz interfaces de espessura zero através de malhas formadas pela união de elementos adjacentes em ambas as fases e de técnicas de refinamento adaptativo. Condições de contorno periódicas são implementadas de modo variacionalmente consistente para todos os campos envolvidos nas simulações apresentadas e uma versão modificada do campo de pressão é adicionada à formulação do tipo um-fluido usada na equação da quantidade de movimento linear. Simulações numéricas diretas em três dimensões são executadas para diferentes configurações de líquidos imiscí veis compatíveis com resultados experimentais encontrados na literatura. Análises da hidrodinâmica do jato transversal de gotas nessas configurações considerando trajetórias, variação de formato de gota, espectro de pequenas perturbações, além de aspectos complementares relativos à qualidade de malha são apresentados e discutidos. A two-phase flow computational code taking a hybrid Arbitrary Lagrangian-Eulerian desciption of movement along with the Finite Element Method is used to simulate the dynamics of an incompressible drop jet in crossflow in the primary breakup zone. Dispersed entities are described by means of a front-tracking method which produces zero-thickness interfaces through contiguous element meshing and adaptive refinement techniques. Periodic boundary conditions are implemented in a variationally consistent way for all the scalar fields involved in the presented simulations and amodified version of the pressure field is added to the one-fluid formulation employed in the momentum equation. Three-dimensional direct numerical simulations for different flow configurations of immiscible liquids pertinent to experimental results found in literature. Analyses of the hydrodynamics of the drop jet in crossflow in these configurations considering trajectories, drop shape variations, spectrum of small disturbances, besides additional aspects relating to mesh quality are presented and discussed.

Submitted by Boris Flegr (boris@uerj.br) on 2021-01-06T19:12:52Z No. of bitstreams: 1 Silveira Luis Victorino.pdf: 2304970 bytes, checksum: 311acf75cb57bf38fa7f04ee745a9de9 (MD5) Made available in DSpace on 2021-01-06T19:12:52Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Silveira Luis Victorino.pdf: 2304970 bytes, checksum: 311acf75cb57bf38fa7f04ee745a9de9 (MD5) Previous issue date: 2014-03-31 Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior Turbomachines are operational machines that transfer mechanical energy between a rotor and a fluid. This type of machinery is employed in many industries. One of the main components of a turbomachine responsible for the energy transference, either receiving the rotation of the shaft and transforming it into fluid energy in the case of a pump or transferring energy from the fluid to the shaft in the case of a turbine, is the impeller or rotor. The cavitation phenomenon involves two-phase flow: the liquid to be pumped and the vapor bubbles which are formed during pumping. The formation process of these bubbles is complex, but occurs mainly due to the presence of regions of very low pressure. The collapse of the bubbles can often lead to a deterioration of the material, depending on the intensity or speed of bubbles collapse. The main objectives of this work was to study the hydrodynamic behavior of the flow in the impeller channels of a turbomachine (radial flow turbopump) using computational fluid dynamics (CFD resources). An Euler-Lagrange approach coupled with the Langevin equation model, was employed to estimate the bubbles tracking trajectory. Results of the simulations show the details of liquid-vapor bubble flow in a curved channel, providing insights that help us in the cavitation prevent of this machines. Turbomáquinas são máquinas operacionais que transferem energia mecânica entre um rotor e um fluido. Estas máquinas têm muitas aplicações industriais. Um dos componentes de uma turbomáquina responsável pela transferência da energia, ou receber a rotação do eixo e transformar em energia de fluido em caso de bomba ou transferir a energia do fluido para o eixo em caso de uma turbina, é o impelidor ou rotor. O fenómeno da cavitação envolve escoamento bifásico: o líquido a ser bombeado e as bolhas de vapor que são formadas durante o processo de bombeamento. O processo de formação dessas bolhas é complexo, mas ocorre principalmente devido a presença de regiões de pressões muito baixas. O colapso dessas bolhas pode muitas vezes levar a deterioração do material, dependendo da intensidade ou da velocidade de colapso das bolhas. O principal objetivo deste trabalho foi estudar o comportamento hidrodinâmico do escoamento nos canais do impelidor de uma turbomáquina do tipo radial usando recursos de fluidodinâmica computacional (CFD). Uma abordagem Euler-Lagrange acoplada com o modelo da equação de Langevin foi empregada para estimar a trajetória das bolhas. Resultados das simulações mostram as particularidades de um escoamento líquido-bolha de vapor passando em um canal de geometria curva, fornecendo assim informações que podem nos ajudar na prevenção da cavitação nessas máquinas.

Submitted by Julia CTC/B (julia.vieira@uerj.br) on 2021-12-07T15:14:31Z No. of bitstreams: 1 Dissertação - João Paulo Kely Zanardi - 2014 - Completo.pdf: 554499 bytes, checksum: 1d1f7fa088866cdf4e939674d18259bb (MD5) Made available in DSpace on 2021-12-07T15:14:31Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Dissertação - João Paulo Kely Zanardi - 2014 - Completo.pdf: 554499 bytes, checksum: 1d1f7fa088866cdf4e939674d18259bb (MD5) Previous issue date: 2014-01-07 Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior - CAPES In this thesis we will presente a class of preconditioners based on the sparse approximation of the inverse of the coefficient matrix, for the solution of large sparse linear systems by iterative methods, Krylov methods in special. In order to make na efficient Krylov´s method solver it is extremely necessary the use of a good preconditioner. In the actual scenario, Where hybrid architectures machines are more and more common we have na increasing on the demand of highly parallel preconditioners. The sparse approximate inverse methods that will be decribed have parallel application, since its application needs Only sparse matrix-vector multiplication operations, which is a highly parallelizable kernel. Futhermore, some methods can also be constructed in parallel. The main ideia of this thesis is to presente na alternative to the traditionals preconditioners based on sparse approximation of the LU factors, which are very robust but their parallelization are nontrivial. Neste trabalho de dissertação apresentaremos uma classe de precondicionadores baseados na aproximação esparsa da inversa da matriz de coeficientes, para a resolução de sistemas lineares esparsos de grandes portes através de métodos iterativos, mais especificamente métodos de Krylov. Para que um método de Krylov seja eficiente é extremamente necessário o uso de precondicionadores. No contexto atual, onde computadores de arquitetura híbrida são cada vez mais comuns temos uma demanda cada vez maior por precondicionadores paralelizáveis. Os métodos de inversa aproximada que serão descritos possuem aplicação paralela, pois só dependem de uma operação de produto matriz-vetor, que é altamente paralelizável. Além disso, alguns dos métodos também podem ser construídos em paralelo. A ideia principal é apresentar uma alternativa aos tradicionais precondicionadores que utilizam aproximações dos fatores LU, que apesar de robustos são de difícil paralelização.

Submitted by Boris Flegr (boris@uerj.br) on 2021-01-06T19:12:44Z No. of bitstreams: 1 Fabricio dos Santos Dantas.pdf: 6584601 bytes, checksum: 80c718bb0abcd58fc9a735488ec6f340 (MD5) Made available in DSpace on 2021-01-06T19:12:44Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Fabricio dos Santos Dantas.pdf: 6584601 bytes, checksum: 80c718bb0abcd58fc9a735488ec6f340 (MD5) Previous issue date: 2013-08-15 It is presented a technical and economical feasibility assessment of solar preheating of steam boiler feed water for opened vapor systems. Data from a medium sized dairy industry near Rio de Janeiro city, in Brazil, is used to compose a case study. Forty eight solar heating system (SAS) computer simulations were carried out in TRNSYS, for a range of design parameters corresponding to the 5% best economical results of a series of 2700 simpler simulations (φ,f-chart method), programmed on MATLAB. Rio de Janeiro typical meteorological year (TMY) hourly weather data was used. Revenue was based on the avoided consumption of the three most used fuels on dairy industries, while investment cost was composed from both commercial and literature values. Economical assessment results showed unfavorable for the displacement of fuel oil, favorable for substituting natural gas, provided subsidizing, and well competitive against LPG. System s thermal efficiency showed to be the key technical factor for economical performance, thus, as efficiency was found to be inversely proportional for both storage volume and collector area, there isn t an optimal system configuration. The results, though, made it possible to address environmentally sound public policies to encourage solar energy use on dairy industries. Apresenta-se uma avaliação técnico-econômica para o préaquecimento solar da água de reposição em caldeiras de sistemas de vapor abertos. São empregados, para compor um estudo de caso, os dados de uma indústria de laticínios de médio porte situada próximo da cidade do Rio de Janeiro. Quarenta e oito simulações computacionais do sistema de aquecimento solar (SAS) foram realizadas em TRNSYS, correspondendo aos 5% melhores resultados econômicos de uma série de 2.700 simulações mais simples (método φ-f-chart), programados em MATLAB. Foram empregados dados horários de ano típico meteorológico (TMY) para a cidade do Rio de Janeiro. O ganho econômico foi baseado no consumo evitado dos três combustíveis mais comuns na indústria de laticínios, enquanto o custo de investimento foi composto a partir de valores comerciais e da literatura. Os resultados da avaliação econômica mostraram-se desfavoráveis para a substituição de óleo combustível, favoráveis no caso de caldeiras a gás natural, condicionado a existência de subsídios, e bem competitivos para a substituição de GLP. A eficiência térmica do sistema mostrou ser o parâmetro técnico chave para o desempenho econômico, consequentemente, uma vez que a eficiência se mostrou inversamente proporcional tanto ao volume do reservatório quanto à área de coletores, não há uma configuração ótima para o sistema. Não obstante, os resultados permitiram a proposição de políticas públicas para incentivar o uso da energia solar na indústria leiteira e, consequentemente, contribuir para a preservação ambiental.

Submitted by Boris Flegr (boris@uerj.br) on 2021-01-06T19:13:18Z No. of bitstreams: 1 Italo Cristiano Nievinski Lima.pdf: 3823604 bytes, checksum: c9d6cc5b7aff5837defa34913115e6a6 (MD5) Made available in DSpace on 2021-01-06T19:13:18Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Italo Cristiano Nievinski Lima.pdf: 3823604 bytes, checksum: c9d6cc5b7aff5837defa34913115e6a6 (MD5) Previous issue date: 2013-07-31 Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado do Rio de Janeiro This master thesis presents JinSol, a Java program with graphic user interface which runs tests on linear systems solution methods, that was designed for use in comparative studies and in the development of new solution techniques. This program provides graphical analysis tools and generates text tables and spread sheets with test results that might be used to compare the efciency among methods or preconditioners on diferent problems. Integrated with Matlab, the JinSol has a library of solvers, preconditioners and matrices that can be used by the user in a comparative way to help in the search for more eficient methods to specific types of problem. Este trabalho apresenta o JinSol, um programa em Java, com interface gráfica, que realiza testes de métodos de solução de sistemas lineares para ser usado em estudos comparativos e desenvolvimento de novas técnicas de solução. O programa apresenta ferramentas de análise gráfica e gera tabelas de texto e planilhas com os resultados dos testes que podem ser usadas para comparação de eficiência entre diferentes métodos ou precondicionadores sobre diferentes problemas. Integrado ao Matlab, o JinSol possui uma biblioteca de solvers, precondicionadores e matrizes que podem ser utilizados pelo usuário, de forma comparativa, para auxiliar na busca por métodos mais eficientes para tipos específicos de problemas.

Submitted by Boris Flegr (boris@uerj.br) on 2021-01-06T19:13:40Z No. of bitstreams: 1 Nestor M Solalinde.pdf: 8348295 bytes, checksum: d3321b4655191fd356e3095658f9d6a2 (MD5) Made available in DSpace on 2021-01-06T19:13:40Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Nestor M Solalinde.pdf: 8348295 bytes, checksum: d3321b4655191fd356e3095658f9d6a2 (MD5) Previous issue date: 2011-05-19 Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado do Rio de Janeiro In this work, we present a level set approach for the simulation of two-phase immiscible newtonian fluids. The model consists on the incompressible Navier-Stokes equations, coupled with an advection equation for the level set function. The so-called Continuum Surface Force approach (CSF) is used to model the effect of surface tension. The level set method is used to capture the interface between the fluids. Here, the level set function is advected and reinitialized at each timestep. The spatial discretization is based on an unstructured Finite Element mesh that uses adaptive mesh refinement for higher accuracy. Refinement levels are set to be high on regions near the interface and low away from it. For the discretization of velocity and pressure fields, standard (LBB stable) finite element spaces are taken in consideration. Discretization of the time derivative is given by backward differentiation resulting in an implicit approximation. The finite element algorithm is implemented using the libmesh library. Neste trabalho, apresentamos uma abordagem level-set para simulação de fluidos bifasicos imiscíveis. O modelo consiste nas equações de Navier-Stokes incompressíveis, juntamente com uma equação de advecção para a função level-set. A abordagem CSF (Continuum Surface Force) é utilizada para modelar o efeito da tensão superficial. O método level-set é utilizado para capturar a interface entre os fluidos. Aqui, a função level-set é transportada e reinicializada em cada iteração. A discretização espacial é baseada em uma malha de elementos finitos não-estruturados que utiliza refinamento de malha adaptativa para maior precisão. Níveis de refinamento são calculados como altos na região próxima à interface e baixos longe dela. Para a discretização da velocidade e da pressão, espaços de elementos finitos padrão (LBB estável) são levados em consideração. A discretização da derivada no tempo resulta numa aproximação implícita. O algoritmo de elementos finitos é implementado usando a biblioteca de elementos finitos libmesh

Submitted by Boris Flegr (boris@uerj.br) on 2021-01-06T19:12:54Z No. of bitstreams: 1 Pedro Juan Torres Lopez.pdf: 2010655 bytes, checksum: 8966bc5f7781f7c39d4cff5436d2d127 (MD5) Made available in DSpace on 2021-01-06T19:12:54Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Pedro Juan Torres Lopez.pdf: 2010655 bytes, checksum: 8966bc5f7781f7c39d4cff5436d2d127 (MD5) Previous issue date: 2010-06-14 Fundação Carlos Chagas Filho de Amparo a Pesquisa do Estado do Rio de Janeiro O estudo do fluxo de água e do transporte escalar em reservatórios hidrelétricos é importante para a determinação da qualidade da água durante as fases iniciais do enchimento e durante a vida útil do reservatório. Neste contexto, um código de elementos finitos paralelo 2D foi implementado para resolver as equações de Navier-Stokes para fluido incompressível acopladas a transporte escalar, utilizando o modelo de programação de troca de mensagens, a fim de realizar simulações em um ambiente de cluster de computadores. A discretização espacial é baseada no elemento MINI, que satisfaz as condições de Babuska-Brezzi (BB), que permite uma formulação mista estável. Todas as estruturas de dados distribuídos necessárias nas diferentes fases do código, como pré-processamento, solução e pós-processamento, foram implementadas usando a biblioteca PETSc. Os sistemas lineares resultantes foram resolvidos usando o método da projeção discreto com fatoração LU por blocos. Para aumentar o desempenho paralelo na solução dos sistemas lineares, foi empregado o método de condensação estática para resolver a velocidade intermediária nos vértices e no centróide do elemento MINI separadamente. Os resultados de desempenho do método de condensação estática com a abordagem da solução do sistema completo foram comparados. Os testes mostraram que o método de condensação estática apresenta melhor desempenho para grandes problemas, às custas de maior uso de memória. O desempenho de outras partes do código também são apresentados. The study of the water flow and scalar transport in water reservoirs is important for the determination of the water quality during the initial stages of the reservoir filling and during the life of the reservoir. For this scope, a parallel 2D finite element code for solving the incompressible Navier-Stokes equations coupled with scalar transport was implemented using the message-passing programming model, in order to perform simulations of hidropower water reservoirs in a computer cluster environment. The spatial discretization is based on the MINI element that satisfies the Babuska-Brezzi (BB) condition, which provides sufficient conditions for a stable mixed formulation. All the distributed data structures needed in the different stages of the code, such as preprocessing, solving and post processing, were implemented using the PETSc library. The resulting linear systems were solved using the projection method implemented by an approximate block LU factorization. In order to increase the parallel performance in the solution of the linear systems, we employ the static condensation method for solving the intermediate velocity at the vertex and centroid nodes separately. We compare performance results of the static condensation method with the approach of solving the complete system. In our tests the static condensation method shows better performance for large problems, at the cost of an increased memory usage. Performance results for other intensive parts of the code in a computer cluster are also presented.

Submitted by Boris Flegr (boris@uerj.br) on 2021-01-06T19:12:45Z No. of bitstreams: 1 Leon Matos Ribeiro de Lima.pdf: 5339165 bytes, checksum: d692bcae504b54bea75926b4a56fa108 (MD5) Made available in DSpace on 2021-01-06T19:12:45Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Leon Matos Ribeiro de Lima.pdf: 5339165 bytes, checksum: d692bcae504b54bea75926b4a56fa108 (MD5) Previous issue date: 2010-02-22 This work consists on the construction of a set of computational modules for the study of environmental flows, by numerical simulations employing the 2DH and 2DB models, which are 2D models with integration along a third dimension. The models are applicable to problems involving viscous incompressible flows, with temperature or mass transport, and are coupled to modules for reading and manipulating topological and hydrographic data, since the study of environmental flows is strongly related to geographic variables. The Finite Element Method is employed to solve the PDE's system. Part of this work was dedicated to develop two-dimensional mesh generation algorithms. The work also presents the application of the developed models in the thermo-hydraulic simulation of two environmental flow problems. One consists in the analysis of heat exchange efficiency of a structure for heat removal of the cooling water of a thermoelectric power plant. The 2DH model was employed to simulate the flow and heat transport, using different geometries for the cooling channel. The other application is the simulation of a vertical flow problem in a hypothetical reservoir, based on real terrain data. The objective of the simulation, in this case, is the prediction of the impacts of gravity forces on the hydrodynamics and heat transport, identifying the possible formation of stratified flows. O trabalho apresentado nesta dissertação consiste na construção de um conjunto de módulos computacionais voltados para o estudo de escoamentos ambientais através de simulações numéricas utilizando os modelos 2DH e 2DB, que são modelos 2D integrados em uma terceira dimensão. Os modelos desenvolvidos são aplicáveis a problemas envolvendo escoamentos viscosos incompressíveis, com transporte de temperatura ou de massa, e estão acoplados a módulos para leitura e tratamento de dados topográficos, hidrográficos e de batimetria, tendo em vista que o estudo de escoamentos ambientais está fortemente associado a variáveis geográficas. O Método de Elementos Finitos é empregado para solução numérica do sistema de EDP's. Parte deste trabalho foi dedicada ao desenvolvimento de algoritmos de geração de malha, especialmente à geração da malhas bi-dimensionais. O trabalho apresenta ainda a aplicação dos modelos desenvolvidos na simulação termo-hidráulica de dois problemas de escoamentos ambientais. Um consiste na análise da eficiência de troca térmica de estrutura para remoção do calor da água de resfriamento de uma usina termelétrica. O modelo 2DH foi empregado, utilizando geometrias diversas para o canal de resfriamento, verificando a influência da inserção de chicanas e do escoamento ao longo do rio, próximo do qual está localizada a usina. A outra aplicação consiste na simulação do escoamento vertical em um reservatório hipotético, porém baseado em dados de terreno reais. O objetivo das simulações, neste caso, era observar os efeitos da gravidade no escoamento e no transporte de temperatura, detectando, se fosse o caso, a formação de escoamento estratificado.

Submitted by Boris Flegr (boris@uerj.br) on 2021-01-06T19:13:42Z No. of bitstreams: 1 Adriano Gatto Lemos de Souza_BDTD.pdf: 720226 bytes, checksum: fc371b1a38b65a7f51c5b406b0e984ad (MD5) Made available in DSpace on 2021-01-06T19:13:42Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Adriano Gatto Lemos de Souza_BDTD.pdf: 720226 bytes, checksum: fc371b1a38b65a7f51c5b406b0e984ad (MD5) Previous issue date: 2009-03-19 This current paper refers to the development of a piece of software for optimized project of water heating systems by means of the utilization of solar energy. It is a computer tool created to help engineering companies with solar heating systems projects (SAS), using commercial equipment performance data from the Programa Brasileiro de Etiquetagem (PBE) - Brazilian Labeling Program - and solar radiation data from the Atlas Solarimétrico Brasileiro Brazilian Solar Energy Atlas. Throughout the development of the software some methodologies have been used as well as practical relationships aiming at the optimization of the installation with the binomial economy-reliability. The software makes available to designers the possibility of simulating installations with up to four collectors in series, aiming at better hydraulic balance and, consequently, better installation performance. The project methodology used was F-Chart, followed by an economic analysis with relevant information about profitability and investment risk. The software was initially developed on an EXCEL plan, being then implemented in C++. Validation of the software has been performed by means of comparative studies of an example from Duffie and Beckman s book (1991) and a project carried out at UFRGS (Federal University of Rio Grande do Sul), in which the programs Termodim e Radiasol were used, both developed by that university. The software has presented a small deviation in relation to previous simulations, which needs to be investigated in the future in order to identify its causes. As well as F-Chart, the software developed in this dissertation, called Helios-Chart, will have to be used for active direct systems of medium to large-sized installations. O presente trabalho consiste no desenvolvimento de um software para projeto otimizado de sistemas de aquecimento de água mediante a utilização da energia solar. Trata-se de uma ferramenta computacional destinada a auxiliar as empresas de engenharia em projetos de sistemas de aquecimento solar (SAS) utilizando dados de desempenho de equipamentos comerciais provenientes do Programa Brasileiro de Etiquetagem (PBE) e dados de radiação solar provenientes do Atlas Solarimétrico Brasileiro. No desenvolvimento do software foram utilizadas metodologias e relações práticas buscando a otimização técnica e econômica da instalação. O software disponibiliza aos projetistas a possibilidade de simular instalações com até quatro coletores em série buscando um melhor balanço hidráulico e, conseqüentemente, um melhor desempenho da instalação. A metodologia de projeto utilizada foi o F-Chart, acrescido da análise econômica com informações relevantes sobre a rentabilidade e o risco do investimento. O software foi desenvolvido inicialmente em uma planilha do EXCEL para posteriormente ser implementado em C++. A validação do software foi feita através de estudos comparativos com um exemplo do livro de Duffie e Beckman (1991) e um projeto realizado na UFRGS onde foram usados os programas Termodim e Radiasol, ambos desenvolvidos pela mesma Universidade. O software apresentou um pequeno desvio em relação às simulações anteriores que devem merecer investigações futuras no sentido de identificar as suas causas. Assim como o F-Chart, o software desenvolvido nesta dissertação denominado Helios-Chart deverá ser utilizado para sistemas diretos ativos de instalações de médio e grande porte.