Monte Carlo thermodynamic and structural properties of the TIP4P water model: dependence on the computational conditions

Classical Monte Carlo simulations were carried out on the NPT ensemble at 25°C and 1 atm, aiming to investigate the ability of the TIP4P water model [Jorgensen, Chandrasekhar, Madura, Impey and Klein; J. Chem. Phys., 79 (1983) 926] to reproduce the newest structural picture of liquid water. The results were compared with recent neutron diffraction data [Soper; Bruni and Ricci; J. Chem. Phys., 106 (1997) 247]. The influence of the computational conditions on the thermodynamic and structural results obtained with this model was also analyzed. The findings were compared with the original ones from Jorgensen et al [above-cited reference plus Mol. Phys., 56 (1985) 1381]. It is notice that the thermodynamic results are dependent on the boundary conditions used, whereas the usual radial distribution functions g(O/O(r)) and g(O/H(r)) do not depend on them.

Dynamic stationary response of reinforced plates by the boundary element method

A direct version of the boundary element method (BEM) is developed to model the stationary dynamic response of reinforced plate structures, such as reinforced panels in buildings, automobiles, and airplanes. The dynamic stationary fundamental solutions of thin plates and plane stress state are used to transform the governing partial differential equations into boundary integral equations (BIEs). Two sets of uncoupled BIEs are formulated, respectively, for the in-plane state ( membrane) and for the out-of-plane state ( bending). These uncoupled systems are joined to formamacro-element, in which membrane and bending effects are present. The association of these macro-elements is able to simulate thin-walled structures, including reinforced plate structures. In the present formulation, the BIE is discretized by continuous and/or discontinuous linear elements. Four displacement integral equations are written for every boundary node. Modal data, that is, natural frequencies and the corresponding mode shapes of reinforced plates, are obtained from information contained in the frequency response functions (FRFs). A specific example is presented to illustrate the versatility of the proposed methodology. Different configurations of the reinforcements are used to simulate simply supported and clamped boundary conditions for the plate structures. The procedure is validated by comparison with results determined by the finite element method (FEM).

Bosonic D-branes at finite temperature with an external field

Bosonic boundary states at finite temperature are constructed as solutions of boundary conditions at T not equal0 for bosonic open strings with a constant gauge field F-ab coupled to the boundary. The construction is done in the framework of ther-mo field dynamics where a thermal Bogoliubov transformation maps states and operators to finite temperature. Boundary states are given in terms of states from the direct product space between the Fock space of the closed string and another identical copy of it. By analogy with zero temperature, the boundary states have the interpretation of Dp-branes at finite temperature. The boundary conditions admit two different solutions. The entropy of the closed string in a Dp-brane state is computed and analyzed. It is interpreted as the entropy of the Dp-brane at finite temperature.

Dressing approach to the nonvanishing boundary value problem for the AKNS hierarchy

We propose an approach to the nonvanishing boundary value problem for integrable hierarchies based on the dressing method. Then we apply the method to the AKNS hierarchy. The solutions are found by introducing appropriate vertex operators that takes into account the boundary conditions.

Necessary conditions for optimal impulsive control problems

A Maximum Principle is derived for a class of optimal control problems arising in midcourse guidance, in which certain controls are represented by measures and, the state trajectories are functions of bounded variation. The optimality conditions improves on previous optimality conditions by allowing nonsmooth data, measurable time dependence, and a possibly time varying constraint set for the conventional controls.

An alternative formulation for guided electromagnetic fields in grounded chiral slabs - Summary

An alternative formulation for guided electromagnetic fields in grounded chiral slabs is presented. This formulation is formally equivalent to the double Fourier transform method used by the authors to calculate the spectral fields in open chirostrip structures. In this paper, we have addressed the behavior of the electromagnetic fields in the vicinity of the ground plane and at the interface between the chiral substrate and the free space region. It was found that the boundary conditions for the magnetic field, valid for achiral media, are not completely satisfied when we deal with chiral material. Effects of chirality on electromagnetic field distributions and on surface wave dispersion curves were also analyzed.

Analytical/numerical hybrid solution for one-dimensional ablation problem

Ablation is a thermal protection process with several applications in engineering, mainly in the field of airspace industry. The use of conventional materials must be quite restricted, because they would suffer catastrophic flaws due to thermal degradation of their structures. However, the same materials can be quite suitable once being protected by well-known ablative materials. The process that involves the ablative phenomena is complex, could involve the whole or partial loss of material that is sacrificed for absorption of energy. The analysis of the ablative process in a blunt body with revolution geometry will be made on the stagnation point area that can be simplified as a one-dimensional plane plate problem, hi this work the Generalized Integral Transform Technique (GITT) is employed for the solution of the non-linear system of coupled partial differential equations that model the phenomena. The solution of the problem is obtained by transforming the non-linear partial differential equation system to a system of coupled first order ordinary differential equations and then solving it by using well-established numerical routines. The results of interest such as the temperature field, the depth and the rate of removal of the ablative material are presented and compared with those ones available in the open literature.

On the role of boundary terms in the AdS/CFT correspondence

We consider a scalar field theory on AdS, and show that the usual AdS/CFT prescription is unable to map to the boundary a part of the information arising from the quantization in the bulk. We propose a solution to this problem by defining the energy of the theory in the bulk through the Noether current corresponding to time displacements, and, in addition, by introducing a proper generalized AdS/CFT prescription. We also show how this extended formulation could be used to consistently describe double-trace interactions in the boundary. The formalism is illustrated by focusing on the non-minimally coupled case using Dirichlet boundary conditions. © 2004 Published by Elsevier B.V.

Estudo numerico da convecção natural e forçada em cavidades tridimensionais

Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES)

Densidade de energia e força de radiação sobre fronteiras em movimento para estados arbitrários do campo: aplicação ao estado coerente

No presente trabalho foi considerado um campo escalar real não massivo em um espaço-tempo bidimensional, satisfazendo à condição de fronteira Dirichlet ou Neumann na posição instantânea de uma fronteira em movimento. Para uma lei de movimento relativística, foi mostrado que as condiçõoes de fronteira Dirichlet e Neumann produzem a mesma força de radiação sobre um espelho em movimento quando o estado inicial do campo é invariante sobre translações temporais. Obtemos as fórmulas exatas para a densidade de energia do campo e da força de radiação na fronteira para os estados de vácuo, coerente e comprimido. No limite não-relativistico, os resultados obtidos coincidem com os encontrados na literatura. Também foi investigado o campo dentro de uma cavidade oscilante. Considerando as condiçõoes de fronteira Neumann e Dirichlet, escreveu-se a fórmulas exata para a densidade de energia dentro de uma cavidade não-estática, para um estado inicial arbitrário do campo. Tomando como base a equação de Moore, nós calculamos recursivamente a densidade de energia e investigamos a evolução temporal da densidade de energia para o estado coerente do campo.

Modelagem sísmica via métodos das diferenças finitas: caso da bacia do Amazonas

Este trabalho tem por objetivo apresentar os resultados da modelagem sísmica em meios com fortes descontinuidades de propriedades físicas, com ênfase na existência de difrações e múltiplas reflexões, tendo a Bacia do Amazonas como referência à modelagem. As condições de estabilidade e de fronteiras utilizadas no cálculo do campo de ondas sísmicas foram analisadas numericamente pelo método das diferenças finitas, visando melhor compreensão e controle da interpretação de dados sísmicos. A geologia da Bacia do Amazonas é constituída por rochas sedimentares depositadas desde o Ordoviciano até o Recente que atingem espessuras da ordem de 5 km. Os corpos de diabásio, presentes entre os sedimentos paleozóicos, estão dispostos na forma de soleiras, alcançam espessuras de centenas de metros e perfazem um volume total de aproximadamente 90000 Km³. A ocorrência de tais estruturas é responsável pela existência de reflexões múltiplas durante a propagação da onda sísmica o que impossibilita melhor interpretação dos horizontes refletores que se encontram abaixo destas soleiras. Para representar situações geológicas desse tipo foram usados um modelo (sintético) acústico de velocidades e um código computacional elaborado via método das diferenças finitas com aproximação de quarta ordem no espaço e no tempo da equação da onda. A aplicação dos métodos de diferenças finitas para o estudo de propagação de ondas sísmicas melhorou a compreensão sobre a propagação em meios onde existem heterogeneidades significativas, tendo como resultado boa resolução na interpretação dos eventos de reflexão sísmica em áreas de interesse. Como resultado dos experimentos numéricos realizados em meio de geologia complexa, foi observada a influência significativa das reflexões múltiplas devido à camada de alta velocidade, isto provocou maior perda de energia e dificultou a interpretação dos alvos. Por esta razão recomenda-se a integração de dados de superfície com os de poço, com o objetivo de obter melhor imagem dos alvos abaixo das soleiras de diabásio.

A influência do Arco do Desmatamento sobre o ciclo hidrológico da Amazônia

Este trabalho buscou quantificar algumas alterações no ciclo hidrológico da Amazônia propiciadas pelo desmatamento da região, principalmente devido à faixa conhecida como "Arco do Desmatamento". Neste sentido, foram realizados experimentos numéricos utilizando o modelo BRAMS (Brazilian Regional Atmospheric Modeling System) tendo o submodelo de vegetação dinâmica GEMTM (General Energy and Mass Transport Model) a ele acoplado. Foram investigados os impactos causados pelo Arco do Desmatamento atual em relação à floresta intacta, bem como as futuras modificações, causados pelo avanço do desmatamento até o ano de 2050. Como condições de contorno na superfície para o modelo BRAMS, foram usados cenários oriundos de modelos empíricos de desmatamento para os anos de 2002 e 2050. Os resultados mostraram que o avanço do Arco do Desmatamento até 2050 tem uma complexa relação com as variáveis analisadas. Por exemplo, a precipitação apresentou distribuição espacial heterogênea, com áreas de anomalias positivas e negativas que se mostraram coerentes com as anomalias de outras variáveis, como a evapotranspiração e a divergência de umidade. Também foram encontradas algumas áreas que evidenciaram as possíveis influências dos grandes rios e topografia da região sobre essa precipitação. Os balanços de radiação e energia também foram afetados pelo desmatamento, sendo que grande parte das alterações é devido à mudança do albedo da superfície, a qual ocorre com a substituição da floresta pela pastagem. Quanto às alterações propiciadas pelo Arco do Desmatamento atual em relação à floresta intacta, foi observado que todas as variáveis foram afetadas, entretanto a maioria dos impactos ainda é localizada sobre a área mais afetada pelo desmatamento, diferentemente dos resultados encontrados para o cenário de 2050, onde as modificações já se dão a nível regional.

Integral transform method for laminar heat transfer convection of herschel-bulkley fluids within concentric annular ducts

ABSTRACT: Related momentum and energy equations describing the heat and fluid flow of Herschel-Bulkley fluids within concentric annular ducts are analytically solved using the classical integral transform technique, which permits accurate determination of parameters of practical interest in engineering such as friction factors and Nusselt numbers for the duct length. In analyzing the problem, thermally developing flow is assumed and the duct walls are subjected to boundary conditions of first kind. Results are computed for the velocity and temperature fields as well as for the parameters cited above with different power-law indices, yield numbers and aspect ratios. Comparisons are also made with previous work available in the literature, providing direct validation of the results and showing that they are consistent.

Modelagem hidrodinâmica e estudo morfológico do Lago Água Preta: um dos mananciais da Grande Belém

As condições naturais dos recursos hídricos podem ser modificadas com o uso insustentável dos mesmos. Por exemplo, em Belém, capital do Estado do Pará, o lago Água Preta, apresenta uma história de degradação que põe em risco o abastecimento de água potável em Belém. Nesse contexto, a principal contribuição do presente trabalho, é a realização de um estudo sobre a modelagem hidrodinâmica e a morfologia do lago Água Preta. Tal estudo foi efetuado a partir de duas fontes de dados. A primeira é um mapa topobatimétrico de 1975, que faz parte dos arquivos da COSANPA. A segunda foi uma batimetria realizada com um ADCP em 2009. A modelagem iniciase com a elaboração dos modelos de elevação de terreno de 1975 e 2009, também utilizados para o estudo morfológico do lago. Para a utilização do modelo hidrodinâmico, são necessários os modelos de elevação de terreno supracitados; o modelo de rugosidade do relevo subaquático do lago, para o cálculo do coeficiente de Manning; e as condições de contorno. As simulações hidrodinâmicas de velocidade e profundidades foram realizadas utilizando o modelo de Saint-Venant do tipo águas rasas. No caso das profundidades, as mesmas foram comparadas com dados disponíveis na literatura, a fim de validá-las. Os resultados das simulações hidrodinâmicas, ou seja, profundidades e velocidades, associadas ao estudo morfológico, são peças chave na análise dos padrões de escoamento e de tendências de assoreamento do lago.

Criação de fótons no efeito Casimir dinâmico em cavidade oscilante com condições de Neumann e Dirichlet

Consideramos um campo escalar não massivo num espaço-tempo bi-dimensional dentro de uma cavidade oscilante com condições de contorno mistas. Discutindo do fenômeno da criação de partículas, consideramos uma situação de ressonância paramétrica na qual a freqüência de oscilação da fronteira é duas vezes a freqüência do primeiro modo da cavidade estática. Por conveniência, supomos que a fronteira que está em repouso impõe ao campo a condição de Neumann, enquanto que a outra, em movimento não relativístico, impõe ao campo a condição de Dirichlet. Seguindo o procedimento desenvolvido por Dodonov e Klimov (Phys. Rev. A, 56, 2664 (1996)), calculamos o número de partículas criadas, a taxa de geração e a energia na cavidade. Comparamos nossos resultados aos encontrados na literatura para o caso Dirichlet-Dirichlet.