Analysis of diffusion process in fractured reservoirs using fractional derivative approach

The fractal geometry is used to model of a naturally fractured reservoir and the concept of fractional derivative is applied to the diffusion equation to incorporate the history of fluid flow in naturally fractured reservoirs. The resulting fractally fractional diffusion (FFD) equation is solved analytically in the Laplace space for three outer boundary conditions. The analytical solutions are used to analyze the response of a naturally fractured reservoir considering the anomalous behavior of oil production. Several synthetic examples are provided to illustrate the methodology proposed in this work and to explain the diffusion process in fractally fractured systems.

Simulação de sistema de desenfumagem de parques de estacionamento recorrendo ao programa OpenFOAM

Os parques de estacionamento cobertos estão obrigados por legislação a terem sistemas de desenfumagem. Assim, nesta dissertação desenvolve-se um procedimento computacional para a analise e verificação de funcionamento de sistemas de desenfumagem com ventiladores de impulso para parques de estacionamento, recorrendo ao software de mecânica dos fluidos computacional OpenFOAM. Actualmente nos sistemas de desenfumagem de parques de estacionamento estão a ser aplicados ventiladores de impulso. Este tipo de ventiladores não estão contemplados pela legislação em vigor. Assim, para serem utilizados é necessário verificar se estes podem substituir as redes de condutas. A verificação do funcionamento de sistemas de desenfumagem com ventiladores de impulso e efectuada com recurso a programas de simulação de mecânica dos fluidos computacional. O software OpenFOAM não tem tutoriais para ventiladores de impulso. Assim, foi executado um procedimento para validação dos ventiladores de impulso. A validação consistiu em reproduzir-se uma experiência executada por Giesen et al. (2011). Executaram-se várias simulações com diferentes modelos de turbulência, verificando-se que o programa buoyantpimplefoam do software OpenFOAM ao utilizar o modelo de turbulência k -ɛ simulou quase na perfeição os ventiladores de impulso. O desenvolvimento do procedimento computacional foi executado para um parque de estacionamento com uma geometria bastante complexa. O parque de estacionamento foi criado com um software em 3D e posteriormente inserido numa malha j a criada com as dimensões exteriores do parque. Foram estipuladas as condições de fronteira e executou-se uma simulação de seiscentos segundos com parâmetros determinados previamente. O processamento da simulação teve a duração de aproximadamente oito dias. Dos resultados obtidos concluiu-se que o procedimento computacional apresentado simula adequadamente sistemas de desenfumagem em parques de estacionamento.

Desenvolvimento de programa em linguagem Matlab® para cálculo pelo método de elementos finitos

Para o projeto de qualquer estrutura existente (edifícios, pontes, veículos, máquinas, etc.) é necessário conhecer as condições de carga, geometria e comportamento de todas as suas partes, assim como respeitar as normativas em vigor nos países nos quais a estrutura será aplicada. A primeira parte de qualquer projeto nesta área passa pela fase da análise estrutural, onde são calculadas todas as interações e efeitos de cargas sobre as estruturas físicas e os seus componentes de maneira a verificar a aptidão da estrutura para o seu uso. Inicialmente parte-se de uma estrutura de geometria simplificada, pondo de parte os elementos físicos irrelevantes (elementos de fixação, revestimentos, etc.) de maneira a simplificar o cálculo de estruturas complexas e, em função dos resultados obtidos da análise estrutural, melhorar a estrutura se necessário. A análise por elementos finitos é a ferramenta principal durante esta primeira fase do projeto. E atualmente, devido às exigências do mercado, é imprescindível o suporte computorizado de maneira a agilizar esta fase do projeto. Existe para esta finalidade uma vasta gama de programas que permitem realizar tarefas que passam pelo desenho de estruturas, análise estática de cargas, análise dinâmica e vibrações, visualização do comportamento físico (deformações) em tempo real, que permitem a otimização da estrutura em análise. Porém, estes programas demostram uma certa complexidade durante a introdução dos parâmetros, levando muitas vezes a resultados errados. Assim sendo, é essencial para o projetista ter uma ferramenta fiável e simples de usar que possa ser usada para fins de projeto de estruturas e otimização. Sobre esta base nasce este projeto tese onde se elaborou um programa com interface gráfica no ambiente Matlab® para a análise de estruturas por elementos finitos, com elementos do tipo Barra e Viga, quer em 2D ou 3D. Este programa permite definir a estrutura por meio de coordenadas, introdução de forma rápida e clara, propriedades mecânicas dos elementos, condições fronteira e cargas a aplicar. Como resultados devolve ao utilizador as reações, deformações e distribuição de tensões nos elementos quer em forma tabular quer em representação gráfica sobre a estrutura em análise. Existe ainda a possibilidade de importação de dados e exportação dos resultados em ficheiros XLS e XLSX, de maneira a facilitar a gestão de informação. Foram realizados diferentes testes e análises de estruturas de forma a validar os resultados do programa e a sua integridade. Os resultados foram todos satisfatórios e convergem para os resultados de outros programas, publicados em livros, e para cálculo a mão feitos pelo autor.

Desenvolvimento de um procedimento de Numerical Site Calibration para um Parque Eólico usando Dinâmica de Fluidos Computacional

Esta dissertação descreve o desenvolvimento e avaliação de um procedimento de \Numerical Site Calibration" (NSC) para um Parque Eólico, situado a sul de Portugal, usando Dinâmica de Fluídos Computacional (CFD). O NSC encontra-se baseado no \Site Calibration" (SC), sendo este um método de medição padronizado pela Comissão Electrónica Internacional através da norma IEC 61400. Este método tem a finalidade de quantificar e reduzir os efeitos provocados pelo terreno e por possíveis obstáculos, na medição do desempenho energético das turbinas eólicas. Assim, no SC são realizadas medições em dois pontos, no mastro referência e no local da turbina (mastro temporário). No entanto, em Parques Eólicos já construídos, este método não é aplicável visto ser necessária a instalação de um mastro de medição no local da turbina e, por conseguinte, o procedimento adequado para estas circunstâncias é o NSC. O desenvolvimento deste método é feito por um código CFD, desenvolvido por uma equipa de investigação do Instituto Superior de Engenharia do Porto, designado de WINDIETM, usado extensivamente pela empresa Megajoule Inovação, Lda em aplicações de energia eólica em todo mundo. Este código é uma ferramenta para simulação de escoamentos tridimensionais em terrenos complexos. As simulações do escoamento são realizadas no regime transiente utilizando as equações de Navier-Stokes médias de Reynolds com aproximação de Bussinesq e o modelo de turbulência TKE 1.5. As condições fronteira são provenientes dos resultados de uma simulação realizada com Weather Research and Forecasting, WRF. Estas simulações dividem-se em dois grupos, um dos conjuntos de simulações utiliza o esquema convectivo Upwind e o outro utiliza o esquema convectivo de 4aordem. A análise deste método é realizada a partir da comparação dos dados obtidos nas simulações realizadas no código WINDIETM e a coleta de dados medidos durante o processo SC. Em suma, conclui-se que o WINDIETM e as suas configurações reproduzem bons resultados de calibração, ja que produzem erros globais na ordem de dois pontos percentuais em relação ao SC realizado para o mesmo local em estudo.

Heat recovery from wastewater: numerical modelling of sewer systems

Dissertação para obtenção do Grau de Mestre em Engenharia do Ambiente, perfil Engenharia Sanitária

Ethical leadership and reputation: Combined indirect effects on organizational deviance

This is a pre-copyedited, author-produced PDF of an article accepted for publication in Journal of Business Ethics following peer review. The version of record Neves, P., & Story, J. (2015). Ethical Leadership and Reputation: Combined Indirect Effects on Organizational Deviance. Journal of Business Ethics, 127(1), 165–176. “The final publication is available at Springer via http://dx.doi.org/10.1007/s10551-013-1997-3”.

GEOCHEMISTRY AND GEOCHRONOLOGY OF SURFICIAL ACRE BASIN SEDIMENTS (WESTERN AMAZONIA): KEY INFORMATION FOR CLIMATE RECONSTRUCTION.

Geochemical and geochronological analyses of samples of surficial Acre Basin sediments and fossils indicate an extensive fluvial-lacustrine system, occupying this region, desiccated slowly during the last glacial cycle (LGC). This research documents direct evidence for aridity in western Amazonia during the LGC and is important in establishing boundary conditions for LGC climate models as well as in correlating marine and continental (LGC) climate conditions.

Experimental and numerical approaches for structural assessment in new footbridge designs (SFRSCC–GFPR hybrid structure)

Within the civil engineering field, the use of the Finite Element Method has acquired a significant importance, since numerical simulations have been employed in a broad field, which encloses the design, analysis and prediction of the structural behaviour of constructions and infrastructures. Nevertheless, these mathematical simulations can only be useful if all the mechanical properties of the materials, boundary conditions and damages are properly modelled. Therefore, it is required not only experimental data (static and/or dynamic tests) to provide references parameters, but also robust calibration methods able to model damage or other special structural conditions. The present paper addresses the model calibration of a footbridge bridge tested with static loads and ambient vibrations. Damage assessment was also carried out based on a hybrid numerical procedure, which combines discrete damage functions with sets of piecewise linear damage functions. Results from the model calibration shows that the model reproduces with good accuracy the experimental behaviour of the bridge.

Effect of environmental ageing on the numerical response of FRP-strengthened masonry walls

Recent durability studies have shown the susceptibility of bond in fiber-reinforced polymer (FRP) strengthened masonry components to hygrothermal exposures. However, it is not clear how this local material degradation affects the global behavior of FRP-strengthened masonry structures. This study addresses this issue by numerically investigating the nonlinear behavior of FRP-masonry walls after aging in two different environmental conditions. A numerical modeling strategy is adopted and validated with existing experimental tests on FRP-strengthened masonry panels. The model, once validated, is used for modeling of four hypothetical FRP-strengthened masonry walls with different boundary conditions, strengthening schemes, and reinforcement ratios. The nonlinear behavior of the walls is then simulated before and after aging in two different environmental conditions. The degradation data are taken from previous accelerated aging tests. The changes in the failure mode and nonlinear response of the walls after aging are presented and discussed.

Masonry components

Masonry is a non-homogeneous material, composed of units and mortar, which can be of different types, with distinct mechanical properties. The design of both masonry units and mortar is based on the role of the walls in the building. Load-bearing walls relate to structural elements that bear mainly vertical loads, but can serve also to resist to horizontal loads. When a structural masonry building is submitted to in-plane and out-of-plane loadings induced by an earthquake for example, the masonry walls are the structural elements that ensure the global stability of the building. This means that the walls should have adequate mechanical properties that enable them to resist to different combinations of compressive, shear and tensile stresses.The boundary conditions influence the resisting mechanisms of the structural walls under in-plane loading and in a buildings the connection at the intersection walls are of paramount importance for the out-of-plane resisting mechanism. However, it is well established that the masonry mechanical properties are also relevant for the global mechanical performance of the structural masonry walls. Masonry units for load-bearing walls are usually laid so that their perforations are vertically oriented, whereas for partition walls, brick units with horizontal perforation are mostly adopted.

Analytical and numerical study of the electro-osmotic annular flow of viscoelastic fluids

In this work we present semi-analytical solutions for the electro-osmotic annular flow of viscoelastic fluids modeled by the Linear and Exponential PTT models. The viscoelastic fluid flows in the axial direction between two concentric cylinders under the combined influences of electrokinetic and pressure forcings. The analysis invokes the Debye-Hückel approximation and includes the limit case of pure electro-osmotic flow. The solution is valid for both no slip and slip velocity at the walls and the chosen slip boundary condition is the linear Navier slip velocity model. The combined effects of fluid rheology, electro-osmotic and pressure gradient forcings on the fluid velocity distribution are also discussed.

Annular flow of viscoelastic fluids: Analytical and numerical solutions

This work provides analytical and numerical solutions for the linear, quadratic and exponential Phan–Thien–Tanner (PTT) viscoelastic models, for axial and helical annular fully-developed flows under no slip and slip boundary conditions, the latter given by the linear and nonlinear Navier slip laws. The rheology of the three PTT model functions is discussed together with the influence of the slip velocity upon the flow velocity and stress fields. For the linear PTT model, full analytical solutions for the inverse problem (unknown velocity) are devised for the linear Navier slip law and two different slip exponents. For the linear PTT model with other values of the slip exponent and for the quadratic PTT model, the polynomial equation for the radial location (β) of the null shear stress must be solved numerically. For both models, the solution of the direct problem is given by an iterative procedure involving three nonlinear equations, one for β, other for the pressure gradient and another for the torque per unit length. For the exponential PTT model we devise a numerical procedure that can easily compute the numerical solution of the pure axial flow problem

Slip flows of Newtonian and viscoelastic fluids in a 4:1 contraction

This work presents a numerical study of the 4:1 planar contraction flow of a viscoelastic fluid described by the simplified Phan-Thien–Tanner model under the influence of slip boundary conditions at the channel walls. The linear Navier slip law was considered with the dimensionless slip coefficient varying in the range ½0; 4500. The simulations were carried out for a small constant Reynolds number of 0.04 and Deborah numbers (De) varying between 0 and 5. Convergence could not be achieved for higher values of the Deborah number, especially for large values of the slip coefficient, due to the large stress gradients near the singularity of the reentrant corner. Increasing the slip coefficient leads to the formation of two vortices, a corner and a lip vortex. The lip vortex grows with increasing slip until it absorbs the corner vortex, creating a single large vortex that continues to increase in size and intensity. In the range De = 3–5 no lip vortex was formed. The flow is characterized in detail for De ¼ 1 as function of the slip coefficient, while for the remaining De only the main features are shown for specific values of the slip coefficient.

Structure-property relationships in polymer nanocomposites

Tese de Doutoramento em Ciência e Engenharia de Polímeros e Compósitos

Lithium ion rechargeable batteries: State of the art and future needs of microscopic theoretical models and simulations

This review deals with the recent developments and present status of the theoretical models for the simulation of the performance of lithium ion batteries. Preceded by a description of the main materials used for each of the components of a battery -anode, cathode and separator- and how material characteristics affect battery performance, a description of the main theoretical models describing the operation and performance of a battery are presented. The influence of the most relevant parameters of the models, such as boundary conditions, geometry and material characteristics are discussed. Finally, suggestions for future work are proposed.