Evaluation of a bounded high order upwind scheme for 3D incompressible free surface flow computations

fit the context of normalized variable formulation (NVF) of Leonard and total variation diminishing (TVD) constraints of Harten. this paper presents an extension of it previous work by the authors for solving unsteady incompressible flow problems. The main contributions of the paper are threefold. First, it presents the results of the development and implementation of a bounded high order upwind adaptative QUICKEST scheme in the 3D robust code (Freeflow), for the numerical solution of the full incompressible Navier-Stokes equations. Second, it reports numerical simulation results for 1D hock tube problem, 2D impinging jet and 2D/3D broken clam flows. Furthermore, these results are compared with existing analytical and experimental data. And third, it presents the application of the numerical method for solving 3D free surface flow problems. (C) 2007 IMACS. Published by Elsevier B.V. All rights reserved,

Disfunção autonômica e doença vascular periférica em pacientes com diabete melito tipo 2

A disfunção autonômica está associada com aumento da mortalidade em pacientes diabéticos, especialmente naqueles com doença cardiovascular. Neuropatia periférica, mau controle glicêmico, dislipidemia e hipertensão são alguns dos fatores de risco para o desenvolvimento de doença vascular periférica (DVP) nestes pacientes. O objetivo deste estudo foi avaliar os fatores de risco associados com a presença de DVP em pacientes com DM tipo 2. Um estudo transversal foi realizado em 84 pacientes com DM tipo 2 ( 39 homens, idade média de 64,9 ± 7,5 anos). Os pacientes foram submetidos a uma avaliação clínica e laboratorial. A presença de DVP foi definida, utilizando-se um um aparelho manual de ultrasom com doppler (índice perna-braço < 0,9). A atividade autonômica foi avaliada através da análise da variabilidade da freqüência cardíaca (HRV) por métodos no domínio do tempo e da freqüência (análise espectral), e pelo mapa de retorno tridimensional durante o período do dia e da noite. Para a análise da HRV, um eletrocardiograma de 24 horas foi gravado e as fitas analisadas em um analisador de Holter Mars 8000 (Marquete). A potência espectral foi quantificada pela área em duas bandas de freqüência: 0,04-0,15 Hz – baixa freqüência (BF), 0,015-0,5 Hz – alta freqüência (AF). A razão BF/AF foi calculada em cada paciente. O mapa de retorno tridimensional foi construído através de um modelo matemático onde foram analisados os intervalos RR versus a diferença entre os intervalos RR adjacentes versus o número de contagens verificadas, e quantificado por três índices refletindo a modulação simpática (P1) e vagal (P2 e P3). DVP estava presente em 30 (36%) pacientes. Na análise univariada, pacientes com DVP apresentaram índices que refletem a modulação autonômica (análise espectral) diminuídos quando comparados aos pacientes sem DVP, respectivamente: BF = 0,19 ± 0,07 m/s2 vs. 0,29 ± 0,11 m/s2 P = 0,0001; BF/AF = 1,98 ± 0,9 m/s2 vs. 3,35 ± 1,83 m/s2 p = 0,001. Além disso, o índice que reflete a atividade simpática no mapa de retorno tridimensional (P1), foi mais baixo em pacientes com DVP (61,7 ± 9,4 vs. 66,8 ± 9,7 unidades arbitrárias, P = 0,04) durante a noite, refletindo maior ativação simpática neste período. Estes pacientes também apresentavam uma maior duração do diabetes (20 ± 8,1 vs. 15,3 ± 6,7 anos, P = 0,006), níveis de pressão arterial sistólica (154 ± 20 vs. 145 ± 20 mmHg, P = 0,04), razão cintura-quadril ( 0,98 ± 0,09 vs.0,92 ± 0,08, P = 0,01), e níveis de HbA1c mais elevados (7,7 ± 1,6 vs. 6,9 ± 1,7 %, P = 0,04), bem como valores de triglicerídeos ( 259 ± 94 vs. 230 ± 196 mg/dl, P= 0,03) e de excreção urinária de albumina ( 685,5 ± 1359,9 vs. 188,2 ± 591,1 μ/min, P = 0,02) superiores aos dos pacientes sem DVP.. Nos pacientes com DVP observou-se uma presença aumentada de nefropatia diabética (73,3% vs. 29,6% P = 0,0001), de retinopatia (73,3% vs. 44,4% P = 0,02) e neuropatia periférica (705 vs. 35,1% P = 0,006). Os grupos não diferiram quanto à idade, índice de massa corporal, tabagismo e presença de doença arterial coronariana. Na análise logística multivariada, a DVP permaneceu associada com a disfunção autonômica, mesmo após ter sido controlada pela pressão arterial sistólica, duração do DM, HbA1c, triglicerídeos e excreção urinária de albumina. Concluindo, pacientes com DVP e DM tipo 2 apresentam índices que refletem a modulação autonômica diminuídos, o que pode representar um fator de risco adicional para o aumento da mortalidade nestes pacientes.

On determining spectral parameters, tracking jitter, and GPS positioning improvement by scintillation mitigation

A method of determining spectral parameters p (slope of the phase PSD) and T (phase PSD at 1 Hz) and hence tracking error variance in a GPS receiver PLL from just amplitude and phase scintillation indices and an estimated value of the Fresnel frequency has been previously presented. Here this method is validated using 50 Hz GPS phase and amplitude data from high latitude receivers in northern Norway and Svalbard. This has been done both using (1) a Fresnel frequency estimated using the amplitude PSD (in order to check the accuracy of the method) and (2) a constant assumed value of Fresnel frequency for the data set, convenient for the situation when contemporaneous phase PSDs are not available. Both of the spectral parameters (p, T) calculated using this method are in quite good agreement with those obtained by direct measurements of the phase spectrum as are tracking jitter variances determined for GPS receiver PLLs using these values. For the Svalbard data set, a significant difference in the scintillation level observed on the paths from different satellites received simultaneously was noted. Then, it is shown that the accuracy of relative GPS positioning can be improved by use of the tracking jitter variance in weighting the measurements from each satellite used in the positioning estimation. This has significant advantages for scintillation mitigation, particularly since the method can be accomplished utilizing only time domain measurements thus obviating the need for the phase PSDs in order to extract the spectral parameters required for tracking jitter determination.

A combination of implicit and adaptative upwind tools for the numerical solution of incompressible free surface flows

This paper is concerned with the numerical solutions of time dependent two-dimensional incompressible flows. By using the primitive variables of velocity and pressure, the Navier-Stokes and mass conservation equations are solved by a semi-implicit finite difference projection method. A new bounded higher order upwind convection scheme is employed to deal with the non-linear (advective) terms. The procedure is an adaptation of the GENSMAC (J. Comput. Phys. 1994; 110: 171-186) methodology for calculating confined and free surface fluid flows at both low and high Reynolds numbers. The calculations were performed by using the 2D version of the Freeflow simulation system (J. Comp. Visual. Science 2000; 2:199-210). In order to demonstrate the capabilities of the numerical method, various test cases are presented. These are the fully developed flow in a channel, the flow over a backward facing step, the die-swell problem, the broken dam flow, and an impinging jet onto a flat plate. The numerical results compare favourably with the experimental data and the analytical solutions. Copyright (c) 2006 John Wiley & Sons, Ltd.

Evaluation of a bounded high order upwind scheme for 3D incompressible free surface flow computations

fit the context of normalized variable formulation (NVF) of Leonard and total variation diminishing (TVD) constraints of Harten. this paper presents an extension of it previous work by the authors for solving unsteady incompressible flow problems. The main contributions of the paper are threefold. First, it presents the results of the development and implementation of a bounded high order upwind adaptative QUICKEST scheme in the 3D robust code (Freeflow), for the numerical solution of the full incompressible Navier-Stokes equations. Second, it reports numerical simulation results for 1D hock tube problem, 2D impinging jet and 2D/3D broken clam flows. Furthermore, these results are compared with existing analytical and experimental data. and third, it presents the application of the numerical method for solving 3D free surface flow problems. (C) 2007 IMACS. Published by Elsevier B.V. All rights reserved,

A high dynamic range method for the direct readout of a dynamic phase change in homodyne interferometers

Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo (FAPESP)

Running behavior and its energy cost in mice selectively bred for high voluntary locomotor activity

Locomotion is central to behavior and intrinsic to many fitnesscritical activities (e.g., migration, foraging), and it competes with other life-history components for energy. However, detailed analyses of how changes in locomotor activity and running behavior affect energy budgets are scarce. We quantified these effects in four replicate lines of house mice that have been selectively bred for high voluntary wheel running (S lines) and in their four nonselected control lines (C lines). We monitored wheel speeds and oxygen consumption for 24-48 h to determine daily energy expenditure (DEE), resting metabolic rate (RMR), locomotor costs, and running behavior (bout characteristics). Daily running distances increased roughly 50%-90% in S lines in response to selection. After we controlled for body mass effects, selection resulted in a 23% increase in DEE in males and a 6% increase in females. Total activity costs (DEE - RMR) accounted for 50%-60% of DEE in both S and C lines and were 29% higher in S males and 5% higher in S females compared with their C counterparts. Energetic costs of increased daily running distances differed between sexes because S females evolved higher running distances by running faster with little change in time spent running, while S males also spent 40% more time running than C males. This increase in time spent running impinged on high energy costs because the majority of running costs stemmed from postural costs (the difference between RMR and the zero-speed intercept of the speed vs. metabolic rate relationship). No statistical differences in these traits were detected between S and C females, suggesting that large changes in locomotor behavior do not necessarily effect overall energy budgets. Running behavior also differed between sexes: within S lines, males ran with more but shorter bouts than females. Our results indicate that selection effects on energy budgets can differ dramatically between sexes and that energetic constraints in S males might partly explain the apparent selection limit for wheel running observed for over 15 generations. © 2009 by The University of Chicago. All rights reserved.

The effects of different styles of musical auditory stimulation on cardiac autonomic regulation in healthy women

The literature investigated the effects of chronic baroque music auditory stimulation on the cardiovascular system. However, it lacks in the literature the acute effects of different styles of music on cardiac autonomic regulation. To evaluate the acute effects of baroque and heavy metal music on heart rate variability (HRV) in women. The study was performed in 21 healthy women between 18 and 30 years old. We excluded persons with previous experience with music instrument and those who had affinity with the song styles. All procedures were performed in the same sound-proof room. We analyzed HRV in the time (standard deviation of normal-to-normal respiratory rate (RR) intervals, root-mean square of differences between adjacent normal RR intervals in a time interval, and the percentage of adjacent RR intervals with a difference of duration greater than 50 ms) and frequency (low frequency [LF], high frequency [HF], and LF/HF ratio) domains. HRV was recorded at rest for 10 min. Subsequently they were exposed to baroque or heavy metal music for 5 min through an earphone. After the first music exposure they remained at rest for more 5 min and them they were exposed again to baroque or heavy metal music. The sequence of songs was randomized for each individual. The power analysis provided a minimal number of 18 subjects. Shapiro-Wilk to verify normality of data and analysis of variance for repeated measures followed by the Bonferroni test for parametric variables and Friedman's followed by the Dunn's post-test for non-parametric distributions. During the analysis of the time-domain indices were not changed. In the frequency-domain analysis, the LF in absolute units was reduced during the heavy metal music stimulation compared to control. Acute exposure to heavy metal music affected the sympathetic activity in healthy women.

Desenvolvimento de um método numérico para simular escoamentos viscoelásticos axissimétricos com superfícies livres: Modelo PTT

Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo (FAPESP)

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.

Projeto de um monopolo Hi para aplicações no sistema brasileiro de TV digital

A presente pesquisa trata o projeto e análise de uma antena monopolo planar com geometria modificada visando sua utilização para recepção do sinal de TV digital operante no Brasil na faixa de 470 MHz a 806 MHz. Faixa essa contida no espectro de UHF – Ultra High Frequency (300 MHz a 3 GHz). Para desenvolvimento desse trabalho foi tomado como referência à antena denominada “The Hi Monopole”. Que originalmente foi apresentada para operar em sistemas UWB (Ultra Wide Band) em 3,1 a 10,6 GHz. Para o desenvolvimento do trabalho proposto, diferentes técnicas de adequação da antena podem ser utilizadas para operação em banda larga, tais como: modificação na estrutura da antena, carregamento resistivo, chaveamento, utilização de elementos parasitas e estruturas de casamento. O projeto de antenas banda larga pode ser realizado a partir de três abordagens diferentes: domínio do tempo, domínio da frequência e método de expansão por singularidades. O método no domínio da frequência foi empregado neste trabalho para o projeto da antena proposta, algumas das técnicas supracitadas foram analisadas almejando o aumento da largura de banda, sendo confeccionado um protótipo da antena para validar os conceitos empregados. A antena foi então projetada para a faixa de 470 MHz a 890 MHz. O protótipo construído para essa mesma faixa apresentou bons resultados, o que valida à técnica empregada. Aspectos positivos e negativos do uso desta técnica são discutidos ao longo do trabalho. O programa computacional comercial CST® MICROWAVE STUDIO, baseado na Técnica da Integração Finita (FIT), foi usado para simulações no domínio da frequência.

Modelagem de perfis de indução no domínio do tempo por diferenças finitas

Apresentamos aqui uma metodologia alternativa para modelagem de ferramentas de indução diretamente no domínio do tempo. Este trabalho consiste na solução da equação de difusão do campo eletromagnético através do método de diferenças finitas. O nosso modelo consiste de um meio estratificado horizontalmente, através do qual simulamos um deslocamento da ferramenta na direção perpendicular às interfaces. A fonte consiste de uma bobina excitada por uma função degrau de corrente e o registro do campo induzido no meio é feito através de uma bobina receptora localizada acima da bobina transmissora. Na solução da equação de difusão determinamos o campo primário e o campo secundário separadamente. O campo primário é obtido analiticamente e o campo secundário é determinado utilizando-se o método de Direção Alternada Implícita, resultando num sistema tri-diagonal que é resolvido através do método recursivo proposto por Claerbout. Finalmente, determina-se o valor máximo do campo elétrico secundário em cada posição da ferramenta ao longo da formação, obtendo-se assim uma perfilagem no domínio do tempo. Os resultados obtidos mostram que este método é bastante eficiente na determinação do contato entre camadas, inclusive para camadas de pequena espessura.

Modelagem sísmica por diferenças finitas em meios bidimensionais com difratores

Este trabalho tem por objetivo a modelagem sísmica em meios com fortes descontinuidades de propriedades físicas, com ênfase na existência de difrações. Como parte deste estudo foi feita a análise numérica visando as condições de estabilidade e de fronteiras utilizadas no cálculo do campo de ondas sísmicas. Para a validação do programa de diferenças finitas foi feita a comparação cinemática com a Teoria do Raio para um modelo simples. O motivo deste estudo é ter uma melhor compreensão e controle sobre os problemas de modelagem, visando contribuir para a solução de problemas na interpretação de dados sísmicos. Segundo vários autores na literatura geológica, Derby (1877), Evans (1906), Paiva (1929) e Moura (1938). A Bacia do Amazonas é constituída por rochas sedimentares depositadas desde o Ordoviciano até o recente, atingindo espessuras da ordem de 5 km. Os corpos de diabásio, presentes entre os sedimentos paleozóicos, estão dispostos na forma de soleiras, alcançando espessuras de centenas de metros, perfazendo um volume total de 90.000 quilômetros cúbicos. A ocorrência de tais estruturas é responsável pela existência de reflexões múltiplas durante a propagação da onda sísmica, impossibilitando uma melhor interpretação dos horizontes refletores que se encontram abaixo das soleiras. Para representar situações geológicas desse tipo foi usado um modelo acústico de velocidades. Para o cálculo dos sismogramas foi utilizado um programa de diferenças finitas com aproximação de quarta ordem da equação da onda acústica no espaço e no tempo. As aplicações dos métodos de diferenças finitas para o estudo de propagação de ondas sísmicas têm melhorado 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 observado a influência significativa das múltiplas devido a camada de alta velocidade, o que faz com que haja maior perda de energia dificultando a interpretação dos alvos. Por esta razão recomendo a integração de dados de superfície com os dados de poço, com o objetivo de se obter uma melhor imagem dos alvos abaixo das soleiras de diabásio.

Back-to-back correlations in finite expanding systems

Back-to-Back Correlations (BBC) of particle-antiparticle pairs are predicted to appear if hot and dense hadronic matter is formed in high energy nucleus-nucleus collisions. The BBC are related to in-medium mass-modification and squeezing of the quanta involved. Although the suppression of finite emission times were already known, the effects of finite system sizes and of collective phenomena had not been studied yet. Thus, for testing the survival and magnitude of the effect in more realistic situations, we study the BBC when mass-modification occurs in a finite sized, thermalized medium, considering a non-relativistically expanding fireball with finite emission time, and evaluating the width of the back-to-back correlation function. We show that the BBC signal indeed survives the expansion and flow effects, with sufficient magnitude to be observed at RHIC.

Nerve fiber layer in glaucomatous hemifield loss: a case-control study with time- and spectral-domain optical coherence tomography

Purpose: To evaluate the retinal nerve fiber layer measurements with time-domain (TD) and spectral-domain (SD) optical coherence tomography (OCT), and to test the diagnostic ability of both technologies in glaucomatous patients with asymmetric visual hemifield loss. Methods: 36 patients with primary open-angle glaucoma with visual field loss in one hemifield (affected) and absent loss in the other (non-affected), and 36 age-matched healthy controls had the study eye imaged with Stratus-OCT (Carl Zeiss Meditec Inc., Dublin, California, USA) and 3 D OCT-1000 (Topcon, Tokyo, Japan). Peripapillary retinal nerve fiber layer measurements and normative classification were recorded. Total deviation values were averaged in each hemifield (hemifield mean deviation) for each subject. Visual field and retinal nerve fiber layer "asymmetry indexes" were calculated as the ratio between affected versus non-affected hemifields and corresponding hemiretinas. Results: Retinal nerve fiber layer measurements in non-affected hemifields (mean [SD] 87.0 [17.1] mu m and 84.3 [20.2] mu m, for TD and SD-OCT, respectively) were thinner than in controls (119.0 [12.2] mu m and 117.0 [17.7] mu m, P<0.001). The optical coherence tomography normative database classified 42% and 67% of hemiretinas corresponding to non-affected hemifields as abnormal in TD and SD-OCT, respectively (P=0.01). Retinal nerve fiber layer measurements were consistently thicker with TD compared to SD-OCT. Retinal nerve fiber layer thickness asymmetry index was similar in TD (0.76 [0.17]) and SD-OCT (0.79 [0.12]) and significantly greater than the visual field asymmetry index (0.36 [0.20], P<0.001). Conclusions: Normal hemifields of glaucoma patients had thinner retinal nerve fiber layer than healthy eyes, as measured by TD and SD-OCT. Retinal nerve fiber layer measurements were thicker with TD than SD-OCT. SD-OCT detected abnormal retinal nerve fiber layer thickness more often than TD-OCT.