Análise de erros da equação de advecção unidimensional no Método de Volumes Finitos

Uma análise utilizando a série de Taylor é apresentada para se estimar a priori os erros envolvidos na solução numérica da equação de advecção unidimensional com termo fonte, através do Método dos Volumes Finitos em uma malha do tipo uniforme e uma malha não uniforme. Também faz-se um estudo a posteriori para verificar a magnitude do erro de discretização e corroborar os resultados obtidos através da análise a priori. Por meio da técnica de solução manufaturada tem-se uma solução analítica para o problema, a qual facilita a análise dos resultados numéricos encontrados, e estuda-se ainda a influência das funções de interpolação UDS e CDS e do parâmetro u na solução numérica.

Estimativas a priori para problemas não lineares de condução de calor, com o uso da transformada de Kirchhoff.

Este trabalho apresenta uma estimativa a priori para o limite superior da distribuição de temperatura considerando um problema em regime permanente em um corpo com uma condutividade térmica dependente da temperatura. A discussão é realizada supondo que as condições de contorno são lineares (lei de Newton do resfriamento) e que a condutividade térmica é constante por partes (quando considerada como uma função da temperatura). Estas estimativas consistem em uma ferramenta poderosa que pode prescindir da necessidade de uma simulação numérica cara de um problema de transferência de calor não linear, sempre que for suficiente conhecer o valor mais alto de temperatura. Nestes casos, a metodologia proposta neste trabalho é mais eficaz do que as aproximações usuais que assumem tanto a condutividade térmica quanto as fontes de calor como constantes.

Construção de quadrados mágicos pelo método do passo uniforme

Lehmer (1929) analisa matematicamente o método do passo uniforme para construção de quadrados mágicos de ordem impar. Ele divide sua análise em várias etapas. Na primeira delas, envolvendo a discussão de condições necessárias e suficientes para o preenchimento do quadrado pelo método, o autor afirma que se dois números guardarem entre si uma certa relação, eles serão designados a ocupar a mesma célula do quadrado causando seu não preenchimento. A análise do preenchimento pelo método do passo uniforme envolve a resolução de um sistema linear módulo n. Nesse trabalho, discutimos o comportamento das soluções desse sistema quando o método falha no preenchimento. Como consequência, concluímos que números que guardam a relação mencionada nunca ocupam a mesma célula. A análise das condições necessárias e suficientes para obter quadrados mágicos segundo a definição de Lehmer (1929) envolve a resolução de equações de congruências lineares a duas variáveis. Nesse trabalho, detalhamos os resultados de Lehmer (1929). A análise das condições necessárias e suficientes para obtenção de quadrados mágicos, como são reconhecidos usualmente, também envolve a resolução de equações de congruências lineares a duas variáveis. Discutimos o comportamento das soluções dessas equações para obter diagonais principais mágicas. Como consequência, mostramos que diagonais principais mágicas são obtidas se e somente se as coordenadas iniciais guardarem certas relações

Finite element solution of Navier Stokes equations adapted to a priori error estimates

The paper is based on qualitative properties of the solution of the Navier-Stokes equations for incompressible fluid, and on properties of their finite element solution. In problems with corner-like singularities (e.g. on the well-known L-shaped domain) usually some adaptive strategy is used. In this paper we present an alternative approach. For flow problems on domains with corner singularities we use the a priori error estimates and asymptotic expansion of the solution to derive an algorithm for refining the mesh near the corner. It gives very precise solution in a cheap way. We present some numerical results.

Network structure preserving model reduction with weak a priori structural information

This paper extends a state projection method for structure preserving model reduction to situations where only a weaker notion of system structure is available. This weaker notion of structure, identifying the causal relationship between manifest variables of the system, is especially relevant is settings such as systems biology, where a clear partition of state variables into distinct subsystems may be unknown, or not even exist. The resulting technique, like similar approaches, does not provide theoretical performance guarantees, so an extensive computational study is conducted, and it is observed to work fairly well in practice. Moreover, conditions characterizing structurally minimal realizations and sufficient conditions characterizing edge loss resulting from the reduction process, are presented. ©2009 IEEE.

A priori assessment of algebraic flame surface density models in the context of large eddy simulation for nonunity lewis number flames in the thin reaction zones regime

The performance of algebraic flame surface density (FSD) models has been assessed for flames with nonunity Lewis number (Le) in the thin reaction zones regime, using a direct numerical simulation (DNS) database of freely propagating turbulent premixed flames with Le ranging from 0.34 to 1.2. The focus is on algebraic FSD models based on a power-law approach, and the effects of Lewis number on the fractal dimension D and inner cut-off scale η i have been studied in detail. It has been found that D is strongly affected by Lewis number and increases significantly with decreasing Le. By contrast, η i remains close to the laminar flame thermal thickness for all values of Le considered here. A parameterisation of D is proposed such that the effects of Lewis number are explicitly accounted for. The new parameterisation is used to propose a new algebraic model for FSD. The performance of the new model is assessed with respect to results for the generalised FSD obtained from explicitly LES-filtered DNS data. It has been found that the performance of the most existing models deteriorates with decreasing Lewis number, while the newly proposed model is found to perform as well or better than the most existing algebraic models for FSD. © 2012 Mohit Katragadda et al.

Modelling of turbulent lifted jet flames using flamelets: A priori assessment and a posteriori validation

This study focuses on the modelling of turbulent lifted jet flames using flamelets and a presumed Probability Density Function (PDF) approach with interest in both flame lift-off height and flame brush structure. First, flamelet models used to capture contributions from premixed and non-premixed modes of the partially premixed combustion in the lifted jet flame are assessed using a Direct Numerical Simulation (DNS) data for a turbulent lifted hydrogen jet flame. The joint PDFs of mixture fraction Z and progress variable c, including their statistical correlation, are obtained using a copula method, which is also validated using the DNS data. The statistically independent PDFs are found to be generally inadequate to represent the joint PDFs from the DNS data. The effects of Z-c correlation and the contribution from the non-premixed combustion mode on the flame lift-off height are studied systematically by including one effect at a time in the simulations used for a posteriori validation. A simple model including the effects of chemical kinetics and scalar dissipation rate is suggested and used for non-premixed combustion contributions. The results clearly show that both Z-c correlation and non-premixed combustion effects are required in the premixed flamelets approach to get good agreement with the measured flame lift-off heights as a function of jet velocity. The flame brush structure reported in earlier experimental studies is also captured reasonably well for various axial positions. It seems that flame stabilisation is influenced by both premixed and non-premixed combustion modes, and their mutual influences. © 2014 Taylor & Francis.

Riesgo de pérdida de nitratos por lixiviación en fertilizaciones nitrogenadas según manejo uniforme y sitio-específico del cultivo de maíz (Zea mays L.)

Cuando los suelos presentan variabilidad edáfica pronunciada a escala de lote y se fertiliza en forma uniforme en base a una dosis promedio de nitrógeno (N), existirán sectores sub-fertilizados y otros sobre-fertilizados que se asocian a un alto riesgo de pérdidas de N por lixiviación. El manejo sitio-específico (MSE) de la fertilización nitrogenada se sustenta en la capacidad de reconocer zonas de manejo para adecuar la aplicación de N a cada unidad reconocida. El objetivo general de esta Tesis fue evaluar la eficacia del MSE en minimizar el contenido de N residual y potencialmente lixiviable, y mejorar la eficiencia en el uso del N del maíz según zonas de manejo. Se determinó el contenido de agua y nitratos del suelo (2-3 m) en tratamientos de fertilización nitrogenada según manejo uniforme (MU) y MSE, previo a la fertilización y a poscosecha del maíz, durante dos años experimentales. La lixiviación de N fue estimada con el modelo NLEAP (Nitrate Leaching and Economic Analysis Package) mediante experimentos de simulación bajo distintos escenarios climáticos. Se observó una reducción del 32 por ciento del N residual en zonas de baja productividad de maíz con MSE de N, respecto del MU, únicamente en el segundo año experimental. Al ponderar el contenido de N residual por la proporción de las zonas de manejo a nivel lote, el MSE logró reducir un 18 por ciento el N residual en promedio en ambos años experimentales. En términos generales, se detectaron diferencias a favor del MSE, respecto del MU, en las eficiencias de uso de agua y N del maíz. Los experimentos de simulación evidenciaron una mayor lixiviación de nitratos con MU que con MSE a nivel lote en todos los escenarios climáticos estudiados del primer año experimental. El MSE de N puede ser considerado como una práctica conservacionista que optimice la eficiencia de uso del agua y N, a la vez de maximizar los rendimientos. Además, puede facilitar la identificación de aquellas áreas dentro del lote con mayor susceptibilidad a las pérdidas de N por lixiviación. La proporción de las zonas de manejo resulta un factor espacial imprescindible para determinar el riesgo potencial de lixiviación de nitratos a nivel lote

Registros de representación semiótica en el concepto “resolución numérica de ecuaciones polinómicas”. Análisis a priori

Analizamos los registros de representación semiótica y las correspondientes funciones semióticas implícitos en la solución de dos problemas propuestos para la Educación Polimodal, que consideramos pueden ser utilizados en el proceso de enseñanza-aprendizaje de la noción resolución numérica de ecuaciones polinómicas, contemplada en los C.B.C. del mencionado nivel. Las representaciones juegan un rol fundamental en los procesos de construcción de conceptos, por lo que son importantes en la enseñanza, aprendizaje y comunicación del conocimiento matemático (Hitt, 1996). Con este análisis a priori, pretendemos ver cuáles de los registros de representación son de mayor peso para incorporar o darle sentido al concepto: Funciones polinómicas. Raíces de las correspondientes ecuaciones. Tratamos de responder a las preguntas: ¿Cuáles son los distintos registros de representación puestos en juego en la solución de cada problema?. ¿Cómo se suceden?. ¿Cómo aparecen y cuál es la necesidad de su conversión?. ¿Cómo se coordinan en la actividad conceptual? ¿En qué medida la presentación del tema desde una situación problemática es beneficiosa para incorporar y dar sentido a la determinación de las raíces de una ecuación polinómica?.