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,

Numerical solution of the PTT constitutive equation for unsteady three-dimensional free surface flows

This work deals with the development of a numerical technique for simulating three-dimensional viscoelastic free surface flows using the PTT (Phan-Thien-Tanner) nonlinear constitutive equation. In particular, we are interested in flows possessing moving free surfaces. The equations describing the numerical technique are solved by the finite difference method on a staggered grid. The fluid is modelled by a Marker-and-Cell type method and an accurate representation of the fluid surface is employed. The full free surface stress conditions are considered. The PTT equation is solved by a high order method, which requires the calculation of the extra-stress tensor on the mesh contours. To validate the numerical technique developed in this work flow predictions for fully developed pipe flow are compared with an analytic solution from the literature. Then, results of complex free surface flows using the FIT equation such as the transient extrudate swell problem and a jet flowing onto a rigid plate are presented. An investigation of the effects of the parameters epsilon and xi on the extrudate swell and jet buckling problems is reported. (C) 2010 Elsevier B.V. All rights reserved.

Numerical Solution of the Upper-Convected Maxwell Model for Three-Dimensional Free Surface Flows

This work presents a finite difference technique for simulating three-dimensional free surface flows governed by the Upper-Convected Maxwell (UCM) constitutive equation. A Marker-and-Cell approach is employed to represent the fluid free surface and formulations for calculating the non-Newtonian stress tensor on solid boundaries are developed. The complete free surface stress conditions are employed. The momentum equation is solved by an implicit technique while the UCM constitutive equation is integrated by the explicit Euler method. The resulting equations are solved by the finite difference method on a 3D-staggered grid. By using an exact solution for fully developed flow inside a pipe, validation and convergence results are provided. Numerical results include the simulation of the transient extrudate swell and the comparison between jet buckling of UCM and Newtonian fluids.

Fermion perturbations in string theory black holes

In this paper we study fermion perturbations in four-dimensional black holes of string theory, obtained either from a non-extreme configuration of three intersecting five-branes with a boost along the common string or from a non-extreme intersecting system of two two-branes and two five-branes. The Dirac equation for the massless neutrino field, after conformal re-scaling of the metric, is written as a wave equation suitable to study the time evolution of the perturbation. We perform a numerical integration of the evolution equation, and with the aid of Prony fitting of the time-domain profile, we calculate the complex frequencies that dominate the quasinormal ringing stage, and also determine these quantities by the semi-analytical sixth-order WKB method. We also find numerically the decay factor of fermion fields at very late times, and show that the falloff is identical to those showing for massless fields in other four-dimensional black hole spacetimes.

Evidence for diffusional coupling in electrochemical thin layers: implications for surface coverage calibration via electrochemical infrared spectroscopy

The time dependence of the concentration of CO2 in an electrochemical thin layer cavity is studied with Fourier transform infrared spectroscopy (FTIR) in order to evaluate the extent to which the thin layer cavity is diffusionally decoupled from the surrounding bulk electrolyte. For the model system of CO on Pt(111) in 0.1 M HClO4, it is found that the concentration of CO2, formed by electro-oxidation of CO, equilibrates rapidly with the surrounding bulk electrolyte. This rapid equilibration indicates that there is diffusion out of the thin layer, even on the short time scales of typical infrared experiments (1-3 min). However, since the measured CO2 absorbance intensity as a function of time is reproducible to within 10%, a new time-dependent method for surface coverage calibration using solution-phase species is proposed.

Análise dinâmica de solos submetidos à ação simultânea das três componentes da excitação na base rochosa

Durante a análise sísmica de estruturas complexas, o modelo matemático empregado deveria incluir não só as distribuicões irregulares de massas e de rigidezes senão também à natureza tridimensional da ecitação sísmica. Na prática, o elevado número de graus de liberdade involucrado limita este tipo de análise à disponibilidade de grandes computadoras. Este trabalho apresenta um procedimento simplificado, para avaliar a amplificação do movimento sísmico em camadas de solos. Sua aplicação permitiria estabelecer critérios a partir dos quais avalia-se a necessidade de utilizar modelos de interação solo-estrutura mais complexos que os utilizados habitualmente. O procedimento proposto possui as seguientes características : A- Movimento rígido da rocha definido em termos de três componentes ortagonais. Direção de propagação vertical. B- A ecuação constitutiva do solo inclui as características de não linearidade, plasticidade, dependência da história da carga, dissipação de energia e variação de volume. C- O perfil de solos é dicretizado mediante um sistema de massas concentradas. Utiliza-se uma formulação incremental das equações de movimento com integração directa no domínio do tempo. As propriedades pseudo-elásticas do solo são avaliadas em cada intervalo de integração, em função do estado de tensões resultante da acção simultânea das três componentes da excitação. O correcto funcionamento do procedimento proposto é verificado mediante análises unidimensionais (excitação horizontal) incluindo estudos comparativos com as soluções apresentadas por diversos autores. Similarmente apresentam-se análises tridimensionais (acção simultânea das três componentes da excitação considerando registros sísmicos reais. Analisa-se a influência que possui a dimensão da análise (uma análise tridimensional frente a três análises unidimensionais) na resposta de camadas de solos submetidos a diferentes níveis de exçitação; isto é, a limitação do Princípio de Superposisão de Efeitos.

Análise dinâmica de vigas assimétricas em curva com parede fina e aberta submetidas a ação de carga móveis

Fundamentalmente, o presente trabalho faz uma análise elástica linear de pontes ou vigas curvas assimétricas de seção transversal aberta e de parede fina, com propriedades físicas, geométricas e raio de curvatura constantes ao longo do eixo baricêntrico. Para tanto, utilizaram-se as equações diferenciais de VLASOV considerando o acoplamento entre as deformações nas direções vertical, transversal, axial de torcão nal. Na solução do sistema de quatro equações com derivadas parciais foi utilizado um apropriado método numérico de integração (Diferenças Finitas Centrais). A análise divide-se, basicamente, em dois tipos: análise DINÂMICA e ESTATICA. Ambas são utilizadas também na determinação do coeficiente de impacto (C.M.D.). A primeira refere-se tanto na determinação das características dinâmicas básicas (frequências naturais e respectivos modos de vibração), como também na determinação da resposta dinâmica da viga, em tensões e deformações, para cargas móveis arbitrárias. Vigas com qualquer combinação das condições de contorno, incluindo bordos rotulados e engastados nas três direções de flexão e na torção, são consideradas. 0s resultados da análise teórica, obtidos pela aplicação de programas computacionais implementados em microcomputador (análise estática) e no computador B-6700 (análise dinâmica), são comparados tanto com os da bibliografia técnica como também com resultados experimentais, apresentando boa correlação.

Isquemia silenciosa e arritmias ventriculares são preditores independentes de evenos no pós-infarto do miocárdio de baixo risco

pós-infarto agudo do miocárdio (IAM) têm mostrado baixo valor preditivo positivo quando estudados isoladamente. A possibilidade da Eletrocardiografia Dinâmica de 24 horas (ECGD) fornecer dados referentes a isquemia silenciosa (IS), arritmias ventriculares e modulação autonômica do coração pelo estudo da variabilidade da freqüência cardíaca (VFC), levou o autor a empregar este método em pacientes acometidos de IAM com o objetivo de avaliar se estas três variáveis estariam relacionadas a presença de eventos desfavoráveis em evolução a médio prazo. Material e Métodos – Foram selecionados 91 pacientes acometidos de um primeiro IAM não-complicado e realizados exames de ECGD de 24 h por dois dias consecutivos, antes da alta hospitalar. Os parâmetros pesquisados nos exames foram: isquemia silenciosa, identificação e quantificação de arritmias ventriculares e determinação dos índices de VFC pelos métodos do domínio do tempo e do mapa de retorno tridimensional. Foram considerados como desfechos: re-infarto, angina instável, taquicardia ventricular sustentada e morte. Resultados – No seguimento médio de 27,7 meses (DP=15,45), 23 (25%) dos pacientes apresentaram eventos, sendo nove fatais. Os eventos foram mais freqüentes entre os pacientes que apresentaram extra-sístoles ventriculares ≥10/hora (p=0,01) e também naqueles com IS (p=0,02). Em modelo de análise multifatorial, a presença de dislipidemia elevou o valor preditivo positivo dessas variáveis. Nenhum dos índices de VFC esteve significativamente relacionado ao surgimento de eventos. Conclusões – Em pacientes pós-IAM de baixo risco, a presença de arritmias ventriculares freqüentes ou de isquemia silenciosa está relacionada a um prognóstico desfavorável. O estudo da VFC não mostrou utilidade na estratificação de risco destes pacientes.

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.

Terapia de reposição hormonal não altera a variabilidade da frequência cardíaca em mulheres pós-menopáusicas

INTRODUÇÃO. Mulheres pós-menopáusicas apresentam maior risco de desenvolvimento de doença arterial coronariana. Estudos observacionais demonstraram que a terapia de reposição hormonal produz efeitos benéficos no perfil lipídico e na modulação autonômica cardíaca. O aumento da variabilidade da freqüência cardíaca (VFC), até então atribuído à reposição hormonal, não foi testado em estudos randomizados, placebo-controlados, delineados para permitir a comparação entre as duas formas mais utilizadas de reposição hormonal. A VFC de 24 horas calculada pelo método não linear Mapa de Retorno Tridimensional permite avaliar tanto a modulação vagal como a simpática. OBJETIVOS Avaliar a modulação autonômica cardíaca de mulheres pósmenopáusicas através da análise da VFC no domínio do tempo e dos índices do Mapa de Retorno Tridimensional no ECG de 24 horas. Testar a hipótese de que a reposição hormonal contínua, seja com estradiol isolado (TRE), seja com estradiol associado à noretisterona (TRH), por um período de três meses, aumenta a VFC nessas mulheres. MÉTODOS Quarenta mulheres pós-menopáusicas (46 a 63 anos; média = 54,6 ± 4,2) foram randomizadas para um dos três tratamentos, de forma contínua: TRH, estrogenioterapia (TRE) ou placebo, por três meses consecutivos. Previamente, todas as mulheres foram submetidas a exames clínico, ginecológico e laboratorial (glicose, estradiol, HDL, LDL, triglicerídios; mamografia e ultrassonografia transvaginal). O ECG de 24 horas foi gravado em cada paciente, antes e após o tratamento, para calcular os índices da VFC. RESULTADOS Não houve diferença estatisticamente significativa entre os três grupos, após 3 meses de tratamento, nos índices da VFC e do Mapa de Retorno Tridimensional. A TRH diferiu da TRE apenas quanto ao perfil lipídico. A associação com a noretisterona provocou uma redução de 12,4 % no HDL (p = 0,008). CONCLUSÃO Em mulheres pós-menopáusicas, a terapia de reposição hormonal contínua com estradiol, ou com estradiol associado à noretisterona, por um período de 3 meses, não altera a modulação autonômica cardíaca avaliada pela VFC.

Avaliação de métodos numéricos para precificação de derivativos: aplicação ao mercado brasileiro

Os objetivos deste trabalho foram (i) rever métodos numéricos para precificação de derivativos; e (ii) comparar os métodos assumindo que os preços de mercado refletem àqueles obtidos pela fórmula de Black Scholes para precificação de opções do tipo européia. Aplicamos estes métodos para precificar opções de compra da ações Telebrás. Os critérios de acurácia e de custo computacional foram utilizados para comparar os seguintes modelos binomial, Monte Carlo, e diferenças finitas. Os resultados indicam que o modelo binomial possui boa acurácia e custo baixo, seguido pelo Monte Carlo e diferenças finitas. Entretanto, o método Monte Carlo poderia ser usado quando o derivativo depende de mais de dois ativos-objetos. É recomendável usar o método de diferenças finitas quando se obtém uma equação diferencial parcial cuja solução é o valor do derivativo.

Análise teórica e experimental de superfícies seletivas de freqüência e suas aplicações em antenas planares

This work presents a theoretical and numerical analysis of structures using frequency selective surfaces applied on patch antennas. The FDTD method is used to determine the time domain reflected fields. Applications of frequency selective surfaces and patch antennas cover a wide area of telecommunications, especially mobile communications, filters and WB antennas. scattering parameters are obteained from Fourier Transformer of transmited and reflected fields in time domain. The PML are used as absorbing boundary condition, allowing the determination of the fields with a small interference of reflections from discretized limit space. Rectangular patches are considered on dielectric layer and fed by microstrip line. Frequency selective surfaces with periodic and quasi-periodic structures are analyzed on both sides of antenna. A literature review of the use of frequency selective surfaces in patch antennas are also performed. Numerical results are also compared with measured results for return loss of analyzed structures. It is also presented suggestions of continuity to this work

Simulação numérica do fluxo hídrico subterrâneo na bacia hidrográfica do Rio Pitimbu RN

Urban centers in Pitimbu Watershed use significant groundwater sources for public supply. Therefore, studies in Dunas Barreiras aquifer are relevant to expand knowledge about it and help manage water resources in the region. An essential tool for this management is the numerical modeling of groundwater flow. In this work, we developed a groundwater flow model for Pitimbu Watershed, using the Visual Modflow, version 2.7.1., which uses finite difference method for solving the govern equation of the dynamics of groundwater flow. We carried out the numerical simulation of steady-state model for the entire region of the basin. The model was built in the geographical, geomorphological and hydrogeological study of the area, which defined the boundary conditions and the parameters required for the numerical calculation. Owing to unavailability of current data based on monitoring of the aquifer it was not possible to calibrate the model. However, the simulation results showed that the overall water balance approached zero, therefore satisfying the equation for the three-dimensional behavior of the head water in steady state. Variations in aquifer recharge data were made to verify the impact of this contribution on the water balance of the system, especially in the scenario in which recharge due to drains and sinks was removed. According to the results generated by Visual Modflow occurred significantly hydraulic head lowering, ranging from 16,4 to 82 feet of drawdown. With the results obtained, it can be said that modeling is performed as a valid tool for the management of water resources in Pitimbu River Basin, and to support new studies

Numerical simulation of drop impact and jet buckling problems using the eXtended Pom-Pom model

Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico (CNPq)

Numerical solution of the eXtended Pom-Pom model for viscoelastic free surface flows

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