Entrainment of fine sediments by turbulent flows

A study was made of the means by which turbulent flows entrain sediment grains from alluvial stream beds. Entrainment was considered to include both the initiation of sediment motion and the suspension of grains by the flow. Observations of grain motion induced by turbulent flows led to the formulation of an entrainment hypothesis. It was based on the concept of turbulent eddies disrupting the viscous sublayer and impinging directly onto the grain surface. It is suggested that entrainment results from the interaction between fluid elements within an eddy and the sediment grains.

A pulsating jet was used to simulate the flow conditions in a turbulent boundary layer. Evidence is presented to establish the validity of this representation. Experiments were made to determine the dependence of jet strength, defined below, upon sediment and fluid properties. For a given sediment and fluid, and fixed jet geometry there were two critical values of jet strength: one at which grains started to roll across the bed, and one at which grains were projected up from the bed. The jet strength K, is a function of the pulse frequency, ω, and the pulse amplitude, A, defined by

K = Aω^-s

Where s is the slope of a plot of log A against log ω. Pulse amplitude is equal to the volume of fluid ejected at each pulse divided by the cross sectional area of the jet tube.

Dimensional analysis was used to determine the parameters by which the data from the experiments could be correlated. Based on this, a method was devised for computing the pulse amplitude and frequency necessary either to move or project grains from the bed for any specified fluid and sediment combination.

Experiments made in a laboratory flume with a turbulent flow over a sediment bed are described. Dye injection was used to show the presence, in a turbulent boundary layer, of two important aspects of the pulsating jet model and the impinging eddy hypothesis. These were the intermittent nature of the sublayer and the presence of velocities with vertical components adjacent to the sediment bed.

A discussion of flow conditions, and the resultant grain motion, that occurred over sediment beds of different form is given. The observed effects of the sediment and fluid interaction are explained, in each case, in terms of the entrainment hypothesis.

The study does not suggest that the proposed entrainment mechanism is the only one by which grains can be entrained. However, in the writer’s opinion, the evidence presented strongly suggests that the impingement of turbulent eddies onto a sediment bed plays a dominant role in the process.

Wave induced oscillations in harbors of arbitrary shape

Theoretical and experimental studies were conducted to investigate the wave induced oscillations in an arbitrary shaped harbor with constant depth which is connected to the open-sea.

A theory termed the “arbitrary shaped harbor” theory is developed. The solution of the Helmholtz equation, ∇²f + k²f = 0, is formulated as an integral equation; an approximate method is employed to solve the integral equation by converting it to a matrix equation. The final solution is obtained by equating, at the harbor entrance, the wave amplitude and its normal derivative obtained from the solutions for the regions outside and inside the harbor.

Two special theories called the circular harbor theory and the rectangular harbor theory are also developed. The coordinates inside a circular and a rectangular harbor are separable; therefore, the solution for the region inside these harbors is obtained by the method of separation of variables. For the solution in the open-sea region, the same method is used as that employed for the arbitrary shaped harbor theory. The final solution is also obtained by a matching procedure similar to that used for the arbitrary shaped harbor theory. These two special theories provide a useful analytical check on the arbitrary shaped harbor theory.

Experiments were conducted to verify the theories in a wave basin 15 ft wide by 31 ft long with an effective system of wave energy dissipators mounted along the boundary to simulate the open-sea condition.

Four harbors were investigated theoretically and experimentally: circular harbors with a 10° opening and a 60° opening, a rectangular harbor, and a model of the East and West Basins of Long Beach Harbor located in Long Beach, California.

Theoretical solutions for these four harbors using the arbitrary shaped harbor theory were obtained. In addition, the theoretical solutions for the circular harbors and the rectangular harbor using the two special theories were also obtained. In each case, the theories have proven to agree well with the experimental data.

It is found that: (1) the resonant frequencies for a specific harbor are predicted correctly by the theory, although the amplification factors at resonance are somewhat larger than those found experimentally,(2) for the circular harbors, as the width of the harbor entrance increases, the amplification at resonance decreases, but the wave number bandwidth at resonance increases, (3) each peak in the curve of entrance velocity vs incident wave period corresponds to a distinct mode of resonant oscillation inside the harbor, thus the velocity at the harbor entrance appears to be a good indicator for resonance in harbors of complicated shape, (4) the results show that the present theory can be applied with confidence to prototype harbors with relatively uniform depth and reflective interior boundaries.

Transonic wind tunnel for investigation of turbomachinery blades

The design of a two-stream wind tunnel was undertaken to allow the simulation and study of certain features of the flow field around the blades of high-speed axial-flow turbomachineries. The mixing of the two parallel streams with designed Mach numbers respectively equal to 1.4 and 0.7 will simulate the transonic Mach number distribution generally obtained along the tips of the first stage blades in large bypass-fan engines.

The GALCIT hypersonic compressor plant will be used as an air supply for the wind tunnel, and consequently the calculations contained in the first chapter are derived from the characteristics and the performance of this plant.

The transonic part of the nozzle is computed by using a method developed by K. O. Friedrichs. This method consists essentially of expanding the coordinates and the characteristics of the flow in power series. The development begins with prescribing, more or less arbitrarily, a Mach number distribution along the centerline of the nozzle. This method has been programmed for an IBM 360 computer to define the wall contour of the nozzle.

A further computation is carried out to correct the contour for boundary layer buildup. This boundary layer analysis included geometry, pressure gradient, and Mach number effects. The subsonic nozzle is calculated {including boundary layer buildup) by using the same computer programs. Finally, the mixing zone downstream of the splitter plate was investigated to prescribe the wall contour correction necessary to ensure a constant-pressure test section.

飞秒激光辐射下微突起结构形成的超快热弹性模拟

本文结合有限元方法和超快热弹性模型对飞秒激光辐射下形成的微突起结构进行了数值模拟研究。模拟结果表明微突起结构的形成与入射飞秒激光的参数以及材料的热弹性质有关。在圆锥状微突起结构的形状和高度方面，实验结果与模拟结果呈现良好的一致性，这也从实验上表明了超快热弹性模型的有效性。本文的研究将有助于利用超快激光对薄膜材料进行纳米构造。

Real-time micro-vibration measurement in sinusoidal phase-modulating interferometry

As there exist some problems with the previous laser diode (LD) real-time microvibration measurement interferometers, such as low accuracy, correction before every use, etc., in this paper, we propose a new technique to realize the real-time microvibration measurement by using the LD sinusoidal phase-modulating interferometer, analyze the measurement theory and error, and simulate the measurement accuracy. This interferometer utilizes a circuit to process the interference signal in order to obtain the vibration frequency and amplitude of the detective signal, and a computer is not necessary in it. The influence of the varying light intensity and light path difference on the measurement result can be eliminated. This technique is real-time, convenient, fast, and can enhance the measurement accuracy too. Experiments show that the repeatable measurement accuracy is less than 3.37 nm, and this interferometer can be applied to real-time microvibration measurement of the MEMS. (C) 2007 Elsevier GmbH. All rights reserved.

A tool for better management of water quality during periods of algal blooms: the case of the River Oise

Like other rivers in the Paris area, the Oise is subject to important seasonal algal blooms. This eutrophication generates notable problems for the production of drinking-water from a treatment plant on the river at Méry. A mathematical model has been developed to simulate variation in water quality in a pre-treatment storage basin, and another model is currently being adapted to model the River Oise. Integration of the two models should provide a comprehensive tool for predicting variations of phytoplankton and water-quality parameters associated with algal blooms. This will be a decision-aid for optimizing control of the treatment process for providing potable water.

The potential of RIVPACS for predicting the effects of environmental change

RIVPACS has been used successfully for biological assessment of river water quality but its potential in forecasting the effects of environmental change has not been investigated. This study has shown that it is possible to simulate faunal changes in response to environmental disturbance, provided that the disturbance directly involves the environmental variables used in RIVPACS predictions. These variables relate to channel shape, discharge and substratum. Many impacts, particularly those associated with pollution, will not affect these variables and therefore RIVPACS cannot simulate the effects of pollution. RIVPACS was sensitive only to major changes in substratum. It was concluded that, because of the static nature of RIVPACS, it cannot respond to the dynamic effects and processes associated with environmental disturbance. Thus RIVPACS, while showing direction of change and indicating sensitive taxa, cannot be used to predict or forecast the effects of environmental impacts.

Optimisation of the first principle code Octopus for massive parallel architectures: application to light harvesting complexes

150 p.

Corrosão dos aços UNS S30400 e 31600 em meios simuladores de poros de concreto

Com o objetivo de investigar a influência que o molibdênio exerce nas propriedades das camadas passivas das armaduras de aços austeníticos, barras redondas dos aços UNS S30400 e 31600 foram submetidas à ação de soluções que simulam as que são encontradas nos poros de concreto. Para caracterizar o efeito do molibdênio na resistência daqueles aços à corrosão por pites, foram conduzidos ensaios de circuito aberto, polarização anódica, espectroscopia de impedância eletroquímica, análise de Mott-Schottky, tração em baixa taxa de deformação e análise das superfícies por microscopias óptica e eletrônica de varredura. Os resultados obtidos demonstram que, de uma forma geral, o aço UNS S30400 (sem molibdênio) apresentou maior resistência à corrosão localizada que o UNS S31600 (2% de Mo) nas soluções alcalinas cloretadas naturalmente aeradas, comportamento este inverso ao que se observa nos mesmos materiais quando submetidos a soluções cloretadas neutras ou ácidas.

Avaliação númérica de ensaios push-out com conectores de cisalhamento tipo pino e perfobond.

Recentemente a utilização de estruturas mistas, aço concreto, vem ganhando espaço nas construções. Isso deve-se principalmente a economia de tempo em sua execução. Além disto, nesta solução a utilização do aço e do concreto otimiza as características estruturais de seus elementos: a resistência a tração do aço e a compressão do concreto. A transferência dos esforços entre os dois materiais possui grande influência no desempenho de uma estrutura mista, sendo comum a utilização de conectores de cisalhamento na região da interface entre estes dois materiais. O Eurocode 4 define um ensaio experimental denominado push-out de modo a determinar a resistência e ductilidade de conectores de cisalhamento. Seu desempenho é influenciado pelas resistências do concreto a compressão, as dimensões e taxa de armadura da laje de concreto, dimensões do perfil de aço, a disposição e a geometria dos conectores e pelas características dos aços utilizados no conector, no perfil e nas barras de reforço. Nota-se com isso uma grande quantidade de variáveis que influenciam o ensaio. Assim, o presente trabalho apresenta o desenvolvimento de um modelo em elementos finitos com base no programa ANSYS para simulação de ensaios push-out. Os resultados numéricos apresentados neste trabalho foram calibrados com resultados obtidos em ensaios experimentais existentes na literatura de ensaios push-out para conectores do tipo pino com cabeça (stud) e conectores tipo perfobond. Estes últimos apresentam elevada resistência sendo influenciados por inúmeros fatores como: número e diâmetro dos furos no conector e a inclusão ou não de barras de reforço extras nestes furos.

Simulação biofisicoquímica em reservatório tropical polimítico

O reservatório do Lobo, localizado no estado de São Paulo, é um sistema dinâmico no qual se desenvolve um ciclo diurno de estratificação e mistura, de modo similar ao que tem sido observado em outros lagos tropicais. Utilizou-se simulação 3D computacional com os softwares ELCOM (Estuary and Lake Computer Model) acoplado ao CAEDYM (Computacional Aquatic Ecosystem Dynamics Model), ambos desenvolvidos pelo CWR (Center for Water Research) da Universidade da Austrália. Foram realizadas cinco simulações: Piloto Primavera baseada em dados reais da estação no ano primavera no reservatório para o ano de 2007; Primavera-P em que as concentrações de fósforo total, fosfato inorgânico e fosfato total dissolvido foram aumentadas em 100% no reservatório (coluna de água e sedimento) e nos rios tributários; Primavera-V na qual a intensidade dos ventos foi aumentada em 50%; Primavera-T onde a temperatura da água (reservatório e tributários) e do ar foram aumentadas em 10C e, Primavera-X, onde a temperatura da água (reservatório e tributários) e do ar sofreu aumento em 10C, as concentrações de fósforo total, fosfato inorgânico e fosfato total dissolvido foram aumentadas em 100% e a velocidade do vento aumentada em 50%. A concentração de clorofila a foi representada pelos grupos cianobactérias e clorofíceas. O espaço de tempo das simulações representou 90 dias. As clorofíceas apresentaram maior desenvolvimento populacional do que as cianobactérias em todas as simulações. No reservatório, a mistura vertical é ocasionada diariamente pelo vento ou por processos convectivos causados pela perda de calor no corpo de água. A oxigenação do reservatório é maior com a ocorrência de ventos e de grupos fotossintéticos. As concentrações totais de fósforo e nitrogênio apresentaram aumento em todas as simulações.

Efeitos da suplementação oral com L-arginina e L-glutamina sobre a próstata ventral de ratos submetidos à irradiação

O objetivo deste trabalho foi verificar o possível efeito protetor da L-glutamina e da L-arginina sobre a próstata ventral de ratos quando administradas por gavagem. Procurou-se simular as condições clinicas de pacientes submetidos à radioterapia pélvica tendo como órgão alvo outro órgão pélvico que não a próstata. Foram analisados os efeitos desta irradiação sobre a próstata considerando este órgão como normal. Foram utilizados ratos Wistar divididos em quatro grupos: Controle, animais não submetidos à irradiação (n= 10); Irradiado, submetidos à irradiação abdominal e sem suplementação adicional de aminoácido por 21 dias (n= 10); Irradiado + Lglutamina, submetidos à irradiação abdominal e com suplementação adicional de L- glutamina por 21 dias (n= 10); e Irradiado + L-arginina, submetidos à irradiação abdominal e com suplementação adicional de L- arginina por 21 dias (n= 9). Os grupos foram mantidos em condições padrão de laboratório durante todas as etapas do experimento. Os animais submetidos à irradiação abdominal receberam uma dose única de 1000 cGy no dia 8 da experimentação. A Lglutamina e a L-arginina foram dissolvidas em água destilada e administrada por gavagem através da agulha IC-810. As próstatas foram removidas e processadas para inclusão em parafina. Foram estudados os seguintes parâmetros: estrutura acinar (área dos ácinos e altura do epitélio) e colágeno analisados por métodos morfométricos e peso corporal. O ganho de peso nos grupos suplementados foi significativamente maior se comparado ao grupo irradiado. Houve redução da altura do epitélio no grupo irradiado quando comparado ao controle. A altura do epitélio no grupo suplementado com L-arginina foi significativamente maior do que nos grupos irradiado e suplementado com L-glutamina. Houve diminuição, de aproximadamente 18%, da área dos ácinos no grupo suplementado com L-glutamina. Já no grupo suplementado com Larginina o valor foi similar ao do controle. O efeito da L-glutamina sobre o parênquima prostático foi o de manter proporcionalmente o colágeno, preservando a integridade da matriz extracelular. No grupo suplementado com L-arginina, apesar da discreta redução na distribuição proporcional de colágeno este também manteve índices semelhantes ao do controle. A radiação abdominal promoveu algumas modificações estruturais na próstata ventral de ratos. Essas modificações podem ser parcialmente prevenidas pela suplementação oral com L-glutamina e de L-arginina.

Digital-Analog Quantum Simulation of Spin Systems in Trapped Ions

65 p.

Modelagem hidrológica da bacia hidrográfica do rio Bengalas, Nova Friburgo, RJ, utilizando o potencial de geotecnologias na definição de áreas de risco de inundação.

A presente pesquisa concentra-se no estudo hidrológico utilizando o potencial das geotecnologias na modelagem do escoamento na bacia do rio Bengalas, cujo rio principal de mesmo nome, corta o município de Nova Friburgo, RJ, no sentido Sul-Norte. Esse município, um dos mais importantes da região serrana, sofre frequentemente com inundações e deslizamentos, onde, dados históricos e acontecimentos recentes mostram que a ocupação inadequada de encostas e calhas dos rios são as áreas destacada e negativamente afetadas. A metodologia tem suporte no uso de um SIG, extraindo informações, que por sua vez, serão entrada de dados na fase de modelagem, e reforçando a apresentação dos resultados das simulações através de mapas. Ela está divida basicamente em três etapas: "SIG", "Modelagem" e "Suporte à Tomada de Decisão/Simulação". Esse primeiro estudo permitiu compor um banco de dados geográfico com as características fisiográficas da bacia; a seleção criteriosa de uma modelagem matemática e encadeamento de seus parâmetros com os componentes do ciclo hidrológico; realizar a calibração do modelo de transformação chuva-vazão, Soil Conservation Service (CN); e simular a passagem dos volumes gerados pela precipitação efetiva na calha do rio Bengalas, com o objetivo de identificar e analisar as áreas suscetíveis a inundações na porção central da cidade de Nova Friburgo. Modelagem dessa natureza vem sendo empregada, principalmente, no gerenciamento de recursos hídricos, onde a tomada de decisões embasada nos resultados de simulações computacionais, contribuem para evitar prejuízos materiais e financeiros, e ainda, perdas de vidas humanas em áreas de risco, neste caso, aquelas suscetíveis a inundações. Analisando os resultados encontrados temos que a área suscetível à inundação para uma chuva com tempo de recorrência de 50 anos, o mais crítico estudado, seja de aproximadamente 1,0 km, distribuídos nos seus 8,5km na região central de Nova Friburgo-RJ, sendo está, ora delimitada, prioritariamente edificada.

Plataforma de desenvolvimento de circuitos eletrônicos adaptativos.

Este trabalho apresenta uma arquitetura geral para evolução de circuitos eletrônicos analógicos baseada em algoritmos genéticos. A organização lógica privilegia a interoperabilidade de seus principais componentes, incluindo a possibilidade de substituição ou melhorias internas de suas funcionalidades. A plataforma implementada utiliza evolução extrínseca, isto é, baseada em simulação de circuitos, e visa facilidade e flexibilidade para experimentação. Ela viabiliza a interconexão de diversos componentes aos nós de um circuito eletrônico que será sintetizado ou adaptado. A técnica de Algoritmos Genéticos é usada para buscar a melhor forma de interconectar os componentes para implementar a função desejada. Esta versão da plataforma utiliza o ambiente MATLAB com um toolbox de Algoritmos Genéticos e o PSpice como simulador de circuitos. Os estudos de caso realizados apresentaram resultados que demonstram a potencialidade da plataforma no desenvolvimento de circuitos eletrônicos adaptativos.