Aerodynamics of vertical-axis wind turbines in full-scale and laboratory-scale experiments

Within a wind farm, multiple turbine wakes can interact and have a substantial effect on the overall power production. This makes an understanding of the wake recovery process critically important to optimizing wind farm efficiency. Vertical-axis wind turbines (VAWTs) exhibit features that are amenable to dramatically improving this efficiency. However, the physics of the flow around VAWTs is not well understood, especially as it pertains to wake interactions, and it is the goal of this thesis to partially fill this void. This objective is approached from two broadly different perspectives: a low-order view of wind farm aerodynamics, and a detailed experimental analysis of the VAWT wake.

One of the contributions of this thesis is the development of a semi-empirical model of wind farm aerodynamics, known as the LRB model, that is able to predict turbine array configurations to leading order accuracy. Another contribution is the characterization of the VAWT wake as a function of turbine solidity. It was found that three distinct regions of flow exist in the VAWT wake: (1) the near wake, where periodic blade shedding of vorticity dominates; (2) a transition region, where growth of a shear-layer instability occurs; (3) the far wake, where bluff-body oscillations dominate. The wake transition can be predicted using a new parameter, the dynamic solidity, which establishes a quantitative connection between the wake of a VAWT and that of a circular cylinder. The results provide insight into the mechanism of the VAWT wake recovery and the potential means to control it.

Full-range parallel Fourier-domain optical coherence tomography using sinusoidal phase-modulating interferometry

We demonstrate a full-range parallel Fourier-domain optical coherence tomography (FD-OCT) in which a tomogram free of mirror images as well as DC and autocorrelation terms is obtained in parallel. The phase and amplitude of two-dimensional spectral interferograms are accurately detected by using sinusoidal phase-modulating interferometry and a two-dimensional CCD camera, which allows for the reconstruction of two-dimensional complex spectral interferograms. By line-by-line inverse Fourier transformation of the two-dimensional complex spectral interferogram, a full-range parallel FD-OCT is realized. Tomographic images of two separated glass coverslips obtained with our method are presented as a proof-of-principle experiment.

Do salvacionismo à segregação: a experiência dos Centros Integrados de Educação Pública no Rio de Janeiro

Este trabalho versa sobre a relação entre a implantação de um projeto de educação pública e a sua receptividade social. Resgata as concepções que deram origem ao programa de implantação das escolas de tempo integral no estado do Rio de Janeiro e como hoje elas são vistas por seus usuários. Discute os resultados inesperados que teve o projeto educacional salvador (não só da educação como também das populações empobrecidas do estado do Rio de Janeiro). Pretendendo ser inclusivo, dando ao pobre acesso a benefícios que não tinha, produziu mais segregação, repetindo a seletividade que a escola pública brasileira apresenta.

Dynamic full-range Fourier-domain optical coherence tomography using sinusoidal phase-modulating interferometry

We propose a technique for dynamic full-range Fourier-domain optical coherence tomography by using sinusoidal phase-modulating interferometry, where both the full-range structural information and depth-resolved dynamic information are obtained. A novel frequency-domain filtering algorithm is proposed to reconstruct a time-dependent complex spectral interferogram from the sinusoidally phase-modulated interferogram detected with a high-rate CCD camera. By taking the amplitude and phase of the inverse Fourier transform of the complex spectral interferogram, a time-dependent full-range cross-sectional image and depth-resolved displacement are obtained. Displacement of a sinusoidally vibrating glass cover slip behind a fixed glass cover slip is measured with subwavelength sensitivity to demonstrate the depth-resolved dynamic imaging capability of our system. (c) 2007 Society of Photo-Optical Instrumentation Engineers.

Advanced Monte Carlo Simulation and Machine Learning for Frequency Domain Optical Coherence Tomography

Optical Coherence Tomography(OCT) is a popular, rapidly growing imaging technique with an increasing number of bio-medical applications due to its noninvasive nature. However, there are three major challenges in understanding and improving an OCT system: (1) Obtaining an OCT image is not easy. It either takes a real medical experiment or requires days of computer simulation. Without much data, it is difficult to study the physical processes underlying OCT imaging of different objects simply because there aren't many imaged objects. (2) Interpretation of an OCT image is also hard. This challenge is more profound than it appears. For instance, it would require a trained expert to tell from an OCT image of human skin whether there is a lesion or not. This is expensive in its own right, but even the expert cannot be sure about the exact size of the lesion or the width of the various skin layers. The take-away message is that analyzing an OCT image even from a high level would usually require a trained expert, and pixel-level interpretation is simply unrealistic. The reason is simple: we have OCT images but not their underlying ground-truth structure, so there is nothing to learn from. (3) The imaging depth of OCT is very limited (millimeter or sub-millimeter on human tissues). While OCT utilizes infrared light for illumination to stay noninvasive, the downside of this is that photons at such long wavelengths can only penetrate a limited depth into the tissue before getting back-scattered. To image a particular region of a tissue, photons first need to reach that region. As a result, OCT signals from deeper regions of the tissue are both weak (since few photons reached there) and distorted (due to multiple scatterings of the contributing photons). This fact alone makes OCT images very hard to interpret.

This thesis addresses the above challenges by successfully developing an advanced Monte Carlo simulation platform which is 10000 times faster than the state-of-the-art simulator in the literature, bringing down the simulation time from 360 hours to a single minute. This powerful simulation tool not only enables us to efficiently generate as many OCT images of objects with arbitrary structure and shape as we want on a common desktop computer, but it also provides us the underlying ground-truth of the simulated images at the same time because we dictate them at the beginning of the simulation. This is one of the key contributions of this thesis. What allows us to build such a powerful simulation tool includes a thorough understanding of the signal formation process, clever implementation of the importance sampling/photon splitting procedure, efficient use of a voxel-based mesh system in determining photon-mesh interception, and a parallel computation of different A-scans that consist a full OCT image, among other programming and mathematical tricks, which will be explained in detail later in the thesis.

Next we aim at the inverse problem: given an OCT image, predict/reconstruct its ground-truth structure on a pixel level. By solving this problem we would be able to interpret an OCT image completely and precisely without the help from a trained expert. It turns out that we can do much better. For simple structures we are able to reconstruct the ground-truth of an OCT image more than 98% correctly, and for more complicated structures (e.g., a multi-layered brain structure) we are looking at 93%. We achieved this through extensive uses of Machine Learning. The success of the Monte Carlo simulation already puts us in a great position by providing us with a great deal of data (effectively unlimited), in the form of (image, truth) pairs. Through a transformation of the high-dimensional response variable, we convert the learning task into a multi-output multi-class classification problem and a multi-output regression problem. We then build a hierarchy architecture of machine learning models (committee of experts) and train different parts of the architecture with specifically designed data sets. In prediction, an unseen OCT image first goes through a classification model to determine its structure (e.g., the number and the types of layers present in the image); then the image is handed to a regression model that is trained specifically for that particular structure to predict the length of the different layers and by doing so reconstruct the ground-truth of the image. We also demonstrate that ideas from Deep Learning can be useful to further improve the performance.

It is worth pointing out that solving the inverse problem automatically improves the imaging depth, since previously the lower half of an OCT image (i.e., greater depth) can be hardly seen but now becomes fully resolved. Interestingly, although OCT signals consisting the lower half of the image are weak, messy, and uninterpretable to human eyes, they still carry enough information which when fed into a well-trained machine learning model spits out precisely the true structure of the object being imaged. This is just another case where Artificial Intelligence (AI) outperforms human. To the best knowledge of the author, this thesis is not only a success but also the first attempt to reconstruct an OCT image at a pixel level. To even give a try on this kind of task, it would require fully annotated OCT images and a lot of them (hundreds or even thousands). This is clearly impossible without a powerful simulation tool like the one developed in this thesis.

Municipalização plena da saúde: a prática de uma utopia

Nos anos 1990, desencadeou-se, no Brasil, um processo de descentralização política e administrativa que no campo social da saúde assume claramente o sentido da municipalização da gestão dos serviços locais de saúde. O deslocamento do poder de gestão para os municípios favorece o acompanhamento, a fiscalização e a participação da sociedade no processo de formulação e execução das políticas públicas. A municipalização da saúde transforma os municípios brasileiros em gestores do sistema de saúde local, e a implantação e consolidação de um Sistema Único de Saúde dependem da capacidade efetiva de os gestores locais formularem e implementarem políticas voltadas a responder às demandas sociais locais dentro do modelo de relacionamento federativo das três instâncias de gestão: federal, estadual e municipal. A heterogeneidade dos municípios brasileiros, a aplicabilidade homogênea da normatização do sistema pelo ente federativo e a elevada participação da União no financiamento do Sistema Único de Saúde são fatores que facilitam a centralização do poder no Governo Federal. Adotando a metodologia do estudo de caso, tomando como base empírica município de Umuarama, localizada na região noroeste do Paraná, busca-se dissertar sobre o sistema local de saúde estruturado a partir de uma combinação entre as normas institucionais e as singularidades sociais e políticas locais.

Suspensión trasera regulable pra una moto de competición: altenrativa full-floater

[ES] El objeto de este estudio consiste en el diseño de un sistema de suspensión trasera regulable y progresiva, así como el prediseño de un basculante, para una motocicleta de competición. La motocicleta compite dentro de la categoría MotoStudent, por lo que se ha realizado el estudio de acuerdo con las normas de la Organización y las especificaciones del equipo de la ETSI.

Embedding quantum simulators

79 p.

Coprocessador para operações quânticas.

A demanda crescente por poder computacional estimulou a pesquisa e desenvolvimento de processadores digitais cada vez mais densos em termos de transistores e com clock mais rápido, porém não podendo desconsiderar aspectos limitantes como consumo, dissipação de calor, complexidade fabril e valor comercial. Em outra linha de tratamento da informação, está a computação quântica, que tem como repositório elementar de armazenamento a versão quântica do bit, o q-bit ou quantum bit, guardando a superposição de dois estados, diferentemente do bit clássico, o qual registra apenas um dos estados. Simuladores quânticos, executáveis em computadores convencionais, possibilitam a execução de algoritmos quânticos mas, devido ao fato de serem produtos de software, estão sujeitos à redução de desempenho em razão do modelo computacional e limitações de memória. Esta Dissertação trata de uma versão implementável em hardware de um coprocessador para simulação de operações quânticas, utilizando uma arquitetura dedicada à aplicação, com possibilidade de explorar o paralelismo por replicação de componentes e pipeline. A arquitetura inclui uma memória de estado quântico, na qual são armazenados os estados individuais e grupais dos q-bits; uma memória de rascunho, onde serão armazenados os operadores quânticos para dois ou mais q-bits construídos em tempo de execução; uma unidade de cálculo, responsável pela execução de produtos de números complexos, base dos produtos tensoriais e matriciais necessários à execução das operações quânticas; uma unidade de medição, necessária à determinação do estado quântico da máquina; e, uma unidade de controle, que permite controlar a operação correta dos componente da via de dados, utilizando um microprograma e alguns outros componentes auxiliares.

O serviço social no comando da Aeronáutica: decifrando este espaço socioocupacional do assistente social

Esta dissertação analisa o Serviço Social no Comando da Aeronáutica COMAER, a partir dos elementos sócio-institucionais, teórico-metodológico e ético-política profissionais na instituição. O interesse em estudar este espaço socioocupacional do assistente social define-se pela necessidade de produção de conhecimento teórico e crítico acerca do trabalho desenvolvido pelo Serviço Social nas esferas militares: um campo de trabalho profissional em crescimento, porém pouco conhecido e debatido no âmbito acadêmico. O COMAER é uma instituição militar, repleta de singularidades, pautada nos princípios de hierarquia e disciplina. Configura-se como um espaço de contradições, correlação de forças e disputas por poder. Porém, é neste terreno contraditório e tenso que o Serviço Social se realiza e se concretiza. Para melhor compreensão acerca desta instituição, torna-se imprescindível a apreensão da realidade concreta, seus limites e possibilidades no movimento real de sua historicidade. Portanto, dedicamos parte deste estudo para desenvolver uma análise institucional. Além da referida análise, o presente estudo reconstrói o processo de implementação do Sistema de Assistência Social no COMAER, situa o trabalho do Serviço Social neste espaço socioocupacional num contexto de reestruturação produtiva, bem como se apropria do debate teórico-metodológico acerca do Projeto Ético Político Profissional para analisar as possibilidades de materialização dos princípios fundamentais do Código de Ética dos Assistentes Sociais no âmbito institucional. Esta dissertação conta também com pesquisa realizada com 24 assistentes sociais civis e militares, através de formulário auto-aplicável, a partir do qual foi possível traçar o perfil das assistentes sociais do COMAER e as condições em que o trabalho profissional se realiza. Ressaltamos o protagonismo do trabalho desenvolvido pelo Serviço Social no COMAER e afirmamos que é possível realizar um trabalho crítico, coerente com os princípios do Código de Ética Profissional e norteados pelo Projeto da Profissão numa instituição militar.