Small scale turbulence in high Karlovitz number premixed flames

The purpose of this thesis is to characterize the behavior of the smallest turbulent scales in high Karlovitz number (Ka) premixed flames. These scales are particularly important in the two-way coupling between turbulence and chemistry and better understanding of these scales will support future modeling efforts using large eddy simulations (LES). The smallest turbulent scales are studied by considering the vorticity vector, ω, and its transport equation.

Due to the complexity of turbulent combustion introduced by the wide range of length and time scales, the two-dimensional vortex-flame interaction is first studied as a simplified test case. Numerical and analytical techniques are used to discern the dominate transport terms and their effects on vorticity based on the initial size and strength of the vortex. This description of the effects of the flame on a vortex provides a foundation for investigating vorticity in turbulent combustion.

Subsequently, enstrophy, ω² = ω • ω, and its transport equation are investigated in premixed turbulent combustion. For this purpose, a series of direct numerical simulations (DNS) of premixed n-heptane/air flames are performed, the conditions of which span a wide range of unburnt Karlovitz numbers and turbulent Reynolds numbers. Theoretical scaling analysis along with the DNS results support that, at high Karlovitz number, enstrophy transport is controlled by the viscous dissipation and vortex stretching/production terms. As a result, vorticity scales throughout the flame with the inverse of the Kolmogorov time scale, τ_η, just as in homogeneous isotropic turbulence. As τ_η is only a function of the viscosity and dissipation rate, this supports the validity of Kolmogorov’s first similarity hypothesis for sufficiently high Ka numbers (Ka ≳ 100). These conclusions are in contrast to low Karlovitz number behavior, where dilatation and baroclinic torque have a significant impact on vorticity within the flame. Results are unaffected by the transport model, chemical model, turbulent Reynolds number, and lastly the physical configuration.

Next, the isotropy of vorticity is assessed. It is found that given a sufficiently large value of the Karlovitz number (Ka ≳ 100) the vorticity is isotropic. At lower Karlovitz numbers, anisotropy develops due to the effects of the flame on the vortex stretching/production term. In this case, the local dynamics of vorticity in the strain-rate tensor, S, eigenframe are altered by the flame. At sufficiently high Karlovitz numbers, the dynamics of vorticity in this eigenframe resemble that of homogeneous isotropic turbulence.

Combined, the results of this thesis support that both the magnitude and orientation of vorticity resemble the behavior of homogeneous isotropic turbulence, given a sufficiently high Karlovitz number (Ka ≳ 100). This supports the validity of Kolmogorov’s first similarity hypothesis and the hypothesis of local isotropy under these condition. However, dramatically different behavior is found at lower Karlovitz numbers. These conclusions provides/suggests directions for modeling high Karlovitz number premixed flames using LES. With more accurate models, the design of aircraft combustors and other combustion based devices may better mitigate the detrimental effects of combustion, from reducing CO₂ and soot production to increasing engine efficiency.

Uso do espaço do marsupial Caluromys philander (Didelphimorphia, Didelphidae) no Parque Nacional da Serra dos Órgãos - Rio de Janeiro, Brasil

Uso do espaço é um padrão bem estudado em ecologia. Entretanto, formação de área de vida e posição relativa dos abrigos com área de uso são pouco estudados, principalmente para marsupiais didelfídeos. Dentre estes animais, podemos destacar Caluromys philander, devido ao seu baixo registro em armadilhas na Mata Atlântica e características peculiares dentro do grupo, como seu desenvolvimento, longevidade e hábito alimentar. Neste estudo foram investigadas as formações das áreas de uso destes animais através da comparação com seus movimentos diários, e a posição dos seus abrigos dentro das suas áreas de uso. Para isso foram monitorados seis indivíduos de C. philander através de colares rádio transmissores. Estes indivíduos se deslocaram em média 534 153 m por noite. Além disso, apresentaram área diária de 9548 3591 m e área de vida de 2,8 0,4 ha. Noventa e sete por cento das áreas diárias apresentaram sobreposição entre si, com média de 19,4% de sobreposição. Não houve diferença nos locais dos abrigos dos indivíduos monitorados, dentro dos seus Mínimos Polígonos Convexos. Entretanto, estes mesmos abrigos não estiveram localizados nas áreas de maior intensidade de uso. A média de abrigos utilizados por indivíduo foi de 6,3 (3-10) com utilização média de 2,9 (1-17) vezes em cada abrigo, sendo que 48% das vezes os animais só possuíram um registro em cada abrigo, demonstrando baixa fidelidade. Entretanto, dois indivíduos apresentaram diferença de utilização entre seus abrigos, com três destes sendo mais utilizados que os outros. O trabalho sugere que os indivíduos de C. philander monitorados apresentam área de vida propriamente dita (restrita), onde ocorrem as sobreposições entre suas áreas diárias. C. philander utilizam mais de um abrigo em suas vidas, trocando com frequência de abrigos, apesar de alguns destes abrigos poderem ser mais utilizados que outros. Além disso, os abrigos destes animais não são localizados nas suas áreas de maior intensidade de uso.

Evaluation of the nutrient composition of some unconventional feedstuffs

A trial was carried out to evaluate the nutrient composition of some unconventional feedstuffs to ascertain their suitability for incorporation into fish feed. Pawpaw seed, mudskipper meal, water melon seed, almond kernel and groundnut husk were processed and analyzed for their proximate and mineral composition using internationally established procedure. The results obtained showed that the experimental feed stuffs had percentage crude protein that ranged from 7.38% to 55.85%. The highest level (55.85%) was found in mudskipper meal while the lowest (7.38%) was found in groundnut husk. The experimental feed stuffs had appreciable levels of calcium, potassium and phosphorus ranging from 0.29% to 1.87%, 0.17 to 1.26 and 0.06 to 0.97 respectively. Almond kernel can be used to replace soybean meal in aqua feed. Also, mudskipper meal can be used to replace fish meal in order to produce a cheaper fish feed; but it was recommended that feeding trials should be conducted to ascertain the inclusion level at which they can be effectively incorporated. The potentials of some of these feedstuffs in fish feed formulation seem high.

A travessia de Nanetto Pipetta e o imaginário dos imigrantes italianos para o Sul do Brasil, em busca do país da Cocanha

Esta dissertação aborda o tema da imigração italiana à luz do imaginário daqueles que se dirigiam em massa para o Brasil, entre o final do século XIX e início do XX, em busca de um mundo novo, perseguindo o sonho de um Paraíso Terrestre, o país imaginário da Cocanha. O tema é abordado a partir de obras literárias, como o poema francês, datado do século XIII, o Fabliau da Cocanha e da narrativa Vita e Stòria di Nanetto Pipetta, que apresenta o jovem personagem imigrante clandestino vêneto, criado por Aquiles Bernardi, e cujas aventuras eram publicadas semanalmente em capítulos no jornal gaúcho Stafetta Riograndense, nos anos 1924-1925. A trama vivida pelo personagem que dá título à obra é fio condutor das reflexões apresentadas. Para o imigrante italiano, o imaginário sobre o Brasil como o país da Cocanha encontra neste personagem sua expressão fiel, mantendo acesa a chama da esperança de uma vida melhor para si e para as gerações futuras.

Análise espaço-temporal do uso do habitat pelo boto-cinza (Sotalia Guianensis) na Baía de Guanabara, Rio de Janeiro

Determinar áreas de vida tem sido um tema amplamente discutido em trabalhos que procuram entender a relação da espécie estudada com as características de seu habitat. A Baía de Guanabara abriga uma população residente de botos-cinza (Sotalia guianensis) e o objetivo do presente estudo foi analisar o uso espacial de Sotalia guianensis, na Baía de Guanabara (RJ), entre 2002 e 2012. Um total de 204 dias de coleta foi analisado e 902 pontos selecionados para serem gerados os mapas de distribuição. A baía foi dividida em quatro subáreas e a diferença no esforço entre cada uma não ultrapassou 16%. O método Kernel Density foi utilizado nas análises para estimativa e interpretação do uso do habitat pelos grupos de botos-cinza. A interpretação das áreas de concentração da população também foi feita a partir de células (grids) de 1,5km x 1,5km com posterior aplicação do índice de sobreposição de nicho de Pianka. As profundidades utilizadas por S. guianensis não apresentaram variações significativas ao longo do período de estudo (p = 0,531). As áreas utilizadas durante o período de 2002/2004 foram estimadas em 79,4 km com áreas de concentração de 19,4 km. Os períodos de 2008/2010 e 2010/2012 apresentaram áreas de uso estimadas em um total de 51,4 e 58,9 km, respectivamente e áreas de concentração com 10,8 e 10,4 km, respectivamente. As áreas utilizadas envolveram regiões que se estendem por todo o canal central e região nordeste da Baía de Guanabara, onde também está localizada a Área de Proteção Ambiental de Guapimirim. Apesar disso, a área de vida da população, assim como suas áreas de concentração, diminuiu gradativamente ao longo dos anos, especialmente no entorno da Ilha de Paquetá e centro-sul do canal central. Grupos com mais de 10 indivíduos e grupos na classe ≥ 25% de filhotes em sua composição, evidenciaram reduções de mais de 60% no tamanho das áreas utilizadas. A população de botos-cinza vem decrescendo rapidamente nos últimos anos, além de interagir diariamente com fontes perturbadoras, sendo estas possíveis causas da redução do uso do habitat da Baía de Guanabara. Por esse motivo, os resultados apresentados são de fundamental importância para a conservação desta população já que representam consequências da interação em longo prazo com um ambiente costeiro altamente impactado pela ação antrópica.

Composição, origem e distribuição de hidrocarbonetos em sedimentos marinhos nas principais regiões portuárias da costa sudeste brasileira

Regiões onde existem atividades portuárias estão mais susceptíveis à contaminação por hidrocarbonetos devido ao trânsito de embarcações e as operações de carga/descarga e, consequentemente, estão mais vulneráveis a sofrer impactos ambientais. Este trabalho avaliou a composição, distribuição e origem de hidrocarbonetos em oito regiões portuárias da costa sudeste brasileira: Santos-SP, São Sebastião-SP, Angra dos Reis-RJ, Itaguaí-RJ, Rio de Janeiro-RJ, Arraial do Cabo-RJ, Macaé-RJ e Vitória-ES. Foram coletadas amostras de sedimentos marinhos superficiais (02 cm) em duas campanhas (2009 e 2010). Para a análise dos hidrocarbonetos alifáticos e dos hidrocarbonetos policíclicos aromáticos (HPAs) foram utilizadas cromatografia em fase gasosa com detector de ionização de chama e cromatografia em fase gasosa acoplada à espectrometria de massas, respectivamente. As concentrações médias e os desvios-padrão do Total de nalcanos (μg g-1), Total de Alifáticos (μg g-1), HPAs Totais (ng g-1) e 16 HPAs prioritários (ng g-1) encontrados foram 6,55 4,52, 123,16 86,12, 1470,24 958,41 e 653,93 482,81 na região do porto de Santos-SP; 2,69 1,16, 35,29 15,22, 756,25 350,28 e 142,35 142,35 na região do porto de São Sebastião-SP; 3,11 2,34, 56,99 78,39, 777,62 821,32 e 82,33 84,62 na região do porto de Angra dos Reis-RJ; 5,58 3,28, 26,55 12,19, 1221,15 1070,87 e 92,28 93,14 na região do porto de Itaguaí-RJ; 5,09 2,03, 179,22 108,16, 3547,27 3081,18 e 1879,05 1792,69 na região do porto do Rio de Janeiro; 1,63 2,15, 51,54 39,50, 366,26 222,89 e 194,83 141,65 na região do porto de Arraial do Cabo-RJ; 3,92 2,69, 50,42 81,30, 643,97 637,61 e 182,46 265,87 na região do porto de Macaé-RJ; e 4,78 4,05, 45,31 32,84, 868,78 874,56 e 258,84 142,89 na região do porto de Vitória-ES, respectivamente. O nível de contaminação por hidrocarbonetos nas regiões estudadas variou de baixo a muito alto, mostrando que estes níveis não são diretamente compatíveis com o tamanho e o desenvolvimento urbano em torno de cada porto. Para a avaliação das fontes de contaminação foram usadas razões diagnósticas selecionadas da literatura. A mistura de fontes (pirolítica e petrogênica) foi considerada predominante na maioria das áreas, indicando a influência das atividades dos portos e dos aportes de entradas de contaminação por vias urbanas, industriais e atmosféricas.

Impacto do aterro controlado Morro do Céu na atmosfera

O principal objetivo deste estudo é estimar o alcance dos poluentes emitidos pelo Aterro Controlado do Morro do Céu (ACMC), localizado em Niterói e as possíveis áreas afetadas. Utilizou-se um modelo matemático para o estudo do transporte e difusão dos poluentes que fornece a concentração nas vizinhanças, a partir dos dados de emissões, meteorológicos e topográficos. Foram analisados e tratados os dados meteorológicos e a topografia da região de alcance da pluma. As amostras foram coletadas por uma bomba de ar a uma vazão de 500 mL min-1 por um período de 10 min, em dois dias e horários diferentes. A câmara de fluxo empregada foi de 30 L e de PVC, no formato cilíndrico, cuja boca foi emborcada no solo por 5 cm e a amostragem realizada por uma válvula posicionada no fundo. Foram empregados como meios de amostragem cartuchos de carvão ativo de leito duplo e as análises químicas foram realizadas por cromatografia de fase gasosa com detecção por ionização na chama. Os resultados encontrados indicam que o ACMC pode conter quantidade significativa de vários compostos químicos, principalmente compostos orgânicos voláteis, impactando a vegetação, prejudicando a saúde e a qualidade de vida da população do seu entorno. Foram obtidos valores de compostos orgânicos voláteis acima de 400 g m-3 a menos que 500 m do ACMC. Considerando que o ACMC não será desativado em um tempo próximo, creches, escolas e postos de saúde devem ser deslocados para uma área onde o impacto dos poluentes atmosféricos seja menor, contribuindo para a melhoria da qualidade de vida da população

Compostos de enxofre em misturas de diesel e biodiesel

É difundido na literatura especializada que o uso de misturas de biodiesel e diesel de petróleo reduz as emissões dos compostos de enxofre. Esses compostos são responsáveis por inúmeras enfermidades respiratórias, além de provocar danos ao catalisador automotivo, contribuindo desta forma para a emissão de outros poluentes. Neste trabalho fez-se uma identificação dos compostos de enxofre, antes da queima no motor, presentes no diesel e em misturas de biodiesel/diesel de diferentes fontes. A metodologia empregada foi a cromatografia de fase gasosa e inicialmente empregou-se um detector de ionização por chama de hidrogênio para ajuste das condições operacionais, por ser um detector considerado universal e capaz de identificar tanto os majoritários hidrocarbonetos como os compostos de enxofre. Em seguida aplicou-se os parâmetros operacionais obtidos a um cromatógrafo à gás acoplado a um detector seletivo para enxofre, o SCD (sulphur chemiluminescence detector) para a identificação apenas dos compostos de enxofre. Após a obtenção dos dados teóricos em laboratório, foi realizada a análise de compostos mercaptídicos produzidas pelas emissões de um ônibus do Rio de Janeiro abastecido com diesel puro e misturas diesel/biodiesel nas proporções (v/v) 2% (B2), 5% (B5), 10% (B10), and 20% (B20). Os resultados indicaram uma redução dos compostos de enxofre proporcional à adição do biodiesel tanto na teoria quanto na prática