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,

Three-dimensional, fully adaptive simulations of phase-field fluid models

We present an efficient numerical methodology for the 31) computation of incompressible multi-phase flows described by conservative phase-field models We focus here on the case of density matched fluids with different viscosity (Model H) The numerical method employs adaptive mesh refinements (AMR) in concert with an efficient semi-implicit time discretization strategy and a linear, multi-level multigrid to relax high order stability constraints and to capture the flow`s disparate scales at optimal cost. Only five linear solvers are needed per time-step. Moreover, all the adaptive methodology is constructed from scratch to allow a systematic investigation of the key aspects of AMR in a conservative, phase-field setting. We validate the method and demonstrate its capabilities and efficacy with important examples of drop deformation, Kelvin-Helmholtz instability, and flow-induced drop coalescence (C) 2010 Elsevier Inc. All rights reserved

Análise não linear física e geométrica de pórticos espaciais

Apresenta-se uma formulação do tipo incrementaliterativa destinada a análise não linear de pórticos espaciais. Considera-se os efeitos não lineares introduzidos pelas mudanças de configuração geométrica da estrutura e também pela combinação destes efeitos com aqueles inerentes ao comportamento plástico exibido pelo material. As relações cinemáticas empregadas permitem a consideração de deslocamentos arbitrariamente grandes, acompanhadas de pequenas deformações . A modelagem do comportamento plástico do material é efetuada através do conceito de rótula plástica, estabelecido a partir de um critério de plastificação generalizado. Adota-se uma matriz de rigidez geométrica de barra baseada em momentos semitangenciais. Para elementos com extremos plastificados, é deduzida uma matriz de rigidez elasto-plástica. Emprega-se um método numérico do tipo incremental-iterativo, que utiliza como condição básica de controle da análise a constância do trabalho realizado pelos incrementos de cargas, em cada passo incremental (Método de Controle por Trabalho).A formulação permite uma descricão completa do desempenho mecânico da estrutura, inclusive em estágio de deformação pós-crítico em que ocorre regressão do carregamento com aumento de deslocamentos, ou vice-versa. A formulação foi implementada em um programa computacional elaborado em linguagem FORTRAN. Vários exemplos numéricos são apresentados para mostrar a eficiência das procedimentos propostos.

Defeitos pontuais nos compostos intermetálicos ZrNi e Zr/sub 2/Ni estudados por dinâmica molecular

Empregamos a técnica de Dinâmica Molecular para estudar propriedades de defeitos pontuais nos compostos intermetálicos ZrNi e Zr2Ni. Descrevemos as configurações estáveis de defeitos e mecanismos de migração, assim como as energias envolvidas. Os potenciais interatômicos foram derivados do Embedded Atom Model. No intuito de levar em conta a variação de estequiometria causada pela presença de alguns tipos de defeitos em intermetálicos, apresentamos um método numérico que fornece a energia efetiva de formação de defeitos e aplicamos o método ao ZrNi e Zr2Ni. Os resultados mostraram que vacâncias são mais estáveis na sub—rede do Ni, com energia de formação de 0,83 e-0,61 eV em ZrNi e Zr2Ni, respectivamente. Vacâncias de Zr são instáveis em ambos compostos; elas decaem espontaneamente em pares anti—sítio e vacância de Ni. Configurações e energias de formação de intersticiais também foram calculadas e mostraram comportamentos similares. Em ZrNi, a migração de vacâncias ocorre preferencialmente nas direções [025] e [100], com as respectivas energias de migração 0,67 e 0,73 eV, e é um processo essencialmente bidimensional no plano (001). Em Zr,Ni, a migração de vacâncias é unidimensional, ocorrendo na direção [001], com energia de migração de 0,67 eV. Em ambos compostos a presença de defeitos de anti—sítio de Ni diminui a energia de migração da vacância de Ni em até 3 vezes e facilita a movimentação em três dimensões. Mecanismos de anel não são energeticamente eficientes em comparação com saltos diretos. As configurações estáveis de intersticiais em ambos compostos consistem em um átomo de Ni sobre o plano (001) entre dois vizinhos de Zr fora do plano. Intersticiais de Zr são instáveis e tendem a deslocar um átomo de Ni, ocupando seu sítio. Energias de deslocamento foram estudadas através de simulações de irradiação de ambos compostos. Durante o processo de colisão binária, um potencial universal ZBL foi usado para colisões a curta distância. Para distâncias intermediárias usamos um potencial de união arbitrário. Zr mostrou—se mais difícil de ser arrancado de seu sítio do que Ni. Encontramos valores de energia de deslocamento no intervalo de aproximadamente 29 eV até 546 eV. Alguns resultados experimentais são mostrados e apresentam boa concordância com os cálculos.

Estimativa do comportamento de máquinas assíncronas sujeitas a afundamentos de tensão

Os afundamentos de tensão são reduções de curta duração entre o 10% a 90% da magnitude de tensão eficaz. Usualmente, estes afundamentos são associados com falhas no sistema de energia elétrica, mas podem ser causados pela elevada corrente de partida de motores de indução ou energização de transformadores. Apesar de sua curta duração, tais eventos podem causar sérios problemas para alguns equipamentos. As conseqüências dos afundamentos de tensão sobre a máquina assíncrona são: perda de velocidade durante o afundamento e picos de corrente e de conjugado que aparecem na queda de tensão e no instante de restabelecimento. Este estudo visa analisar o comportamento da máquina assíncrona diante de afundamentos de tensão e as características destes, devido à influência do motor assíncrono como carga. Enfocando-se neste ponto, é que foram considerados diferentes tipos de afundamentos devido a diferentes falhas, que produziram quedas de tensão nos terminais da máquina assíncrona com variações na magnitude e no argumento de tensão. As simulações foram realizadas aplicando um método numérico tradicional e um método simplificado, o método simplificado lineariza as equações diferenciais elétricas da máquina assíncrona considerando a velocidade mecânica constante, para o cálculo dos transitórios elétricos no início da queda de tensão e no restabelecimento da mesma. Os transitórios obtidos pelo método numérico tradicional (Runge Kutta quarta ordem) e o método simplificado foram comparados, para verificar a precisão deste método com respeito ao numérico tradicional, concluindo-se, que o método simplificado poderá aplicar-se em máquinas de baixo escorregamento e elevada constante de inércia. Além disso, foram realizados experimentos, submetendo o sistema a diferentes quedas de tensão, considerando diferentes magnitudes e durações no afundamento.

Um método de linearização local com passo adaptativo para solução numérica de equações diferenciais estocásticas com ruído aditivo

Neste trabalho apresentamos um novo método numérico com passo adaptativo baseado na abordagem de linearização local, para a integração de equações diferenciais estocásticas com ruído aditivo. Propomos, também, um esquema computacional que permite a implementação eficiente deste método, adaptando adequadamente o algorítimo de Padé com a estratégia “scaling-squaring” para o cálculo das exponenciais de matrizes envolvidas. Antes de introduzirmos a construção deste método, apresentaremos de forma breve o que são equações diferenciais estocásticas, a matemática que as fundamenta, a sua relevância para a modelagem dos mais diversos fenômenos, e a importância da utilização de métodos numéricos para avaliar tais equações. Também é feito um breve estudo sobre estabilidade numérica. Com isto, pretendemos introduzir as bases necessárias para a construção do novo método/esquema. Ao final, vários experimentos numéricos são realizados para mostrar, de forma prática, a eficácia do método proposto, e compará-lo com outros métodos usualmente utilizados.

A critical value function approach, with an application to persistent time-series

Researchers often rely on the t-statistic to make inference on parameters in statistical models. It is common practice to obtain critical values by simulation techniques. This paper proposes a novel numerical method to obtain an approximately similar test. This test rejects the null hypothesis when the test statistic islarger than a critical value function (CVF) of the data. We illustrate this procedure when regressors are highly persistent, a case in which commonly-used simulation methods encounter dificulties controlling size uniformly. Our approach works satisfactorily, controls size, and yields a test which outperforms the two other known similar tests.

Um método numérico para a solução de problemas em física quântica de poucos corpos

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

Use of direct and iterative solvers for estimation of SNP effects in genome-wide selection

Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES)

Análise de superfícies seletivas de freqüência para aplicações em ondas milimétricas

This work consists in the development of a theoretical and numerical analysis for frequency selective surfaces (FSS) structures with conducting patch elements, such as rectangular patches, thin dipoles and cross dipoles, on anisotropic dielectric substrates. The analysis is developed for millimeter wave band applications. The analytical formulation is developed in the spectral domain, by using a rigorous technique known as equivalent transmission line method, or immitance approach. The numerical analysis is completed through the use of the Galerkin's technique in the Fourier transform domain, using entire-domain basis functions. In the last decades, several sophisticated analytical techniques have been developed for FSS structure applications. Within these applications, it can be emphasized the use of FSS structures on reflecting antennas and bandpass radomes. In the analysis, the scattered fields of the FSS geometry are related to the surface induced currents on the conducting patches. After the formulation of the scattering problem, the numerical solution is obtained by using the moment method. The choice of the basis functions plays a very important role in the numerical efficiency of the numerical method, once they should provide a very good approximation to the real current distributions on the FSS analyzed structure. Thereafter, the dyadic Green's function components are obtained in order to evaluate the basis functions unknown coefficients. To accomplish that, the Galerkin's numerical technique is used. Completing the formulation, the incident fields are determined through the incident potential, and as a consequence the FSS transmission and reflection characteristics are determined, as function of the resonant frequency and structural parameters. The main objective of this work was to analyze FSS structures with conducting patch elements, such as thin dipoles, cross dipoles and rectangular patches, on anisotropic dielectric substrates, for high frequency applications. Therefore, numerical results for the FSS structure main characteristics were obtained in the millimeter wave bando Some of these FSS characteristics are the resonant

Maximização da penetração da geração distribuída através do algoritmo de otimização nuvem de partículas

This work develops a methodology for defining the maximum active power being injected into predefined nodes in the studied distribution networks, considering the possibility of multiple accesses of generating units. The definition of these maximum values is obtained from an optimization study, in which further losses should not exceed those of the base case, i.e., without the presence of distributed generation. The restrictions on the loading of the branches and voltages of the system are respected. To face the problem it is proposed an algorithm, which is based on the numerical method called particle swarm optimization, applied to the study of AC conventional load flow and optimal load flow for maximizing the penetration of distributed generation. Alternatively, the Newton-Raphson method was incorporated to resolution of the load flow. The computer program is performed with the SCILAB software. The proposed algorithm is tested with the data from the IEEE network with 14 nodes and from another network, this one from the Rio Grande do Norte State, at a high voltage (69 kV), with 25 nodes. The algorithm defines allowed values of nominal active power of distributed generation, in percentage terms relative to the demand of the network, from reference values

Equilíbrio líquido-líquido de sistemas aquosos com tensoativos polietoxilados: dados experimentais e modelagem

The nonionic surfactants when in aqueous solution, have the property of separating into two phases, one called diluted phase, with low concentration of surfactant, and the other one rich in surfactants called coacervate. The application of this kind of surfactant in extraction processes from aqueous solutions has been increasing over time, which implies the need for knowledge of the thermodynamic properties of these surfactants. In this study were determined the cloud point of polyethoxylated surfactants from nonilphenolpolietoxylated family (9,5 , 10 , 11, 12 and 13), the family from octilphenolpolietoxylated (10 e 11) and polyethoxylated lauryl alcohol (6 , 7, 8 and 9) varying the degree of ethoxylation. The method used to determine the cloud point was the observation of the turbidity of the solution heating to a ramp of 0.1 ° C / minute and for the pressure studies was used a cell high-pressure maximum ( 300 bar). Through the experimental data of the studied surfactants were used to the Flory - Huggins models, UNIQUAC and NRTL to describe the curves of cloud point, and it was studied the influence of NaCl concentration and pressure of the systems in the cloud point. This last parameter is important for the processes of oil recovery in which surfactant in solution are used in high pressures. While the effect of NaCl allows obtaining cloud points for temperatures closer to the room temperature, it is possible to use in processes without temperature control. The numerical method used to adjust the parameters was the Levenberg - Marquardt. For the model Flory- Huggins parameter settings were determined as enthalpy of the mixing, mixing entropy and the number of aggregations. For the UNIQUAC and NRTL models were adjusted interaction parameters aij using a quadratic dependence with temperature. The parameters obtained had good adjust to the experimental data RSMD < 0.3 %. The results showed that both, ethoxylation degree and pressure increase the cloudy points, whereas the NaCl decrease

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,

Osmotic dehydration of apples in sugar/salt solutions: Concentration profiles and effective diffusion coefficients

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

Effective diffusion coefficients behavior in osmotic dehydration of apple slices considering shrinking and local concentration dependence

The mass transfer during osmotic dehydration of apple slices immersed in 40, 50 and 60% (w/w) aqueous sucrose solutions was investigated to evaluate the influence of solution concentration on diffusivities. In the mathematical model, the diffusion coefficients were functions of the local water and sucrose concentration. The mass transfer equations were, simultaneously, solved for water and sucrose using an implicit numerical method. Material coordinates following the shrinkage of the solid were used. The predicted concentration profiles were integrated and compared to experimental data, showing a reasonable agreement with the measured data. on average, the effective diffusion coefficients for water and sucrose decreased as the osmotic solution concentration increased; that is the behavior of the binary coefficients in water-sucrose solutions. However, the diffusivities expressed as a function of the local concentration in the slices varied between the treatments. Water diffusion coefficients showed a remarkable variation throughout the slice and unusual behavior, which was associated to the cellular structure changes observed in tissue immersed in osmotic solutions. Cell structure changes occurred in different ways: moderate plasmolysis at 40%, accentuated plasmolysis at 50% and generalized damage of the cells at 60%. Intact vacuoles were observed after a long time of exposure (30 h) to 40 and 50% solutions. Effects of the concentration on tissue changes make it difficult to generalize the behavior of diffusion coefficients.