Instabilidades MHD no Tokamak TCABR

Este trabalho descreve o estudo das instabilidades magneto-hidro-dinâmicas (MHD) comumente observadas nas descargas elétricas de plasma no tokamak TCABR, do Instituto de Física da USP. Dois diagnósticos principais foram empregados para observar essas instabilidades: um conjunto poloidal de 24 bobinas magnéticas (bobinas de Mirnov) colocadas próximas à borda do plasma e um medidor de emissões na faixa do Ultra Violeta e de raios X moles com 20 canais (sistema SXR), cujo circuito de condicionamento de sinais foi aprimorado como parte deste trabalho. Esses diagnósticos foram escolhidos porque fornecem informações complementares, uma vez que o sistema SXR observa a parte central da coluna de plasma, enquanto as bobinas de Mirnov detectam as instabilidades MHD na região mais externa da coluna. As informações coletadas por esses diagnósticos foram submetidas à análise espectral com resolução temporal e espacial, possibilitando determinar a evolução das características espectrais e espaciais das instabilidades MHD observadas. Essas análises revelaram que durante a etapa inicial da formação do plasma (quando a corrente de plasma ainda está aumentando) ilhas magnéticas com números de onda decrescente, identificadas como sendo modos kink de borda, são detectadas nas bobinas de Mirnov. Após a formação do plasma, quando os parâmetros de equilíbrio estão relativamente estáveis (platô), oscilações são detectadas tanto nas bobinas de Mirnov quanto no sistema de SXR, indicando a presença de instabilidades MHD em toda a coluna de plasma. Em geral as oscilações medidas nas bobinas de Mirnov tem baixa amplitude e correspondem a pequenas ilhas magnéticas que foram identificadas como sendo modos de ruptura (modos tearing). Por outro lado, as instabilidades na região central foram identificadas como dentes de serra, que correspondem a relaxações periódicas da região interna à superfície magnética com fator de segurança q=1 e que são acompanhadas de oscilações precursoras, cuja amplitude depende da fase do ciclo de relaxação. Devido à essa modulação de amplitude, aparecem picos de frequência satélite nos espectrogramas dos sinais do SXR. Além disso, devido ao fato dos ciclos de relaxação não serem sinusoidais, os harmônicos da frequência de relaxação também aparecem nesses espectrogramas. No entanto, em muitas descargas do TCABR, a intensidade das oscilações medidas nas bobinas de Mirnov aumentam significativamente durante o platô, com efeitos sobre a frequência de todas as instabilidades MHD, até mesmo sobre os dentes de serra localizados na região central da coluna. Em todos os casos, observou-se que durante o platô a frequência das ilhas magnéticas coincide com a frequência das oscilações precursoras do dente de serra, apesar de serem duas instabilidades distintas, localizadas em posições radiais muito diferentes. Essa coincidência de frequências possibilitou descrever a evolução em frequência de todas as oscilações detectadas em diversos diagnósticos com base em apenas duas frequências básicas: a dos ciclos de relaxação dente de serra e a das ilhas magnéticas.

Modélisation MHD tridimensionnelle de tubes de flux coronaux utilisant l'assimilation des donnés 4D-VAR

Mémoire numérisé par la Division de la gestion de documents et des archives de l'Université de Montréal

Les instabilités magnétohydrodynamiques dans EULAG-MHD.

Les mécanismes qui entretiennent le cycle magnétique solaire sont encore aujourd’hui relativement mal compris. Entre autres, certains travaux suggèrent la présence d’insta- bilités magnétohydrodynamiques qui pourraient avoir une influence significative sur la période du cycle par leur capacité à accélérer la destruction des structures magnétiques à grandes échelles. Nous analysons la présence des instabilités au sein des simulations effectuées à l’aide du modèle EULAG-MHD en utilisant premièrement une méthodologie basée sur un proxy spécifique associé à l’instabilité et en le comparant à un proxy similaire, mais pour le cycle magnétique solaire observé dans notre modèle. Cette méthodologie fait ressortir une évolution temporellement cyclique du proxy de l’instabilité avec des amplitudes similaires au proxy du cycle magnétique, mais présentant un léger déphasage. Nous poursuivons cette analyse en appliquant une méthode se basant sur le découpage de “zones instables” via le critère de Tayler dans la zone stable de notre modèle. L’application expose une migration équatoriale d’une zone instable qui débute à très hautes latitudes aux pôles, passe par le champ toroïdal classique, accélère et atteint l’équateur. Cette zone instable semble accélérer la destruction du champ magnétique présent, laissant place au nouveau champ pour la prochaine demie-période du cycle. La combinaison de ces deux analyses permet d’énoncer un scénario plausible qui inclut les effets d’une telle instabilité sur le cycle magnétique ainsi que sur la stabilité globale de notre simulation. Dans ce scénario, il est important de noter que les inversions de polarités semblent indépendantes de cette instabilité, qui ne ferait qu’accélérer le processus de destruction du champ déjà en place.

Ondas e instabilidades em plasmas com inomogeneidades suaves na densidade e no campo magnético de equilíbrio

No presente trabalho, estudamos a absorção e amplificação de ondas eletromagnéticas que se propagam em plasmas com densidade e temperatura fracamente inomogêneas, imersos em um campo magnético também inomogêneo, tendo como base a teoria cinética, dentro do contexto da aproximação local. Esse estudo se dá efetivamente a partir da obtenção do tensor dielétrico do plasma, que deve ser empregado na relação de dispersão. Iniciamos com uma revisão dos conceitos básicos sobre plasmas homogêneos e inomogêneos. Os fundamentos da teoria cinética também foram abordados. Apresentamos uma revisão de trabalhos anteriores que enfocam o mesmo tema, embora descrevendo separadamente os dois tipos de inomogeneidades. A partir desses trabalhos, obtivemos um tensor dielétrico geral, que descreve de forma simultânea as inomogeneidades do campo magnético de equilíbrio e da função distribuição de equilíbrio.Tal tensor foi obtido a partir de um sólido desenvolvimento teórico, que garante a correta descrição da troca de energia entre as ondas e as partículas do plasma. Abordamos os aspectos gerais das instabilidades de deriva, direcionando o estudo à faixa de frequência das ondas híbridas inferiores, e às instabilidades LHDI e MTSI (IWI). Utilizamos perfis lineares de inomogeneidades de campo magnêtico ambiente e densidade para modelar a região da magnetosfera conhecida como neutral sheet. Particularizamos o tensor dielétrico para o estudo específico das instabilidades LHDI e MTSI (IWI), para o tipo de perfil citado acima. Apresentamos uma nova rela»c~ao de dispers~ao para plasmas inomogêneos, que incorpora explicitamente as derivadas espaciais do tensor dielétrico do plasma. Usamos o tensor que unifica os tratamentos das inomogeneidades do campo e densidade nessa relação de dispersão, e obtivemos uma descrição unificada das instabilidades LHDI e MTSI (IWI).

A (des) construção dos modelos regulatórios no setor de energia elétrica do Brasil: instabilidades, incertezas e a reforma institucional de 2004

Nos últimos anos, a indústria elétrica brasileira passou, basicamente, por duas reestruturações setoriais, implantadas segundo políticas e ideologias divergentes, mas que convergiram para o mesmo objetivo final: a busca por investimentos privados para dar suporte à expansão do sistema. Esse é o grande desafio do novo modelo institucional de 2004, que surge em um ambiente conturbado, de forte percepção de riscos e incertezas. A própria instabilidade regulatória é a grande responsável pelo recuo e ponderação na hora de investir. Contudo, a pergunta que se faz na presente pesquisa objetiva identificar os fatores motivadores da nova reestruturação setorial. Só assim, pode-se correlacionar os fatos do passado com a recente reforma, identificando possíveis deficiências e fatores críticos de sucesso. Para tanto, o presente estudo recorreu à literatura existente, assim como a entrevistas semi-estruturadas com especialistas do setor elétrico brasileiro. Os dados foram analisados qualitativamente, por meio de categorias estabelecidas a posteriori, buscando-se aceitar ou refutar suposições. As evidências sugerem que, apesar de a nova reforma institucional ter realizado avanços, ao introduzir mecanismos absorvidos, principalmente, a partir das experiências regulatórias dos últimos anos, dificuldades ainda permanecem e devem ser enfrentadas, especialmente no que tange à mitigação dos riscos ambientais e regulatórios, este último, percebido com maior intensidade a partir de 2004. Sendo assim, cabe ao governo federal, representado pelo Ministério de Minas e Energia (MME), conseguir atrair investimentos e proporcionar estabilidade regulatória, a fim de afastar o “fantasma” do racionamento.

The application of interpolating MLS approximations to the analysis of MHD flows

The element-free Galerkin method (EFGM) is a very attractive technique for solutions of partial differential equations, since it makes use of nodal point configurations which do not require a mesh. Therefore, it differs from FEM-like approaches by avoiding the need of meshing, a very demanding task for complicated geometry problems. However, the imposition of boundary conditions is not straightforward, since the EFGM is based on moving-least-squares (MLS) approximations which are not necessarily interpolants. This feature requires, for instance, the introduction of modified functionals with additional unknown parameters such as Lagrange multipliers, a serious drawback which leads to poor conditionings of the matrix equations. In this paper, an interpolatory formulation for MLS approximants is presented: it allows the direct introduction of boundary conditions, reducing the processing time and improving the condition numbers. The formulation is applied to the study of two-dimensional magnetohydrodynamic flow problems, and the computed results confirm the accuracy and correctness of the proposed formulation. (C) 2002 Elsevier B.V. All rights reserved.

An application of the Adomian's decomposition method to the analysis of MHD duct flows

A new approach is proposed in this work for the treatment of boundary value problems through the Adomian's decomposition method. Although frequently claimed as accurate and having fast convergence rates, the original formulation of Adomian's method does not allow the treatment of homogeneous boundary conditions along closed boundaries. The technique here presented overcomes this difficulty, and is applied to the analysis of magnetohydrodynamic duct flows. Results are in good agreement with finite element method calculations and analytical solutions for square ducts. Therefore, new possibilities appear for the application of Adomian's method in electromagnetics.

Three-dimensional finite element analysis of MHD duct flow by the penalty function formulation

A numerical scheme based on the Finite Element Method (FEM) is presented to calculate the full solution of a three-dimensional steady magnetohydrodynamic (MHD) flow with moderately high Hartmann numbers and interaction parameters. An incompressible, viscous and electrically conducting liquid-metal is considered. Assuming a low magnetic Reynolds number, the solution method solves the coupled Navier-Stokes and Maxwell's equations through the use of a penalty function method. Results are presented for Hartmann numbers in the range 10(2)-10(3).

Mapeamento geoambiental como subsídio na determinação de áreas de instabilidades da faixa de dutos Osvat/Osplan - São Sebastião, SP

Works of linear engineering such as roads, pipelines and transmission lines have specific mapping due to their large scale impact on the environment, thus requiring mapping methods that are both efficient and of low cost. This paper presents a proposal of Geoenvironmental mapping for works linear. The work chosen for the implementation of the method was the Osvat/Osplan pipeline located in the cities of São Sebastião and Caraguatatuba. The geoenvironment mapping was elaborate trough photo-interpretation of images of the ETM+/Landsat-7 sensor and analysis of the drainage network, thus resulting in the partitioning of the geoenvironmental units and the fracture area (structural lineaments and lines of strikes), these maps were subsequently integrated into a product called Map of environmental susceptibility to gravitational and erosive processes, which helped define the areas with potential geotechnical problems that could damage both the pipeline and the environment.

Estudo experimental do escoamento em cavidades retangulares: padrões de escoamento e instabilidades hidrodinâmicas na camada cisalhante

Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES)

Implementação de aparato experimental para medição de instabilidades tipo Roll Waves em fluidos não- newtonianos

Pós-graduação em Engenharia Mecânica - FEIS

Analysis on the formation of a FRC by flux measurements and MHD simulations

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

MHD numerical simulations of colliding winds in massive binary systems - I. Thermal versus non-thermal radio emission

In the past few decades detailed observations of radio and X-ray emission from massive binary systems revealed a whole new physics present in such systems. Both thermal and non-thermal components of this emission indicate that most of the radiation at these bands originates in shocks. O and B-type stars and WolfRayet (WR) stars present supersonic and massive winds that, when colliding, emit largely due to the freefree radiation. The non-thermal radio and X-ray emissions are due to synchrotron and inverse Compton processes, respectively. In this case, magnetic fields are expected to play an important role in the emission distribution. In the past few years the modelling of the freefree and synchrotron emissions from massive binary systems have been based on purely hydrodynamical simulations, and ad hoc assumptions regarding the distribution of magnetic energy and the field geometry. In this work we provide the first full magnetohydrodynamic numerical simulations of windwind collision in massive binary systems. We study the freefree emission characterizing its dependence on the stellar and orbital parameters. We also study self-consistently the evolution of the magnetic field at the shock region, obtaining also the synchrotron energy distribution integrated along different lines of sight. We show that the magnetic field in the shocks is larger than that obtained when the proportionality between B and the plasma density is assumed. Also, we show that the role of the synchrotron emission relative to the total radio emission has been underestimated.

Self-organized criticality in MHD driven plasma edge turbulence

We analyze long-range time correlations and self-similar characteristics of the electrostatic turbulence at the plasma edge and scrape-off layer in the Tokamak Chauffage Alfven Bresillien (TCABR), with low and high Magnetohydrodynamics (MHD) activity. We find evidence of self-organized criticality (SOC), mainly in the region near the tokamak limiter. Comparative analyses of data before and during the MHD activity reveals that during the high mHD activity the Hurst parameter decreases. Finally, we present a cellular automaton whose parameters are adjusted to simulate the analyzed turbulence SOC change with the MHD activity variation. (C) 2011 Published by Elsevier B.V.