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Mecânica dos Fluidos Computacional

Mecânica dos Fluidos Computacional (10)

Simulação da produção de petróleo no pré-sal

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figura 1

Pesquisadores

Fabrício Simeoni de Sousa

O convênio entre o Centro de Ciências Matemáticas Aplicadas à Indústria (CEPID-CeMEAI) e a Petrobras resultará no desenvolvimento de novos métodos computacionais para a simulação da produção de petróleo nos campos do pré-sal brasileiro.

Ondas de choque

Ondas de choque

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Pesquisadores

Edson Basso, Maria Luísa Reis, João Luiz Azevedo

No Instituto de Aeronáutica e Espaço (IAE), uma das unidades do Departamento de Ciência e Tecnologia Aeroespacial, o DCTA, em São José dos Campos, pesquisadores estudam um fenômeno que causava muitos acidentes aéreos antes da segunda guerra mundial: as ondas de choque.

Os estudos relacionados às ondas de choque são computacionais. O trabalho dos pesquisadores na Divisão de Aerodinâmica (ALA) é tentar reproduzir, no computador, o fenômeno como vemos na natureza. Isso é possível através do processo de modelagem do escoamento, ou seja, da reprodução das forças que agem sobre a estrutura das aeronaves. Eles fazem a modelagem e o computador dá uma resposta para as equações, que têm relação com o fenômeno real que observamos.

Túneis de vento

Túneis de vento

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Pesquisadores

Maria Luisa Reis, João Luiz Azevedo

Quando um veículo está em movimento, seja ele um carro, um navio, um avião ou até um VANT, ele é submetido à ação do vento. Prédios, casas ou qualquer outra construção também recebem essa força e precisam ser capazes de suportá-la para que não haja danos na estrutura.

Imagine que um modelo de avião terá uma pequena mudança em sua aerodinâmica, mas a melhor configuração dessa mudança ainda não é conhecida. É necessário realizar alguns testes, mas é inviável construir um avião diferente para cada uma das tentativas – além de muito caro, é extremamente perigoso. Então, como é possível testar as mudanças – ou até novos modelos – sem colocar a aeronave no ar?

No Departamento de Ciência e Tecnologia Aeroespacial (DCTA), em São José dos Campos, pesquisadores do Instituto de Aeronáutica e Espaço (IAE) contam com três túneis de vento, equipamentos que servem exatamente para simular o deslocamento do ar, chamado de escoamento, em estruturas.

Estudo do atrito entre as peças nos motores de carros

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Pesquisadores

Gustavo Buscaglia, Hugo Checo Silva

A pesquisa focou-se no desenvolvimento de métodos numéricos para a simulação de contatos lubrificados, normalmente encontrados nos motores de carros, por exemplo. Um contato lubrificado são duas superfícies em movimento relativo, com a separação entre elas sendo preenchida por um fluido, o lubrificante.

Uma ou ambas dessas superfícies são fabricadas seguindo algum procedimento mecânico ou mais recentemente outros métodos - laser, por exemplo. Essas superfícies têm detalhes da ordem dos micrômetros. O objetivo do estudo foi analisar o desempenho do dispositivo lubrificado em termos de força de atrito, desgaste e potência perdida para diversas dessas micro-superfícies.

A pesquisa foi desenvolvida em parceria com pesquisadores do Institut National des Sciences Appliquées de Lyon (França). Do lado da indústria, tivemos parcerias com a Renault da França e com o departamento de pesquisa no Brasil da Mahle, um fabricante de peças de carro que tem base em Stuttgart, Alemanha.

Controle de Epidemias

Controle de Epidemias

Pesquisadores

Tiago Pereira da Silva, Stefan Ruschel e Serhyi Yanchuk

Utilizando-se de bases de dados da própria OMS sobre a gripe A-H1N1, os pesquisadores estudam como extinguir a doença.

A população é dividida em três grupos: saudáveis, doentes e isolados. A partir de modelos matemáticos, são calculados os tempos ideais para identificação da doença até o isolamento. E o tempo de isolamento para a recuperação. É esse resultado da equação que irá definir as chances de controle, no modelo estudado.

A pesquisa mostra o delicado balanço entre a identificação dos indivíduos infectados e o sucesso do controle. A partir desses números, seria possível promover políticas públicas para gerar a infraestrutura necessária e o treinamento de profissionais.

Superfícies Hipersustentadoras

Pesquisadores

João Luiz Azevedo

As superfícies hipersustentadoras são colocadas nas asas do avião de modo a aumentar a sustentação que as asas dão. Elas são utilizadas principalmente em pousos e decolagens e existem basicamente dois tipos: os flaps e os slats.

Os pesquisadores analisam quais mudanças podem ser feitas nos flaps e nos slats e simulam, no computador, o comportamento dos aviões com essas alterações nas asas.

A pesquisa analisa as superfícies hipersustentadoras porque, quando mais eficientes elas forem, mais o avião é beneficiado.

Investigação numérica e experimental de fenômenos não estacionários em escoamentos separados utilizando a Técnica de Tinta Sensível à Pressão (PSP)

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Pesquisadores

Ana Cristina Avelar

Este projeto visa a utilização da técnica de Tinta Sensível à Pressão (PSP) em regime não estacionário para o estudo de escoamentos separados a números de Mach moderados, entre 0.3 e 0.4, na superfície de aerofólios e corpos rombudos. O problema em questão é de grande importância, pois muitas vezes a separação do escoamento nestes corpos pode resultar em um efeito conhecido como Buffet, e ter impacto na resposta aeroelástica. Este estudo está sendo realizado no Túnel Transônico Piloto (TTP) localizado na Divisão de Aerodinâmica do Instituto de Aeronáutica e Espaço (IAE), que opera em condições estáveis para número de Mach de 0,2 a 1,3, e no qual a técnica de PSP para regime estacionário já encontra-se implementada e produzindo resultados satisfatórios. A investigação proposta seria uma primeira aplicação no Brasil da técnica PSP para estudos em regime não estacionário. Pretende-se comparar resultados experimentais com os correspondentes obtidos de simulações numéricas de escoamentos sobre corpos aerodinâmicos e rombudos, empregando o método numérico de simulações em grandes escalas (LES). Alguns resultados para comparação encontram-se disponíveis na literatura e outros serão gerados durante a execução do projeto em colaboração com pesquisadores do ITA e Unicamp. Métodos de identificação utilizando dados que serão obtidos de medidas de séries temporais serão utilizados.

Publicações

  1. L M Silva, A C Avelar, João Batista P Falcão Filho and C P F Francisco. Experimental investigation of shock wave patterns over a NACA 0012 profile. In Proceedings of the 23rd ABCM International Congress of Mechanical Engineering - COBEM2015. 2015.

  2. P G M Romero, A C Avelar, João Batista P Falcão Filho and E Basso. Experimental investigation of the transonic flow past a sounding rocket. In Proceedings of the 23rd ABCM International Congress of Mechanical Engineering - COBEM2015. 2015.

  3. Franciano Scremin Puhales, Giuliano Demarco, Luis Gustavo Nogueira Martins, Otávio Costa Acevedo, Gervásio Annes Degrazia, Guilherme Sausen Welter, Felipe Denardin Costa, Gilberto Fernando Fisch and Ana Cristina Avelar. Estimates of turbulent kinetic energy dissipation rate for a stratified flow in a wind tunnel. Physica A: Statistical Mechanics and its Applications 431:175 - 187, 2015.
    URL, DOI

  4. Luciana Bassi Marinho Pires, Gilberto Fisch, Ralf Gielow, Leandro F Souza, Ana Cristina Avelar, Igor Braga De Paula and Roberto Da Mota Girardi. A Study of the Internal Boundary Layer Generated at the Alcantara Space Center. American Journal of Environmental Engineering 5(1A):52-64, 2015.
    DOI

  5. S A Oliveira Neto, L M Silva, A C Avelar and João Batista P Falcão Filho. Experimental And Numerical Analysis Of The Test Section Slots In Wind Tunnels. In Proceedings of the 23rd ABCM International Congress of Mechanical Engineering - COBEM2015. 2015.

  6. H F Leite, A C Avelar, João Batista P Falcão Filho and R G A Silva. Flow patterns on a NACA 0012 for high angle of attack. In Proceedings of the 23rd ABCM International Congress of Mechanical Engineering - COBEM2015. 2015.

  7. A F Faria, A C Avelar, G FISCH and Brasileiro F.. Wind tunnel investigation of the wind patterns in space launching base in a complex terrain. In Proceedings of the 14th International Conference on Wind Engineering. 2015.

  8. Giuliano Demarco, Franciano Puhales, Otávio Costa Acevedo, Felipe Denardin Costa, Ana Cristina Avelar and Gilberto Fisch. Dependence of Turbulence-Related Quantities on the Mechanical Forcing for Wind Tunnel Stratified Flow. American Journal of Environmental Engineering 5(1A):15-26, 2015.
    DOI

  9. A C Avelar, João Batista P Falcão Filho, J G Medeiros and P G M Romero. Experimental analysis of the flow field on a hammerhead fairing satellite launch vehicle in transonic regime using pressure sensitive paint. In Proceedings of the 10th Pacific Symposium on Flow Visualization and Image Processing. 2015.

  10. Daniel Schuch, Edson R Marciotto, Otávio Acevedo, Gilberto Fisch and Ana Cristina Avelar. Estudo do escoamento turbulento atmosférico utilizando ensaios em túnel de vento e simulação numérica. Revista Brasileira de Meteorologia 29:338 - 350, Setembro 2014.
    URL, DOI

  11. R S Costa, A C Avelar and Falcao J B P Filho. Evaluation of the Effects of Illumination, Temperature and Painting Finish in PSP Technique. Engenharia Térmica (Thermal Engineering) 12(2):16-22, Dezembro 2013.
    URL

  12. G Demarco, F D Costa, D A Schuch, A F Faria, A C Avelar, G Fisch and O C ACEVEDO. Análise da influência da estratificação sobre perfis de vento e temperatura em experimentos de túnel de vento. Ciência e Natura esp:172-174, 2013.
    URL

  13. A C Avelar, Fabrício L C Brasileiro, A G Marto, E R Marciotto, G Fisch and Faria. Wind tunnel simulation of the atmospheric boundary layer for studying the wind pattern at Centro de Lançamento de Alcântara. Journal of Aerospace Technology and Management 4:463-473, 2012.
    URL, DOI

Comportamento de Táxis

Comportamento de Táxis

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Pesquisadores

Luis Gustavo Nonato

O estudo funciona da seguinte maneira: cada cruzamento de ruas de uma cidade se torna um ponto em um mapa com informações de quantos passageiros pegaram táxis perto dali em intervalos de 15 minutos. O protótipo computacional transforma esses dados em representações gráficas que permitem visualizar o comportamento dos passageiros em locais e momentos específicos, como dias da semana e períodos como manhã, tarde ou noite.

A análise dessas informações permite a identificação de padrões de comportamento em períodos de tempo específicos, viabilizando a identificação de anormalidades.

A pesquisa também pode ser utilizada em outros campos, como as redes sociais. Pode-se analisar a relação entre pessoas, ou seja, como uma pessoa se relaciona com outra e como essa relação se desenvolve com o decorrer do tempo. Pode-se detectar, por exemplo, instantes em que o tipo de relação mudou ou se ocorreu algum tipo de variação na maneira como essas pessoas interagem.

Segmentação de Imagens

Segmentação de Imagens

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Pesquisadores

Luis Gustavo Nonato, Wallace Casaca

Image segmentation is an essential tool to enhance the ability of computer systems to efficiently perform elementary cognitive tasks such as detection, recognition and tracking. In this thesis we concentrate on the investigation of two fundamental topics in the context of image segmentation: spectral clustering and seeded image segmentation. We introduce two new algorithms for those topics that, in summary, rely on Laplacian-based operators, spectral graph theory, and minimization of energy functionals. The effectiveness of both segmentation algorithms is verified by visually evaluating the resulting partitions against state-of-the-art methods as well as through a variety of quantitative measures typically employed as benchmark by the image segmentation community.

Our spectral-based segmentation algorithm combines image decomposition, similarity metrics, and spectral graph theory into a concise and powerful framework. An image decomposition is performed to split the input image into texture and cartoon components. Then, an affinity graph is generated and weights are assigned to the edges of the graph according to a gradient-based inner-product function. From the eigenstructure of the affinity graph, the image is partitioned through the spectral cut of the underlying graph. Moreover, the image partitioning can be improved by changing the graph weights by sketching interactively. Visual and numerical evaluation were conducted against representative spectral-based segmentation techniques using boundary and partition quality measures in the well-known BSDS dataset.

Unlike most existing seed-based methods that rely on complex mathematical formulations that typically do not guarantee unique solution for the segmentation problem while still being prone to be trapped in local minima, our segmentation approach is mathematically simple to formulate, easy-to-implement, and it guarantees to produce a unique solution. Moreover, the formulation holds an anisotropic behavior, that is, pixels sharing similar attributes are preserved closer to each other while big discontinuities are naturally imposed on the boundary between image regions, thus ensuring better fitting on object boundaries. We show that the proposed approach significantly outperforms competing techniques both quantitatively as well as qualitatively, using the classical “GrabCut” dataset from Microsoft as a benchmark.

While most of this research concentrates on the particular problem of segmenting an image, we also develop two new techniques to address the problem of image inpainting and photo colorization. Both methods couple the developed segmentation tools with other computer vision approaches in order to operate properly.

Publicações

  1. W Casaca, D Motta, G Taubin and L G Nonato. A user-friendly interactive image inpainting framework using Laplacian coordinates. In Image Processing (ICIP), 2015 IEEE International Conference on. 2015, 862-866.
    DOI

  2. George Azzopardi and Nicolai Petkov (eds.). Computer Analysis of Images and Patterns: 16th International Conference, CAIP 2015, Valletta, Malta, September 2-4, 2015, Proceedings, Part II. Chapter Interactive Image Colorization Using Laplacian Coordinates, pages 675–686, Springer International Publishing, 2015.
    URL, DOI

  3. W Casaca, L G Nonato and G Taubin. Laplacian Coordinates for Seeded Image Segmentation. In Computer Vision and Pattern Recognition (CVPR), 2014 IEEE Conference on. Junho 2014, 384-391.
    DOI

  4. Wallace Casaca, Maurílio Boaventura, Marcos Proença Almeida and Luis Gustavo Nonato. Combining anisotropic diffusion, transport equation and texture synthesis for inpainting textured images. Pattern Recognition Letters 36:36 - 45, 2014.
    URL, DOI

  5. Wallace Casaca, Afonso Paiva, Erick Gomez-Nieto, Paulo Joia and Luis Gustavo Nonato. Spectral Image Segmentation Using Image Decomposition and Inner Product-Based Metric. Journal of Mathematical Imaging and Vision 45(3):227–238, 2012.
    URL, DOI

Ruídos de Jatos

Ruídos de Jatos

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Pesquisadores

João Luiz Filgueiras de Azevedo, Sami Yamouni, Carlos Alberto Junqueira Branco Junior.

The present project is concerned with the development of a numerical methodology for the analysis of turbulent flows due to the interaction of rocket-engine exhaust plume gases with the ambient air. The major motivation for the work is the design of large satellite launch vehicles, which is one of the primary responsibilities of Instituto de Aeronáutica e Espaço (IAE). In general, the existing best-practice guides for launch vehicle design indicate that acoustic loadings should be treated as critical loads both at take-off conditions and in the transonic regime. Therefore, the long term objective of this development is to create the capability of predicting such design loads for the vehicles under development at IAE.

Publicações

{bibtex}ruidosjatos.bib{/bibtex}