Plumas em escoamento uniforme com estratificação de duas camadas / Plumes in uniform flow with two-layer stratification

RESUMO Plumas ocorrem quando um fluido é descarregado em outro fluido com densidade diferente, como poluentes na atmosfera. Neste trabalho, desenvolveu-se um estudo experimental em um tanque de água e modelagem matemática usando a abordagem integral com o intuito de investigar o escoamento gerado por plumas salinas em escoamento uniforme e com estratificação de duas camadas. Os resultados indicaram que a altura da camada superior (menos densa) aumentou com a vazão de retirada da camada inferior e diminuiu com o fluxo de empuxo da pluma, corroborando os resultados disponíveis na literatura para sistemas alimentados por fontes pontuais (não uniformes). Após ajuste de parâmetros presentes na teoria clássica para plumas turbulentas, foi possível prever a altura da interface com desvios máximos de ±8% e coeficiente de Nash-Sutcliffe de 0,98. Isso indica que o escoamento uniforme não afetou significativamente a hidrodinâmica das plumas em comparação a estudos anteriores. Por outro lado, diferentemente dos sistemas alimentados por fontes pontuais, as linhas de fluxo obtidas por meio da injeção de corante no escoamento uniforme seguiram padrão de escoamento potencial, com toda a vazão sendo direcionada para a pluma e não havendo, portanto, mistura na interface entre as duas camadas. Dessa forma, partindo do princípio de conservação de massa, foram propostas equações para gerar as linhas de fluxo ao redor das plumas, as quais foram confirmadas com os dados experimentais. Finalmente, foram apresentadas aplicações práticas do modelo proposto em sistemas de ventilação natural em edifícios e descarga de poluentes na atmosfera sob condição de inversão térmica.

ABSTRACT Plumes occur when a fluid is discharged into another fluid with different density, such as pollutants in the atmosphere. In this work, an experimental study was carried out in a water tank and a mathematical modelling using the integral approach was performed to investigate the flow generated by saline plumes in uniform flow with two-layer stratification. The results indicated that the upper layer's height (less dense) increased with the outflow from the lower layer, and decreased with the buoyancy flux of the plume, confirming the results available in the literature for systems supplied by point sources (non-uniform sources). After fitting the parameters of the classical theory for turbulent plumes, it was possible to predict the interface's height with a maximum deviation of ±8%, and a Nash-Sutcliffe coefficient of 0.98. This indicates that the uniform flow did not affect significantly the plumes' hydrodynamics compared to previous studies. On the other hand, unlike the systems supplied by point sources, the streamlines obtained through the injection of dye into the uniform flow followed a potential flow pattern, with all the flow being directed to the plume, therefore not mixing at the interface between the two layers. Thus, based on the principle of mass conservation, equations were proposed to generate the streamlines around the plumes, which were validated with the experimental data. Finally, practical applications of the proposed model in natural ventilation in buildings and pollutant discharges in the atmosphere were presented.

PARAMETRIC ANALYSIS OF DRUG DISTRIBUTION DURING INFUSIONS INTO THE BRAIN USING AN AXISYMMETRIC MODEL WITH BACKFLOW / ANÁLISIS PARAMÉTRICO DE LA DISTRIBUCIÓN DE DROGA DURANTE INFUSIONES EN EL CEREBRO CON UN MODELO AXISIMÉTRICO CON REFLUJO / A ANÁLISE PARAMÉTRICA DE DISTRIBUIÇÃO DE DROGAS NO CÉREBRO DURANTE INFUSÕES COM UM MODELO AXISYMMETRIC COM REFLUXO

Convection-enhanced delivery as a means to deliver therapeutic drugs directly to the brain has shown limited clinical efficacy, primarily attributed to the phenomena of backflow, in which the infused fluid flows preferentially along the shaft catheter rather than forward into the tissue. We have previously developed a finite element model of backflow that includes both material and geometric nonlinearities and the free boundary conditions associated with the displacement of the tissue away from the external surface of the catheter. However, that study was limited to predictions of the tissue deformation and resulting convective fluid velocity in the interstitial space. In this study, we use results from that model to solve for the distribution of the infused therapeutic agent. We demonstrate that a significant percentage of the infused drug is not transported into the region of tissue located forward from the catheter tip, but instead is transported into the region along the lateral sides of the catheter. For lower flow rates, this study suggests that the use of a catheter with a larger radius may be preferable since it will provide the higher amount of drug to be transported to the tissue in front of the catheter. In contrast, for higher flow rates consistent with clinical infusions, the radius of the infusion catheter had minimal effect on the distribution of the infused drug, with most being transported into the tissue around the shaft of the catheter.

Convection-enhanced delivery es una técnica que permite transportar drogas directamente en el cerebro para el tratamiento de enfermedades del sistema nervioso central. Este método ha mostrado una eficacia limitada debido principalmente al fenómeno de reflujo (backflow), según el cual, el fluido inyectado fluye preferiblemente a lo largo del catéter y no hacia el tejido delante de la punta. Previamente desarrollamos un modelo de elementos finitos para representar el reflujo, el cual incluye las no linealidades geométricas y del material y las condiciones de borde libre asociadas con el desplazamiento del tejido en la superficie externa del catéter. Sin embargo, ese modelo solo predice la deformación del tejido y el campo de velocidades en el espacio intersticial. En este estudio, hemos utilizado los resultados provenientes del mencionado modelo bifásico para resolver la ecuación de transporte de masa y predecir la distribución de droga suministrada. Se pudo demostrar que un porcentaje significativo de droga no penetra en el tejido ubicado delante de la punta del catéter, sino que es transportado hacia el tejido ubicado alrededor del catéter. Para bajo caudales, este estudio sugiere que el uso de un catéter con un radio mayor permitiría transportar una mayor cantidad de droga hacia el tejido al frente de la punta. Por otro lado, para los mayores caudales usados en la práctica clínica, el radio del catéter tiene un efecto marginal en la distribución del fármaco, y la mayor cantidad de droga se transporta hacia el tejido ubicado alrededor del catéter.

Convection-enhanced delivery é uma técnica para o transporte de drogas directamente no cérebro para tratar doenças do sistema nervoso central. Este método tem demonstrado eficácia limitada devido, principalmente, ao fenómeno de refluxo (refluxo), através do qual, de preferência, o fluido injectado flui através do cateter para o tecido e não à frente da ponta. Anteriormente desenvolvido um modelo de elementos finitos para representar a refluxo, que inclui geométricas e não-linearidades do material e as condições associadas com a extremidade livre de deslocamento da trama na superfície exterior do cateter. No entanto, este modelo apenas prevê deformação do tecido e campo de velocidades no espaço intersticial. Neste estudo, foram utilizados os resultados do modelo de duas fases acima referidas, para resolver a equação de transporte e prever a distribuição de massa de medicamentos fornecidos. Demonstrou-se que uma percentagem significativa da droga não penetra no tecido localizado em frente da ponta do cateter, que é transportado para o tecido que rodeia o cateter. Para as taxas de fluxo baixas, este estudo sugere que o uso de um cateter com um raio maior do que transportar uma maior quantidade de droga para o tecido em frente da ponta. Além disso, para taxas de fluxo mais elevadas utilizadas na prática clínica, o raio do cateter tem um efeito marginal sobre a distribuição da droga, e tanto fármaco é transportado para o tecido que rodeia o cateter.

Estudo da variabilidade da cobertura de nuvens altas na Amazônia Central / Study of the variability of high cloud covering over Central Amazon region

Foram estudados os fenômenos meteorológicos que ocorrem na Amazônia Central (Manaus) utilizando-se um conjunto de imagens de satélites, com o objetivo de identificar as oscilações que mais contribuem para a variabilidade da cobertura de nuvens, e verificar se há modificações nestas oscilações em anos de El Niño e La Niña. O ciclo anual e o ciclo semi-anual são os principais responsáveis pela variabilidade da cobertura de nuvens altas na região. As oscilações interanuais associadas aos fenômenos El Niño/La Niña também contribuem fortemente para a variabilidade total da cobertura de nuvens altas. As oscilações intra-sazonais e interdiurnas apresentam uma variabilidade menor. Estendendo-se a análise para uma região compreendida de 1,5°S a 6°S e 68°W a 54°W, centrados em Manaus, observa-se que os períodos de 60, 45 e 30 dias possuem maior porcentagem de potência a leste de Manaus; o período de 20 dias possui maior porcentagem de potência no centro (próximo de Manaus); e os períodos de 8, 6 e 4 dias possuem maior porcentagem de potência a oeste de Manaus. As frentes frias que alcançam a janela de 10° de longitude e 2,5° de latitude centrada em Manaus, modulam de alguma forma a atividade convectiva na região de Manaus atuando como uma forçante das oscilações interdiurnas (47 por cento dos casos), das oscilações intra-sazonais, (15 por cento) e das oscilações de 55 a 65 dias (13 por cento). Convém ressaltar que não necessariamente as frentes frias causaram as oscilações. As frentes podem favorecer ou induzir a convecção no local.

The meteorological phenomena that occur in the Central Amazonia (Manaus) are studied from ISCCP-C1 Satellite- based data. The oscillations that contribute more significantly to the cloud cover variability and its relation to El Niño and La Niña events case identified. The annual and semi-annual oscillation times scales are the main responsible for the variability of the high cloud cover over Manaus. The inter-annual oscillations associated with El Niño and La Niña events also contribute significantly to the total variability of the high cloud cover, while intraseasonal and day-to-day oscillations show a reduced contribution. However, the intraseasonal and day-to-day oscillations are important since they do influence the predictability on short and medium range forecast. The studied region was extended to 21 sections, centered in Manaus. The 60, 45 and 30 day-oscillations exhibited a higher spectral power density percentage over eastern Manaus; the 20 day-oscillations, over the central Manaus; and the 8, 6 and 4 day-oscillations, over western Manaus. The cold fronts that reach central Amazonia modulate convective activity over Manaus region, acting as a forcing for day-to-day oscillations (47 percent of the cases), intraseasonal oscillations (15 percent), and 55 to 65 day- oscillations (13 percent). It is important to point out that the cold fronts did not necessarily establish the oscillations, but they may have favored or induced convection over Manaus region.

Diurnal variability of rainfall in southwest Amazonia during the LBA-TRMM field campaign of the austral summer of 1999 / Variação diurna da chuva no sudoeste da Amazônia durante a campanha de campo do experimento LBA-TRMM no verão austral de 1999

The TRMM-LBA field campaign was held during the austral summer of 1999 in southwestern Amazonia. Among the major objectives, was the identification and description of the diurnal variability of rainfall in the region, associated with the different rain producing weather systems that occurred during the January-February season. By using a network of 40 digital rain gauges implemented in the state of Rondônia, and together with observations and analyses of circulation and convection, it was possible to identify details of the diurnal cycle of rainfall and the associated rainfall mechanisms. Rainfall episodes were characterized by regimes of "low-level easterly" and "westerly" winds in the context of the large-scale circulation. The westerly regime is related to an enhanced South Atlantic Convergence Zone (SACZ) and an intense and/or wide Low Level Jet (LLJ) east of the Andes, which can extend eastward towards Rondônia, even though some westerly regime episodes also show a LLJ that remains close to the foothill of the Andes. The easterly regime is related to easterly propagating systems (e.g. squall-lines) with possible weakened or less frequent LLJs and a suppressed SACZ. Diurnal variability of rainfall during westerly surface wind regime shows a characteristic maximum at late afternoon followed by a relatively weaker second maximum at early evening (2100 Local Standard Time LST). The easterly regime composite shows an early morning maximum followed by an even stronger maximum in the afternoon.

O experimento de campo do TRMM-LBA ocorreu conteceu durante o verão austral de 1999, na região do sudeste de Amazonia. Entre os principais objetivos deste trabalho pode-se citar a identificação e descrição da variabilidade diurna da chuva nesta região, associada a diferentes fenômenos meteorológicos e sistemas de tempo que ocorreram durante o período de Janeiro-Fevereiro. Usando uma rede de 40 pluviômetros instalados no estado de Rondônia, ,juntamente com outras observações de circulação atmosférica e convecção, foi possível identificar detalhes do ciclo diurno de chuva e os mecanismos de circulação associados. Os eventos de chuva foram caracterizados por regimes de vento nos níveis baixos e no contexto da circulação de grande escala: ventos de oeste e de leste. O regime "de oeste" se associa a Zona de Convergência do Atlântico Sul (ZCAS) e a episódios intensos de jatos de baixos níveis ao leste dos Andes (LLJ), que podem estender seus efeitos até Rondônia. Episódios de eventos "de leste" se associam a sistemas meteorológicos que se propagam desde a Foz do Rio Amazonas em direção oeste (e.g. linhas de instabilidade) e podem ser acompanhados por episódios fracos de LLJ e de ZCAS. A variabilidade diurna de chuva durante episódios de circulação "de oeste" apresenta um máximo característico á tarde (1200-1400 hora local) com um máximo secundário á noite (2000-2200 hora local). O regime de circulação "de leste" mostra um máximo á tarde (1200-1400 hora local), precedido de um máximo secundário durante a madrugada (0000-0200 hora local).