Geographic networks analysis: a graph-based model for analyses the roads networks impact on land cover

Peer Reviewe

Desenvolvimento de uma ferramenta computacional de código aberto para projecto de hélices no âmbito do projecto MAAT

This thesis presents the development of a new propeller design and analysis software capable of adequately predicting the low Reynolds number performance. JBLADE software was developed from QBLADE and XFLR5 and it uses an improved version of Blade Element Momentum (BEM) theory that embeds a new model for the three-dimensional flow equilibrium. The software allows the introduction of the blade geometry as an arbitrary number of sections characterized by their radial position, chord, twist, length, airfoil and associated complete 360º angle of attack range airfoil polar. The code provides a 3D graphical view of the blade, helping the user to detect inconsistencies. JBLADE also allows a direct visualization of simulation results through a graphical user interface making the software accessible and easy to understand. In addition, the coupling between different JBLADE modules avoids time consuming operations of importing/exporting data, decreasing possible mistakes created by the user. The software is developed as an open-source tool for the simulation of propellers and it has the capability of estimating the performance of a given propeller geometry in design and off-design operating conditions. The current development work was focused in the design of airship propellers. The software was validated against different propeller types proving that it can be used to design and optimize propellers for distinct applications. The derivation and validation of the new 3D flow equilibrium formulation are presented. This 3D flow equilibrium model accounts for the possible radial movement of the flow across the propeller disk, improving the performance prediction of the software. The development of a new method for the prediction of the airfoil drag coefficient at a 90 degrees angle of attack for a better post-stall modelling is also presented. Different post-stall methods available in the literature, originally developed for wind turbine industry, were extended for propeller analysis and implemented in JBLADE. The preliminary analysis of the results shows that the propeller performance prediction can be improved using these implemented post-stall methods. An inverse design methodology, based on minimum induced losses was implemented in JBLADE software in order to obtain optimized geometries for a given operating point. In addition a structural sub-module was also integrated in the software allowing the estimation of blade weight as well as tip displacement and twist angle changes due to the thrust generation and airfoil pitching moments. To validate the performance estimation of JBLADE software, the propellers from NACA Technical Report 530 and NACA Technical Report 594 were simulated and the results were checked against the experimental data and against those of other available codes. The inverse design and structural sub-module were also validated against other numerical results. To verify the reliability of XFOIL, the XFOIL Code, the Shear Stress Transport k-ω turbulence model and a refurbished version of k-kl-ω transition model were used to estimate the airfoil aerodynamic performance. It has been shown that the XFOIL code gives the closest prediction when compared with experimental data, providing that it is suitable to be used in JBLADE Software as airfoil’s performance estimation tool. Two different propellers to use on the MAAT high altitude cruiser airship were designed and analysed. In addition, the design procedure and the optimization steps of the new propellers to use at such high altitudes are also presented. The propellers designed with JBLADE are then analysed and the results are compared with conventional CFD results since there is no experimental data for these particular geometries. Two different approaches were used to obtain the final geometries of the propellers, since, instead of using the traditional lift coefficient prescription along the blade, the airfoil’s best L3/2/D and best L/D were used to produce different geometries. It was shown that this new first design approach allows the minimization of the chord along the blade, while the thrust and propulsive efficiency are maximized. A new test rig was developed and used to adequately develop and validate numerical design tools for the low Reynolds numbers propellers. The development of an experimental setup for wind tunnel propeller testing is described and the measurements with the new test rig were validated against reference data. Additionally, performance data for propellers that are not characterized in the existing literature were obtained. An APC 10”x7” SF replica propeller was built and tested, providing complementary data for JBLADE validation. The CAD design process as well as moulds and propeller manufacture are also described. The results show good agreement between JBLADE and experimental performance measurements. Thus it was concluded that JBLADE can be used to design and calculate the performance of the MAAT project high altitude cruiser airship propellers.Nesta tese é apresentado o desenvolvimento de um novo código para projeto e análise de hélices, capaz de prever adequadamente o desempenho a baixos números de Reynolds. O JBLADE foi desenvolvido partindo dos códigos QBLADE e XFLR5 e utiliza uma versão aperfeiçoada da teria do elemento da pá que contém um novo modelo que considera o equilíbrio tridimensional do escoamento. O código permite que a pá seja introduza como um número arbitrário de secções, caracterizadas pela sua posição radial, corda, ângulo de incidência, comprimento, perfil e ainda pela polar 360º associada ao perfil. O código permite uma visualização gráfica em 3D da pá, ajudando o utilizador a detetar possíveis inconsistências. O JBLADE também permite uma visualização direta dos resultados das simulações através de um interface gráfico, tornado o código acessível e de fácil compreensão. Além disso, a interligação entre os diferentes módulos do JBLADE evita operações demoradas de importação e exportação de dados, diminuindo assim possíveis erros criados pelo utilizador. O código foi desenvolvido como um código aberto, para a simulação de hélices, e que tem a capacidade de estimar o desempenho de uma determinada geometria de hélice nas condições de operação do seu ponto de projeto e fora do seu ponto de projeto. O trabalho de desenvolvimento aqui apresentado foi focado no projeto de hélices para dirigíveis de grande altitude no âmbito do projeto MAAT (Multibody Advanced Airship for Transportation). O software foi validado para diferentes tipos de hélice, provando que pode ser utilizado para projetar e otimizar hélices para diferentes finalidades. São apresentadas a derivação e validação do novo modelo de equilíbrio tridimensional do escoamento. Este modelo de equilíbrio 3D tem em conta o possível movimento radial do escoamento ao longo do disco da hélice, melhorando as estimativas de desempenho do software. O desenvolvimento de um novo método para a estimativa do coeficiente de arrasto dos perfis a 90º, permitindo uma melhor modelação do desempenho pós-perda é também apresentado. Diferentes modelos de pós perda presentes na literatura e originalmente desenvolvidos para a indústria das turbinas eólicas foram implementados no JBLADE e a sua aplicação a hélices para melhorar a estimativa do desempenho foi analisada. Os resultados preliminares mostraram que a estimativa de desempenho das hélices pode ser melhorada, utilizando estes modelos de pós-perda. Uma metodologia de projeto inverso, baseada no mínimo das perdas induzidas foi implementado no JBLADE, de modo a ser possível obter hélices com geometrias otimizadas para um dado ponto de projeto. Além disto, um módulo de cálculo estrutural foi também implementado, permitindo estimar o peso das pás, a deformação das mesmas, quer em termos de flexão, quer em termos de torção, devido à tração gerada pela própria hélice e aos momentos do perfil. Para validar as estimativas de desempenho do JBLADE foram utilizadas hélices originalmente apresentadas nos relatórios técnicos NACA, nomeadamente no relatório técnico 594 e 530. Estas hélices foram simuladas no JBLADE e os resultados foram comparados com os dados experimentais e com as estimativas de desempenho obtidas através de outros códigos numéricos. O módulo de projeto inverso e o módulo estrutural foram também validados, através da comparação com outros resultados numéricos. De modo a verificar a fiabilidade do código XFOIL usado no JBLADE para previsão das características dos perfis das pás, o modelo de turbulência k-ω Shear Stress Transport e uma versão reformulada do modelo de transição k-kl-ω foram utilizados em simulações RANS para comparação dos resultados do desempenho aerodinâmico de perfis. Os resultados mostraram que o código XFOIL dá uma estimativa de desempenho mais próxima dos dados obtidos experimentalmente do que os modelos RANS CFD, provando que pode ser utilizado no JBLADE como ferramenta de estimava de desempenho aerodinâmico dos perfis. Em vez da tradicional prescrição do coeficiente de sustentação ao longo da pá para melhor L/D, foi utilizado os pontos de melhor L3/2/D para o projeto de uma hélice para o dirigível cruzador do projeto MAAT. Os procedimentos de otimização empregados ao longo do processo de projeto destas hélices para utilização em grandes altitudes são também descritos. As hélices projetadas com o JBLADE foram analisadas e os resultados obtidos foram comparados com simulações convencionais de dinâmica de fluidos computacional, uma vez que não existem dados experimentais para estas geometrias em particular. Foram utilizadas duas aproximações diferentes de modo a obter duas geometrias finais. Foi mostrado que esta nova abordagem de projeto de hélices leva à minimização da corda necessária ao longo da pá, enquanto a tração e a eficiência da hélice são maximizadas. Foi desenvolvida uma nova instalação experimental para ensaio e caracterização de hélices de baixo número de Reynolds no âmbito do projeto MAAT, que foi posteriormente utilizada para desenvolver e validar ferramentas numéricas para projeto destas hélices. Além da descrição do desenvolvimento da instalação experimental, é também apresentada a validação da mesma, através da comparação das medições de diferentes hélices com dados experimentais presentes na literatura, obtidos em diferentes instalações de referência. Foi construída e testada uma réplica da hélice APC 10”x7” SF, fornecendo dados adicionais para a validação do JBLADE. É ainda apresentado o processo de desenho da réplica no software CAD e de construção dos moldes e do protótipo da hélice. Os resultados mostraram uma boa concordância entre as estimativas do JBLADE e as medições experimentais. Assim, conclui-se que o JBLADE pode ser utilizado para projetar e estimar o desempenho das hélices que poderão ser utilizadas pelo dirigível cruzador do MAAT bem como em outras aplicações

Persistent gliding waterframe: the waterframe conceptual project

Underwater gliders are autonomous vehicles that profile vertically by controlling buoyancy and move horizontally due to its wings.[14,17] At the top of a bounce, the glider decreases its buoyancy, which causes it to begin to sink. As the glider sinks, the hydrodynamic shape of the exterior (waterframe design) produces horizontal motion. The gilder uses a method of control to adjust pitch and roll as it continues forward. At the bottom of a bounce, the glider becomes more buoyant, which causes it to begin an upward path. Again, horizontal motion is produced by the shape of the waterframe and mainly by wings. When the glider reaches the surface, it will communicate with a ground station, sending out the data it collected during the dive and receiving instructions for its next trajectory.[5] This type of vehicles can operate over long ranges and are relatively low cost [2] ocean research vehicles, making them the ideal choice for locate potential areas in the ocean that would be suitable for sea farming. The PGW will be equipped with sensors that will monitoring the underwater environment. The data collected from the PGW will help researchers monitor the fish population and even implement sea farming. The driving customer requirements for the PGW include a four-month continuous operational runtime, the ability to produce a lower cost system than the current competitors, a two-year useful life before refitting, the ability to launch and recover the PGW from a boat or a dock, the ability to reach a maximum depth of 300 meters, the ability to navigate within 1000 meters of the PGW’s intended course, and all fluids contained in the PGW must be biodegradable. This thesis presents the development of the waterframe for small (75 Kg, 2,00m long) autonomous underwater vehicle with operating speeds about and ranges up to 3000 Km . A half scale prototype was built and performance tests need to be done to evaluate waterframe's performance.Os planadores subaquáticos são veículos autónomos que se deslocam verticalmente controlando a sua flutuabilidade e se movem horizontalmente devido à presença de asas.[14,17] Quando se encontram à superfície, o planador diminui a sua flutuabilidade, o que faz com que comece a afundar. Enquanto o veículo afunda, a sua forma exterior produz movimento horizontal. O veículo usa um controlo para ajustar o ângulo de picada e de rolamento para se continuar a deslocar na trajectória correcta. Quando o planador atinge o ponto de profundidade máxima, começa a ficar menos denso que a água que o rodeia e mais uma vez a sua forma exterior e principalmente as asas, fazem com que se desloque horizontalmente. Quando regressa à superfície, o planador subaquático pode comunicar com a estação de controlo enviando os dados recolhidos durante o mergulho anterior e receber informações para o próximo mergulho.[5] Os planadores subaquáticos podem operar durante longos períodos de tempo tendo por isso um grande alcance e um custo de operação relativamente baixo [2], fazendo com que sejam a escolha ideal para identificar, nos oceanos, potenciais locais para aquacultura. O veículo será equipado com sensores que monitorizarão o ambiente subaquático. Os dados recolhidos pelo planador ajudarão os investigadores a monitorizar os cardumes e a implementar a aquacultura. Os requisitos do cliente para o PGW incluem 4 meses de operação contínua, a capacidade de produzir o veículo a um custo inferior ao dos concorrentes, a capacidade de operar em oceanos, 2 anos de vida útil antes de manutenção, a capacidade de poder ser depositado na água através de um barco ou de uma doca, a capacidade de chegar aos de profundidade, a capacidade de navegar com um erro 1000m máximo de em relação à trajectória definida previamente e ainda o facto de todos os fluidos contidos no PGW terem de ser obrigatoriamente biodegradáveis. Esta dissertação apresenta o desenvolvimento de uma plataforma para um veículo subaquático autónomo, pequeno ( 75 kg, 2,00 m de comprimento) com velocidades de operação de cerca 0,4 m/s de e alcance de cerca de 3000 km. Foi ainda construído um protótipo a metade da escala e é necessário efectuar testes para avaliar a performance da plataforma desenvolvida

Detecting traces of 17α-ethinylestradiol in complex water matrices

PTDC/FIS-NAN/0909/2014 UID/FIS/00068/2019Hormones have a harmful impact on the environment and their detection in water bodies is an urgent matter. In this work, we present and analyze a sensor device able to detect traces of the synthetic hormone 17α-ethinylestradiol (EE2) below 10−9 M in media of different complexities, namely, ultrapure, mineral and tap waters. This device consists of solid supports with interdigitated electrodes without and with a polyethylenimine (PEI) and poly (sodium 4-styrenesulfonate) (PSS) layer-by-layer film deposited on it. Device response was evaluated through capacitance, loss tangent and electric modulus spectra and the data were analyzed by principal component analysis method. While the three types of spectra were demonstrated to be able to clearly discriminate the different media, loss tangent spectra allow for the detection of EE2 concentration, with a sensitivity of −0.072 ± 0.009 and −0.44 ± 0.03 per decade of concentration, for mineral and tap water, respectively. Detection limits values were found to be lower than the ones present in the literature and presenting values of 8.6 fM (2.6 pg/L) and of 7.5 fM (22.2 pg/L) for tap and mineral waters, respectively. Moreover, the obtained response values follow the same behavior with EE2 concentration in any medium, meaning that loss tangent spectra allow the quantification of EE2 concentration in aqueous complex matrices.publishersversionpublishe

Shell strength and fishing damage to the smooth clam (Callista chione): simulating impacts caused by bivalve dredging

The smooth clam Callista chione is exploited by a fleet of dredgers along the southwestern coast of Portugal and suffers from a high incidence of shell damage. The force required to break C. chione shells in relation to fishing impacts and dredge damage is quantified. Fishing trials and shell-strength measurements (compression and compaction experiments) were performed to determine whether shell damage was attributable to the direct impact of the dredge teeth or to sediment compaction. A three-dimensional model of C. chione was subjected to simulated force by the finite element method. Analyses of damage areas and breakage patterns revealed two groups of samples, one containing the samples from compression experiments and another with the samples from dredging and compaction experiments, suggesting that most shell damage was attributable to compaction within the sediment. Information is provided to help improve the design of bivalve dredges, by increasing both length and angle of the dredge teeth, which would reduce the compaction force and distribute it differentially within the sediment, forcing upward movement of the bivalves.info:eu-repo/semantics/publishedVersio

Evaluation of public policies in Portuguese regional development context – a preliminary methodological approach supported in north region

The evaluation of territorial programs and plans has been gaining importance, both in political-institutional speeches and practices and in academic reflections. In Portugal, the structure of planning, operacionalized on a vast number of quite recent instruments, requires an effort of articulation in the guidelines to various scales (from European until the municipal) and of the various fields (some sectoral, others, of more transversal nature). The development of monitoring systems, as well as the generalisation of the evaluation procedures, answer to the need of articulation between policies and support the strategic nature that is planning today. As a part of the Research Project SPOTIA - Sustainable Spatial Policy Orientations and Territorial Impact Assessment - Contribution to Portuguese context' (Centre of Geographical Studies – University of Lisbon to the Ministry of Science and Technologies), this paper aims to present an example of the first outputs of this research on the analysis of coherence between three different instruments planning, such as the National Policy Planning (PNPOT), a guiding document of national level, the Regional Spatial Plan to Northern Territory (PROT-Norte), the regional guidance document, and the Regional Operational Programme (PO-Norte), the regional program associated to a financing plan and program implementation. The analysis of coherence between these documents is not only between their general, strategic and specific objectives, but also by the indicator system assessment of each document. With this analysis we can reach the domains that are constantly, or not, present in these documents. In this context, a first essay of a methodological approach on evaluation of public policies in Portuguese context will be presented.

A methodology for identification and analysis of city shrinkage effects in urban morphology and landscape

Shrinking cities are one of the most topical issues in urban studies nowadays. However, studies on the consequences of urban shrinkage on landscape are not numerous. In this paper, a methodology for identifying and analyzing the effects of urban shrinkage on urban morphology and urban landscape is presented. Its purpose consists of identifying ruins and vacant lands through remote sensing operating upon open-source data. An example of application to a Portuguese shrinking city is also presented.info:eu-repo/semantics/acceptedVersio