Applicazione di un modello zero-dimensionale per la simulazione della detonazione

L’elaborato affronta la tematica della detonazione nel motore a combustione interna, al fine di individuare un modello che sia in grado di riprodurre il fenomeno in modo accurato, con la prospettiva di un uso a scopo predittivo. A tal proposito vengono presentati modelli basati su svariate metodologie: in particolar modo, accanto ai metodi basati sulle grandezze direttamente o indirettamente misurabili del motore ad accensione comandata, vengono presentati un metodo basato sull’applicazione delle reti neurali, una metodologia di controllo basata sull’approccio True Digital Control, e due metodi che si avvalgono di procedimenti di tipo puramente statistico (metodo dei minimi quadrati e metodo Monte Carlo) per ricavare alcune delle grandezze fondamentali per il calcolo della detonazione. Successivamente, dopo una breve parentesi sulle simulazioni di tipo 3D, vengono introdotti i modelli fisici zero-dimensionali. Uno di questi, basato su un indice (definito dal simbolo Kn) capace di dare una valutazione quantitativa del fenomeno, viene applicato ad un insieme di dati sperimentali provenienti dai test al banco di un motore Ducati 1200. I risultati dell’analisi vengono confrontati con le evidenze sperimentali, sottolineando la buona rispondenza delle simulazioni ad essi e di conseguenza la potenzialità di tali metodi, computazionalmente non onerosi e di rapida applicazione.

Sovrastrutture non pavimentate rinforzate: verifica con metodi numerici.

Nella presente tesi si studia lo stato di deformazione di una strada non pavimentata, rinforzata con geotessile, indotto dal passaggio di carrelli semoventi SMPT. L’obiettivo è verificare che le deformazioni siano compatibili con i risultati provenienti dai metodi di calcolo analitici. Durante lo sviluppo ci si avvale di modelli 3-dimensionali del terreno creati ex-novo e di simulazioni alle differenze finite per quanto riguarda l’interazione tra carichi e sovrastruttura. Tale simulazione è stata condotta con il software FLAC3D. Si è simulato dapprima il comportamento della sovrastruttura non rinforzata sollecitata da: singolo asse e carrello a 4 assi. In secondo luogo, si è analizzato il modello del terreno rinforzato, nel quale si introduce una geogriglia a diverse profondità per valutare quella ottimale. Sono stati creati così tre modelli distinti nei quali il rinforzo è posizionato ad 1/3 dell’altezza di aggregato, a 2/3 ed all’interfaccia tra aggregato e primo strato del terreno naturale. Il risultato mostra che il posizionamento ottimale della geogriglia non è all’interfaccia come espresso dalle teorie in merito, ma a 2/3 dell’altezza dello strato di aggregato, dove viene permessa una maggiore deformazione ma un minor stato di sollecitazione del materiale di rinforzo. Infine si valuta in maniera marginale il caso del terreno rinforzato, dove l’altezza dello strato di aggregato viene calcolato con i metodi analitici di Giroud e Noiray (1980) e Giroud e Han (2004), dei quali viene in principio fornita una rigorosa esposizione teorica. In questi ultimi casi, i risultati non sono soddisfacenti. Infatti si è trovato che il raggiungimento del carico di rottura della geogriglia limita fortemente le deformazioni, rendendole così insufficienti per mobilitare le pressioni di contatto richieste. Concludendo si gettano le basi per futuri elaborati, consigliando alcune modifiche da apportare per perfezionare la modellistica dei casi rinforzati.

Sviluppo di modelli motore e veicolo per l'analisi di strategie di controllo in applicazioni Software e Hardware In the Loop

This work describes the development of a simulation tool which allows the simulation of the Internal Combustion Engine (ICE), the transmission and the vehicle dynamics. It is a control oriented simulation tool, designed in order to perform both off-line (Software In the Loop) and on-line (Hardware In the Loop) simulation. In the first case the simulation tool can be used in order to optimize Engine Control Unit strategies (as far as regard, for example, the fuel consumption or the performance of the engine), while in the second case it can be used in order to test the control system. In recent years the use of HIL simulations has proved to be very useful in developing and testing of control systems. Hardware In the Loop simulation is a technology where the actual vehicles, engines or other components are replaced by a real time simulation, based on a mathematical model and running in a real time processor. The processor reads ECU (Engine Control Unit) output signals which would normally feed the actuators and, by using mathematical models, provides the signals which would be produced by the actual sensors. The simulation tool, fully designed within Simulink, includes the possibility to simulate the only engine, the transmission and vehicle dynamics and the engine along with the vehicle and transmission dynamics, allowing in this case to evaluate the performance and the operating conditions of the Internal Combustion Engine, once it is installed on a given vehicle. Furthermore the simulation tool includes different level of complexity, since it is possible to use, for example, either a zero-dimensional or a one-dimensional model of the intake system (in this case only for off-line application, because of the higher computational effort). Given these preliminary remarks, an important goal of this work is the development of a simulation environment that can be easily adapted to different engine types (single- or multi-cylinder, four-stroke or two-stroke, diesel or gasoline) and transmission architecture without reprogramming. Also, the same simulation tool can be rapidly configured both for off-line and real-time application. The Matlab-Simulink environment has been adopted to achieve such objectives, since its graphical programming interface allows building flexible and reconfigurable models, and real-time simulation is possible with standard, off-the-shelf software and hardware platforms (such as dSPACE systems).

Sviluppo di un modello numerico termofisico di prodotti surgelati confezionati

Introduzione Una delle maggiori difficoltà durante la produzione dei prodotti surgelati riguarda la loro stabilizzazione e il mantenimento della catena del freddo durante tutte le fasi del processo produttivo. Tramite il seguente lavoro si propone di determinare a che temperatura e dopo quanto tempo, diverse tipologie di confezioni di surgelati (pisellini, melanzane e spinaci), raggiungono la temperatura ipotetica di inizio di scongelamento. Con lo scopo di analizzare, in maniera rapida ed economica, molte diverse combinazioni di tempo - temperatura dell’ambiente di produzione di diverse tipologie di prodotti surgelati (pisellini, melanzane e spinaci), sono stati sviluppati dei modelli numerici capaci di descrivere i fenomeni termici che intervengono durante il confezionamento dei prodotti. Materiali e Metodi Il modello sviluppatotiene conto sia dei fenomeni di convezione naturale che avvengono tra la superficie della confezione e il flusso esterno di aria, sia dei fenomeni di conduzione che interessano l'interno della confezione, la confezione (busta) ed il piano di appoggio. In figura vengono schematizzati i fenomeni termici presi in esame. La geometria del modelli rispecchia le reali dimensioni delle confezioni dei prodotti presi in esame. La mesh dei modelli 3D è costituita da elementi triangolari, posizionati sulle boundaries, tetraedrici e prismatici, posizionati in tutto il restante dominio. Trattandosi di trasferimenti di calore per superfici, nelle zone di interfaccia è stata adottata una mesh particolarmente fine. In figura viene riportata la mesh dell'intera geometria ed un particolare della mesh interna dove, i diversi colori indicano elementi tetraedrici o prismatici di diverse dimensioni. Per ottenere un accurato modello numerico è necessario descrivere nel modo più realistico possibile i materiali coinvolti, quindi è stato necessario descrivere i prodotti surgelati tramite le loro reali proprietà termiche in funzione della temperatura (conducibilità termica, calore specifico, diffusività termica). I valori delle proprietà termiche utilizzati nel modello tengono conto del fatto che il materiale interno alla busta è poroso, infatti è costituito da una "miscela" di aria e prodotto Successivamente sono state impostate le equazioni del modello e le condizioni al contorno. All'interno del volume della confezione, il trasfermiento del calore avviene per conduzione, mentre sulla superficie avviene per convezione, nelle zone esposte all'aria e per contatto nelle zone di contatto tra confezione e piano di appoggio. La validazione è stata effettuata riproducendo numericamente le medesime condizioni utilizzate durante la sperimentazione. I parametri tenuti in considerazione sono i seguenti: tipologia di confezione (definita numericamente dai parametri dimensionali), tipologia di prodotto (contraddistinto da specifiche proprietà termo-fisiche), temperatura della cella di conservazione, tempo di conservazione, temperatura iniziale all'interno della confezione pari. Risultati In figura viene riportato un esempio di configurazione dell’andamento della temperatura all’interno della confezione di pisellini dopo 20 minuti di condizionamento a 5°C. E’ possibile osservare che la temperatura della parte di confezione a diretto contatto con il piano di acciaio, raggiunge zero gradi (zona rossa), mentre la parte centrale della confezione si mantiene sui -22°C (zona blu). Con lo scopo di simulare la conservazione della confezione posizionata verticalmente, è stata eliminata la condizione di contatto tra piano d'acciaio e confezione. E’ possibile osservare che, in questo caso, la variazione della temperatura nei diversi punti della confezione è meno elevata, infatti la temperatura massima registrata è pari a circa -8°C (zona rossa), mentre la parte centrale della confezione si mantiene sui -22°C (zona blu). La confezione di melanzane è risultata essere la meno adatta al mantenimento della temperatura in quanto è caratterizzata da un ampia area di contatto con il piano e da uno spessore abbastanza limitato; la confezione che mantiene la temperatura più a lungo è quella costituita dagli spinaci, anche se le temperature medie delle confezioni di spinaci e pisellini sono pressoché simili. A fronte dei risultati ottenuti confrontando gli andamenti della temperatura delle tre differenti confezione, è stato valutato l'effetto del volume della confezione sull'andamento della temperatura media e al centro della confezione. Le prove sono state effettuate dimezzando e aumentando del doppio il volume della confezione di pisellini. Differenze significative sono state riscontrate solo tra la confezione standard e quella con volume raddoppiato. Dalla validazione sperimentale è risultato che il modello che meglio si adatta ai dati sperimentali è quello relativo ai pisellini, probabilmente perché il prodotto all'interno della confezione è distribuito in maniera piuttosto uniforme. Nelle confezioni degli spinaci e delle melanzane, risulta molto più difficile definire un valore di porosità che può variare anche da busta a busta. Tuttavia, a fronte di questa variabilità, i modelli risultano essere adatti ad un uso industriale. Conclusioni -I modelli numerici sviluppati permettono di analizzare un numero arbitrario di combinazioni delle variabili durata del confezionamento, temperatura ambiente, temperatura iniziale del prodotto, forma e dimensioni della confezione. - Il modello permette di osservare il campo di temperatura con un grado di dettaglio irraggiungibile dalle tecniche sperimentali. -I risultati, in forma integrale, si trovano in ottimo accordo con quelli osservati sperimentalmente.

Analisi e confronto di sequenze di DNA mediante modelli Markoviani

Lo scopo di questa tesi è quello di evidenziare, attraverso varie analisi statistiche ed applicazione di modelli stocastici, il comportamento strutturale e funzionale dei dinucleotidi che compongono le sequenze di DNA di diversi organismi. Gli organismi che abbiamo scelto di prendere in considerazione sono l'uomo, il topo e l'Escherichia coli. Questa scelta non è stata casuale, ma oculata, al fine di mettere in risalto alcune differenze tra organismi eucarioti, quali l'uomo e il topo, ed organismi procarioti come il batterio E.coli. Nella prima parte del nostro studio, abbiamo computato le distanze che intercorrono tra occorrenze successive dello stesso dinucleotide lungo la sequenza, usando un metodo di non sovrapposizione, ed abbiamo iterato il calcolo per tutti i 16 dinucleotidi. Dopodiché ci siamo preoccupati di graficare le distribuzioni di distanza dei 16 dinucleotidi per l'E.Coli, il topo e l'uomo; gli istogrammi evidenziano un comportamento anomalo della distribuzione di CG che accomuna gli organismi eucarioti e di cui, invece, è esente l'organismo procariote esaminato. Questo dato statistico trova una spiegazione nei processi biologici di metilazione che possono innescarsi sul dinucleotide CG nelle sequenze eucariotiche. In seguito, per determinare quanto ciascuna delle 16 distribuzioni si discosti dalle altre abbiamo usato la divergenza di Jensen-Shannon. Per quantificare le differenze sostanziali tra le distribuzioni di CG dei 3 organismi considerati abbiamo deciso di verificare quale fosse il miglior fit per tali curve tra un esponenziale ed una power-law. L'esponenziale rappresenta un buon fit per le code delle distribuzioni di CG del topo e dell'uomo; ciò rivela la presenza di una lunghezza caratteristica per entrambi gli organismi. Nella seconda parte dello studio, i risultati vengono confrontati con modelli markoviani: sequenze random generate con catene di Markov di ordine zero (basate sulle frequenze relative dei nucleotidi) e uno (basate sulle probabilità di transizione tra diversi nucleotidi). Quest'ultima riproduce abbastanza fedelmente la sequenza biologica di partenza, per cui abbiamo scelto di utilizzare la catena Markov del 1° ordine per altre analisi statistiche riguardanti le distribuzioni dei nucleotidi, dinucleotidi, ed anche dei trinucleotidi con particolare interesse per quelli in cui è contenuto CG, in modo da verificare se l'anomalia si ripercuote anche in essi. Riteniamo pertanto che metodi basati su questo approccio potrebbero essere sfruttati per confermare le peculiarità biologiche e per migliorare l'individuazione delle aree di interesse, come le isole CpG, ed eventualmente promotori e Lamina Associated Domains (LAD), nel genoma di diversi organismi.

Zero- one- and two-dimensional hydrogen-bonded structures in the 1:1 proton-transfer compounds of 4,5-dichlorophthalic acid with the monocyclic heteroaromatic Lewis bases 2-aminopyrimidine, nicotinamide and isonicotinamide

The structures of the anhydrous 1:1 proton-transfer compounds of 4,5-dichlorophthalic acid (DCPA) with the monocyclic heteroaromatic Lewis bases 2-aminopyrimidine, 3-(aminocarboxy) pyridine (nicotinamide) and 4-(aminocarbonyl) pyridine (isonicotinamide), namely 2-aminopyrimidinium 2-carboxy-4,5-dichlorobenzoate C4H6N3+ C8H3Cl2O4- (I), 3-(aminocarbonyl) pyridinium 2-carboxy-4,5-dichlorobenzoate C6H7N2O+ C8H3Cl2O4- (II) and the unusual salt adduct 4-(aminocarbonyl) pyridinium 2-carboxy-4,5-dichlorobenzoate 2-carboxymethyl-4,5-dichlorobenzoic acid (1/1/1) C6H7N2O+ C8H3Cl2O4-.C9H6Cl2O4 (III) have been determined at 130 K. Compound (I) forms discrete centrosymmetric hydrogen-bonded cyclic bis(cation--anion) units having both R2/2(8) and R2/1(4) N-H...O interactions. In compound (II) the primary N-H...O linked cation--anion units are extended into a two-dimensional sheet structure via amide-carboxyl and amide-carbonyl N-H...O interactions. The structure of (III) reveals the presence of an unusual and unexpected self-synthesized methyl monoester of the acid as an adduct molecule giving one-dimensional hydrogen-bonded chains. In all three structures the hydrogen phthalate anions are

Synthesis, characterization of palygorskite supported zero-valent iron and its application for methylene blue adsorption

In this work, natural palygorskite impregnated with zero-valent iron (ZVI) was prepared and characterised. The combination of ZVI particles on surface of fibrous palygorskite can help to overcome the disadvantage of ultra-fine powders which may have strong tendency to agglomerate into larger particles, resulting in an adverse effect on both effective surface area and catalyst performance. There is a significant increase of methylene blue (MB) decolourized efficiency on acid treated palygorskite with ZVI grafted, within 5 mins, the concentration of MB in the solution was decreased from 94 mg/L to around 20 mg/L and the equilibration was reached at about 30 to 60 mins with only around 10 mg/L MB remained in solution. Changes in the surface and structure of prepared materials were characterized using X-ray diffraction (XRD), infrared (IR) spectroscopy, surface analysing and scanning electron microscopy (SEM) with element analysis and mapping. Comparing with zero-valent iron and palygorskite, the presence of zero-valent iron reactive species on the palygorskite surface strongly increases the decolourization capacity for methylene blue, and it is significant for providing novel modified clay catalyst materials for the removal of organic contaminants from waste water.

CTCombine : rotating and combining CT data with an accurate detector model, to simulate radiotherapy portal imaging at non-zero beam angles

Established Monte Carlo user codes BEAMnrc and DOSXYZnrc permit the accurate and straightforward simulation of radiotherapy experiments and treatments delivered from multiple beam angles. However, when an electronic portal imaging detector (EPID) is included in these simulations, treatment delivery from non-zero beam angles becomes problematic. This study introduces CTCombine, a purpose-built code for rotating selected CT data volumes, converting CT numbers to mass densities, combining the results with model EPIDs and writing output in a form which can easily be read and used by the dose calculation code DOSXYZnrc. The geometric and dosimetric accuracy of CTCombine’s output has been assessed by simulating simple and complex treatments applied to a rotated planar phantom and a rotated humanoid phantom and comparing the resulting virtual EPID images with the images acquired using experimental measurements and independent simulations of equivalent phantoms. It is expected that CTCombine will be useful for Monte Carlo studies of EPID dosimetry as well as other EPID imaging applications.

Poisson, Poisson-gamma and zero-inflated regression models of motor vehicle crashes: balancing statistical fit and theory

There has been considerable research conducted over the last 20 years focused on predicting motor vehicle crashes on transportation facilities. The range of statistical models commonly applied includes binomial, Poisson, Poisson-gamma (or negative binomial), zero-inflated Poisson and negative binomial models (ZIP and ZINB), and multinomial probability models. Given the range of possible modeling approaches and the host of assumptions with each modeling approach, making an intelligent choice for modeling motor vehicle crash data is difficult. There is little discussion in the literature comparing different statistical modeling approaches, identifying which statistical models are most appropriate for modeling crash data, and providing a strong justification from basic crash principles. In the recent literature, it has been suggested that the motor vehicle crash process can successfully be modeled by assuming a dual-state data-generating process, which implies that entities (e.g., intersections, road segments, pedestrian crossings, etc.) exist in one of two states—perfectly safe and unsafe. As a result, the ZIP and ZINB are two models that have been applied to account for the preponderance of “excess” zeros frequently observed in crash count data. The objective of this study is to provide defensible guidance on how to appropriate model crash data. We first examine the motor vehicle crash process using theoretical principles and a basic understanding of the crash process. It is shown that the fundamental crash process follows a Bernoulli trial with unequal probability of independent events, also known as Poisson trials. We examine the evolution of statistical models as they apply to the motor vehicle crash process, and indicate how well they statistically approximate the crash process. We also present the theory behind dual-state process count models, and note why they have become popular for modeling crash data. A simulation experiment is then conducted to demonstrate how crash data give rise to “excess” zeros frequently observed in crash data. It is shown that the Poisson and other mixed probabilistic structures are approximations assumed for modeling the motor vehicle crash process. Furthermore, it is demonstrated that under certain (fairly common) circumstances excess zeros are observed—and that these circumstances arise from low exposure and/or inappropriate selection of time/space scales and not an underlying dual state process. In conclusion, carefully selecting the time/space scales for analysis, including an improved set of explanatory variables and/or unobserved heterogeneity effects in count regression models, or applying small-area statistical methods (observations with low exposure) represent the most defensible modeling approaches for datasets with a preponderance of zeros

Further notes on the application of zero-inflated models in highway safety

The intent of this note is to succinctly articulate additional points that were not provided in the original paper (Lord et al., 2005) and to help clarify a collective reluctance to adopt zero-inflated (ZI) models for modeling highway safety data. A dialogue on this important issue, just one of many important safety modeling issues, is healthy discourse on the path towards improved safety modeling. This note first provides a summary of prior findings and conclusions of the original paper. It then presents two critical and relevant issues: the maximizing statistical fit fallacy and logic problems with the ZI model in highway safety modeling. Finally, we provide brief conclusions.

Post-occupancy analysis of a Zero Energy Hojme (ZEH)

Zero energy buildings (ZEB) and zero energy homes (ZEH) are a current hot topic globally for policy makers (what are the benefits and costs), designers (how do we design them), the construction industry (can we build them), marketing (will consumers buy them) and researchers (do they work and what are the implications). This paper presents initial findings from actual measured data from a 9 star (as built), off-ground detached family home constructed in south-east Queensland in 2008. The integrated systems approach to the design of the house is analysed in each of its three main goals: maximising the thermal performance of the building envelope, minimising energy demand whilst maintaining energy service levels, and implementing a multi-pronged low carbon approach to energy supply. The performance outcomes of each of these stages are evaluated against definitions of Net Zero Carbon / Net Zero Emissions (Site and Source) and Net Zero Energy (onsite generation v primary energy imports). The paper will conclude with a summary of the multiple benefits of combining very high efficiency building envelopes with diverse energy management strategies: a robustness, resilience, affordability and autonomy not generally seen in housing.