Reynolds averaged Navier-Stokes simulations of compressible mixing layers of similar and dissimilar gases: Performance of k- turbulence model

The issue of growth rate reduction of high speed mixing layer with convective Mach number is examined for similar and dissimilar gases using Reynolds averaged Navier-Stokes (RANS) methodology with k- turbulence model. It is observed that the growth rate predicted using RANS simulations closely matches with that predicted using model free simulations. Velocity profiles do not depend on the modelled value of Pr-t and Sc-t; while the temperature and species mass fraction distributions depend heavily on them. Although basic k- turbulence model could not capture the reduced growth rate for the mixing layer formed between similar gases, it predicts very well the reduced growth rate for the mixing layer for the dissimilar gases. It appears that density ratio changes caused by temperature changes for the dissimilar gases have profound effect on the growth rate reduction.

Fluctuation theory of Rashba Fermi gases: Gaussian and beyond

Fermi gases with generalized Rashba spin-orbit coupling induced by a synthetic gauge field have the potential of realizing many interesting states, such as rashbon condensates and topological phases. Here, we address the key open problem of the fluctuation theory of such systems and demonstrate that beyond-Gaussian effects are essential to capture the finite temperature physics of such systems. We obtain their phase diagram by constructing an approximate non-Gaussian theory. We conclusively establish that spin-orbit coupling can enhance the exponentially small transition temperature (T-c) of a weakly attracting superfluid to the order of the Fermi temperature, paving a pathway towards high T-c superfluids.

Laser-Induced Particle Jet And Its Ignition Application In Premixed Combustible Gases

A hot particle jet is induced as a laser pulse from a free oscillated Nd:YAG laser focused on a coal target. The particle jet successfully initiates combustion in a premixed combustible gas consisting of hydrogen, oxygen, and air. The experiment reveals that the ionization of the particle jet is enhanced during the laser pulse. This characteristic is attributed to the electron cascade process and the ionization of the particles or molecules of the target. The initial free electrons, which are ablated from the coal target, are accelerated by the laser pulse through the inverse Bremsstrahlung process and then collide with the neutrals in the jet, causing the latter to be ionized.

I. Spectroscopic observation of discrete sites in simple liquids. II. Infrared intensity perturbations of hydrogen halide fundamentals in liquid xenon. III. Rotation of HCl in solid rare gases.

Part I

The spectrum of dissolved mercury atoms in simple liquids has been shown to be capable of revealing information concerning local structures in these liquids.

Part II

Infrared intensity perturbations in simple solutions have been shown to involve more detailed interaction than just dielectric polarization. No correlation has been found between frequency shifts and intensity enhancements.

Part III

Evidence for perturbed rotation of HCl in rare gas matrices has been found. The magnitude of the barrier to rotation is concluded to be of order of 30 cm^(-1).

Avaliação das propriedades de barreira a gases de membranas obtidas a partir de dispersões aquosas à base de poliuretanos e argila

Materiais nanoestruturados têm recebido destaque na comunidade científica, destacando-se, dentre eles, os nanocompósitos à base de polímeros e argila. Quando esses materiais são obtidos no estado líquido, ressalta-se também o uso de água em substituição a solventes orgânicos, devido a questões ambientais. Neste trabalho foram sintetizadas dispersões aquosas à base de poliuretanos (WPUs) e argila hidrofílica do tipo montimorilonita (MMT) de natureza sódica, com o objetivo de avaliar as propriedades de barreira a gases conferidas pela presença de argila e pela variação nas proporções entre os segmentos flexíveis poli(glicol propilênico) (PPG) e o copolímero em bloco à base de poli(glicol etilênico) e poli(glicol propilênico) (EG-b-PG). Os monômeros empregados na síntese foram: poli(glicol propilênico) (PPG); copolímero em bloco à base de poli(glicol etilênico) e poli(glicol propilênico) (EG-b-PG), com teor de 7% de EG; ácido dimetilolpropiônico (DMPA), diisocianato de isoforona (IPDI) e etilenodiamina (EDA), como extensor de cadeia. Foram sintetizadas dispersões aquosas com e sem a presença de argila, fixando-se a razão entre o número de equivalentes-grama de grupos diisocianato e hidroxila (razão NCO/OH) em 1,5. Nas formulações foi variado também o teor de argila em relação à massa de prepolímero em 0,5% e 1%. Foi adicionada uma etapa de agitação adicional com dispersor Turrax em algumas formulações. A argila foi previamente deslaminada em água deionizada e incorporada à formulação na etapa da dispersão do prepolímero. As dispersões foram avaliadas, quanto ao teor de sólidos totais, tamanho médio de partícula e viscosidade aparente. Os filmes vazados a partir das dispersões foram caracterizados por espectrometria na região do infravermelho (FTIR) e permeabilidade ao CO2. A resistência térmica dos filmes foi determinada por termogravimetria (TG). Foram observadas modificações nas propriedades dos filmes obtidos com a inserção da argila e com a variação no teor de segmentos à base de poli(glicol etilênico). A inserção da argila promoveu uma melhoria na resistência térmica das membranas bem como uma redução na permeabilidade das mesmas. Foi observado um aumento na permeabilidade das membranas obtidas a partir das formulações com maior percentual de copolímero (EG-b-PG), com e sem argila.

Stopping power of gases for heavy ions

Pulse-height and time-of-flight methods have been used to measure the electronic stopping cross sections for projectiles of ¹²C, ¹⁶O, ¹⁹F, ²³Na, ²⁴Mg, and ²⁷Al, slowing in helium, neon, argon, krypton, and xenon. The ion energies were in the range 185 keV ≤ E ≤ 2560 keV.

A semiempirical calculation of the electronic stopping cross section for projectiles with atomic numbers between 6 and 13 passing through the inert gases has been performed using a modification of the Firsov model. Using Hartree-Slater-Fock orbitals, and summing over the losses for the individual charge states of the projectiles, good agreement has been obtained with the experimental data. The main features of the stopping cross section seen in the data, such as the Z₁ oscillation and the variation of the velocity dependence on Z₁ and Z₂, are present in the calculation. The inclusion of a modified form of the Bethe-Bloch formula as an additional term allows the increase of the velocity dependence for projectile velocities above v_o to be reproduced in the calculation.

O Protocolo de Kyoto e o mercado de crédito de carbono: estudo de caso das emissões de gases de efeito estufa da fábrica de combustível nuclear pertencente às Indústrias Nucleares do Brasil no ano de 2008

A presente dissertação discute as questões relacionadas à intensificação das mudanças climáticas por causas antrópicas conforme a evolução no uso dos recursos naturais, inovações nos processos produtivos, transformações econômicas, sociais, culturais, políticas e, especialmente ambientais. Aborda a comercialização dos créditos de carbono através de projetos de Mecanismo de Desenvolvimento Limpo (MDL), um dos mecanismos de flexibilização criados pelo Protocolo de Kyoto. No contexto de mudanças climáticas, uma matriz energética que utilize fontes de energia que não emitam gases causadores do efeito estufa (GEE) se mostra uma importante estratégia de desenvolvimento sustentável. Sob essa perspectiva, a energia nucleoelétrica é apresentada como uma alternativa viável aos combustíveis fósseis, considerando que esta é uma energia limpa e compatível com a perspectiva de desenvolvimento sustentável. A Fábrica de Combustível Nuclear (FCN), localizada em Resende (Rio de Janeiro), pertencente às Indústrias Nucleares do Brasil (INB), é um conjunto de sofisticadas fábricas nas quais se processam etapas importantes do ciclo do combustível nuclear. Na FCN, o Centro Zoobotânico realiza a gestão das atividades voltadas para a conservação da natureza tais como o Programa de Recuperação de Mata Ciliar, Reflorestamento e Fauna. O Relatório de inventário das emissões diretas e indiretas de GEE da FCN, elaborado pela INB para o ano de 2008, permite a auto-avaliação da empresa, retratando a preocupação corporativa com as questões relativas às mudanças climáticas. Segundo este Relatório, o total de emissões de GEE quantificado corresponde a 12,14% da capacidade total de sequestro de dióxido de carbono, no período de Janeiro a Dezembro de 2008. A proteção de florestas e a plantação de árvores são componentes essenciais de qualquer estratégia global para mitigação da mudança climática, e a participação da INB no mercado de crédito de carbono pode proporcionar externalidades positivas, tais como ganhos de imagem, adequação a padrões ambientais e melhoria do relacionamento com a sociedade.

The separation of atomic and molecular gases from helium by cataphoresis

The cataphoretic purification of helium was investigated for binary mixtures of He with Ar, Ne, N₂, O₂, CO, and CO₂ in DC glow discharge. An experimental technique was developed to continuously measure the composition in the anode end-bulb without sample withdrawal. Discharge currents ranged from 10 ma to 100 ma. Total gas pressure ranged from 2 torr to 9 torr. Initial compositions of the minority component in He ranged from 1.2 mole percent to 7.5 mole percent.

The cataphoretic separation of Ar and Ne from He was found to be in agreement with previous investigators. The cataphoretic separation of N₂, O₂, and CO from He was found to be similar to noble gas systems in that the steady-state separation improved with (1) increasing discharge current, (2) increasing gas pressure, and (3) decreasing initial composition of the minority component. In the He-CO₂ mixture, the CO₂ dissociated to CO plus O₂. The fraction of CO₂ dissociated was directly proportional to the current and pressure and independent of initial composition.

The experimental results for the separation of Ar, Ne, N₂, O₂, and CO from He were interpreted in the framework of a recently proposed theoretical model involving an electrostatic Peclet number. In the model the electric field was assumed to be constant. This assumption was checked experimentally and the maximum variation in electric field was 35% in time and 30% in position. Consequently, the assumption of constant electric field introduced no more than 55% variation in the electrostatic Peclet number during a separation.

To aid in the design of new cataphoretic systems, the following design criteria were developed and tested in detail: (1) electric field independent of discharge current, (2) electric field directly proportional to total pressure, (3) ion fraction of impurity directly proportional to discharge current, and (4) ion fraction of impurity independent of total pressure. Although these assumptions are approximate, they enabled the steady-state concentration profile to be predicted to within 25% for 75% of the data. The theoretical model was also tested with respect to the characteristic time associated with transient cataphoresis. Over 80% of the data was within a factor of two of the calculated characteristic times.

The electrostatic Peclet number ranged in value from 0.13 to 4.33. Back-calculated ion fractions of the impurity component ranged in value from 4.8x10^-6 to 178x10^-6.

Estudo teórico da redução fotocatalítica do gás carbônico a metanol utilizando dióxido de titânio

O aumento da concentração de gases de efeito estufa (GEE) de fontes antropogênicas tem sido visto como uma das principais contribuições para o aquecimento global, ameaçando a vida no planeta. O dióxido de carbono (CO2) é um dos principais GEE e suas fontes geradoras estão relacionadas a processos essenciais à sociedade, como a produção de energia, produtos diversos e transporte. A conversão do CO2 parece ser uma alternativa promissora para reduzir a emissão deste gás na atmosfera. De particular interesse para este estudo, a fotorredução do CO2 a metanol pode contribuir para mitigar o problema dos GEE, gerando um importante insumo da indústria química. Assim, este estudo tem por objetivo utilizar cálculos quanto-mecânicos, como a Teoria do Funcional Densidade, para investigar um caminho para a reação de redução do CO2. A reação de redução do CO2 à ácido fórmico, formaldeído e metanol foi estudada sem a interação com o catalisador e na presença de dióxido de titânio como catalisador. Foi realizada uma comparação de cálculos em diferentes níveis teóricos e diferentes bases, com dados experimentais. Para os cálculos envolvendo o TiO2, foi utilizado o nível B3LYP/6-31G(d,p). Frequências vibracionais também foram calculadas para cada etapa, permitindo a identificação de possíveis estados de transição e estimativa de barreiras de reação (energia potencial). Cálculos de coordenada intrínseca de reação (IRC) foram empregados para confirmar que os estados de transição encontrados, estão relacionados a cada etapa estudada. A comparação da redução do dióxido de carbono a ácido fórmico, com e sem catalisador, mostrou que a presença do dióxido de titânio reduziu em mais de 25,0% a barreira reacional desta etapa