AC & DC magnetic levitation and semi-levitation modelling

This work presents computation analysis of levitated liquid thermal and flow fields with free surface oscillations in AC and DC magnetic fields. The volume electromagnetic force distribution is continuously updated with the shape and position change. The oscillation frequency spectra are analysed for droplets levitation against gravity in AC and DC magnetic fields at various combinations. For larger volume liquid metal confinement and melting the semi-levitation induction skull melting process is simulated with the same numerical model. Applications are aimed at pure electromagnetic material processing techniques and the material properties measurements in uncontaminated conditions.

AC and DC magnetic levitation: melting, fluid flow and oscillations

The presented numerical modelling for the magnetic levitation involves coupling of the electromagnetic field, liquid shape change, fluid velocities and the temperature field at every time step during the simulation in time evolution. Combination of the AC and DC magnetic fields can be used to achieve high temperature, stable levitation conditions. The oscillation frequency spectra are analysed for droplets levitated in AC and DC magnetic fields at various combinations. An electrically poorly conducting, diamagnetic droplet (e.g. water) can be stably levitated using the dia- and para-magnetic properties of the sample material in a high intensity, gradient DC field.

Current and Turbulence Measurement with Collocated ADP and Turbulence Profiler Data

This paper presents a current and turbulence measurement campaign conducted at a test site in an energetic tidal channel known as Strangford Narrows, Northern Ireland. The data was collected as part of the MaRINET project funded by the EU under their FP7 framework. It was a collaborative effort between Queen’s University Belfast, SCHOTTEL and Fraunhofer IWES. The site is highly turbulent with a strong shear flow. Longer term measurements of the flow regime were made using a bottom mounted Acoustic Doppler Profiler (ADP). During a specific turbulence measurement campaign, two collocated in- struments were used to measure incoming flow characteristics: an ADP (Aquadopp, Nortek) and a turbulence profiler (MicroRider, Rockland Scientific International). The instruments recorded the same incoming flow, so that direct comparisons between the data can be made. In this study the methodology adopted to deploy the instruments is presented. The resulting turbulence measurements using the different types of instrumentation are compared and the usefulness of each instrument for the relevant range of applications is discussed. The paper shows the ranges of the frequency spectra obtained using the different instruments, with the combined measurements providing insight into the structure of the turbulence across a wide range of scales.

Classes Alléliques d’Haplotypes et Sélection Positive dans le Génome Humain

L'identification de régions génomiques cibles de la sélection naturelle positive permet de mieux comprendre notre passé évolutif et de trouver des variants génétiques fonctionnels importants. Puisque la fréquence des allèles sélectionnés augmente dans la population, la sélection laisse des traces sur les séquences d'ADN et ces empreintes sont détectées lorsque la variabilité génétique d'une région est différente de celle attendue sous neutralité sélective. On propose une nouvelle approche pour analyser les données de polymorphismes : le calcul des classes alléliques d’haplotypes (HAC), permettant d'évaluer la diversité globale des haplotypes en étudiant leur composition allélique. L'idée de l'approche est de déterminer si un site est sous sélection positive récente en comparant les distributions des HAC obtenues pour les deux allèles de ce site. Grâce à l'utilisation de données simulées, nous avons étudié ces distributions sous neutralité et sous sélection en testant l'effet de différents paramètres populationnels. Pour tester notre approche empiriquement, nous avons analysé la variation génétique au niveau du gène de lactase dans les trois populations inclues dans le projet HapMap.

Permutation entropy based real-time chatter detection using audio signal in turning process

Machine tool chatter is an unfavorable phenomenon during metal cutting, which results in heavy vibration of cutting tool. With increase in depth of cut, the cutting regime changes from chatter-free cutting to one with chatter. In this paper, we propose the use of permutation entropy (PE), a conceptually simple and computationally fast measurement to detect the onset of chatter from the time series using sound signal recorded with a unidirectional microphone. PE can efficiently distinguish the regular and complex nature of any signal and extract information about the dynamics of the process by indicating sudden change in its value. Under situations where the data sets are huge and there is no time for preprocessing and fine-tuning, PE can effectively detect dynamical changes of the system. This makes PE an ideal choice for online detection of chatter, which is not possible with other conventional nonlinear methods. In the present study, the variation of PE under two cutting conditions is analyzed. Abrupt variation in the value of PE with increase in depth of cut indicates the onset of chatter vibrations. The results are verified using frequency spectra of the signals and the nonlinear measure, normalized coarse-grained information rate (NCIR).

Permutation Entropy Based Analysis of Complex Signals for Characterising Change in System Dynamics

Timely detection of sudden change in dynamics that adversely affect the performance of systems and quality of products has great scientific relevance. This work focuses on effective detection of dynamical changes of real time signals from mechanical as well as biological systems using a fast and robust technique of permutation entropy (PE). The results are used in detecting chatter onset in machine turning and identifying vocal disorders from speech signal.Permutation Entropy is a nonlinear complexity measure which can efficiently distinguish regular and complex nature of any signal and extract information about the change in dynamics of the process by indicating sudden change in its value. Here we propose the use of permutation entropy (PE), to detect the dynamical changes in two non linear processes, turning under mechanical system and speech under biological system.Effectiveness of PE in detecting the change in dynamics in turning process from the time series generated with samples of audio and current signals is studied. Experiments are carried out on a lathe machine for sudden increase in depth of cut and continuous increase in depth of cut on mild steel work pieces keeping the speed and feed rate constant. The results are applied to detect chatter onset in machining. These results are verified using frequency spectra of the signals and the non linear measure, normalized coarse-grained information rate (NCIR).PE analysis is carried out to investigate the variation in surface texture caused by chatter on the machined work piece. Statistical parameter from the optical grey level intensity histogram of laser speckle pattern recorded using a charge coupled device (CCD) camera is used to generate the time series required for PE analysis. Standard optical roughness parameter is used to confirm the results.Application of PE in identifying the vocal disorders is studied from speech signal recorded using microphone. Here analysis is carried out using speech signals of subjects with different pathological conditions and normal subjects, and the results are used for identifying vocal disorders. Standard linear technique of FFT is used to substantiate thc results.The results of PE analysis in all three cases clearly indicate that this complexity measure is sensitive to change in regularity of a signal and hence can suitably be used for detection of dynamical changes in real world systems. This work establishes the application of the simple, inexpensive and fast algorithm of PE for the benefit of advanced manufacturing process as well as clinical diagnosis in vocal disorders.

Analysis of convectively-generated gravity waves in mesoscale model simulations and wind profiler observations

The characteristics of convectively-generated gravity waves during an episode of deep convection near the coast of Wales are examined in both high resolution mesoscale simulations [with the (UK) Met Oce Unified Model] and in observations from a Mesosphere-Stratosphere-Troposphere (MST) wind profiling Doppler radar. Deep convection reached the tropopause and generated vertically propagating, high frequency waves in the lower stratosphere that produced vertical velocity perturbations O(1 m/s). Wavelet analysis is applied in order to determine the characteristic periods and wavelengths of the waves. In both the simulations and observations, the wavelet spectra contain several distinct preferred scales indicated by multiple spectral peaks. The peaks are most pronounced in the horizontal spectra at several wavelengths less than 50 km. Although these peaks are most clear and of largest amplitude in the highest resolution simulations (with 1 km horizontal grid length), they are also evident in coarser simulations (with 4 km horizontal grid length). Peaks also exist in the vertical and temporal spectra (between approximately 2.5 and 4.5 km, and 10 to 30 minutes, respectively) with good agreement between simulation and observation. Two-dimensional (wavenumber-frequency) spectra demonstrate that each of the selected horizontal scales contains peaks at each of preferred temporal scales revealed by the one- dimensional spectra alone.

Experimental characterization of nonlinear systems: a real-time evaluation of the analogous Chua`s circuit behavior

This paper presents an experimental characterization of the behavior of an analogous version of the Chua`s circuit. The electronic circuit signals are captured using a data acquisition board (DAQ) and processed using LabVIEW environment. The following aspects of the time series analysis are analyzed: time waveforms, phase portraits, frequency spectra, Poincar, sections, and bifurcation diagram. The circuit behavior is experimentally mapped with the parameter variations, where are identified equilibrium points, periodic and chaotic attractors, and bifurcations. These analysis techniques are performed in real-time and can be applied to characterize, with precision, several nonlinear systems.

Proposta de algoritmo para detecção de vazamentos em oleodutos utilizando análise freqüencial de sinais de pressão

Pipeline leak detection is a matter of great interest for companies who transport petroleum and its derivatives, in face of rising exigencies of environmental policies in industrialized and industrializing countries. However, existing technologies are not yet fully consolidated and many studies have been accomplished in order to achieve better levels of sensitivity and reliability for pipeline leak detection in a wide range of flowing conditions. In this sense, this study presents the results obtained from frequency spectrum analysis of pressure signals from pipelines in several flowing conditions like normal flowing, leakages, pump switching, etc. The results show that is possible to distinguish between the frequency spectra of those different flowing conditions, allowing recognition and announce of liquid pipeline leakages from pressure monitoring. Based upon these results, a pipeline leak detection algorithm employing frequency analysis of pressure signals is proposed, along with a methodology for its tuning and calibration. The proposed algorithm and its tuning methodology are evaluated with data obtained from real leakages accomplished in pipelines transferring crude oil and water, in order to evaluate its sensitivity, reliability and applicability to different flowing conditions

Kidney-Induced Hypertension Depends on Superoxide Signaling in the Rostral Ventrolateral Medulla

Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES)

On stick-slip homoclinic chaos and bifurcations in a mechanical system with dry friction

In this paper we consider a self-excited mechanical system by dry friction in order to study the bifurcational behavior of the arisen vibrations. The oscillating system consists of a mass block-belt-system which is self-excited by static and Coulomb friction. We analyze the system behavior numerically through bifurcation diagrams, phase portraits, frequency spectra and Poincare maps, which show the existence of nonhomoclinic and homoclinic chaos and a route to homoclinic chaos. The homoclinic chaos is also analyzed analytically via the Melnikov prediction method. The system dynamic is characterized by the existence of two potential wells in the phase plane which exhibit rich bifurcational and chaotic behavior.

Some considerations about a new procedure to derive transmission line parameters concerning three-phase lines

The paper shows an alternative methodology to calculate transmission line parameters per unit length and to apply it in a three-phase line with a vertical symmetry plane. This procedure is derived from a general procedure where the modal transformation matrix of the line is required. In this paper, the unknown modal transformation matrix requested by general procedure is substituted by Clarke's matrix. With the substitution that is shown in the paper, the transmission line parameters can be obtained starting from impedances measured in one terminal of the line. First, the article shows the classical methodology to calculate frequency dependent transmission line parameters by using Carson and Pollaczeck's equations for representing the ground effect and Bessel's functions to represent the skin effect. After that, a new procedure is shown to calculate frequency dependent transmission line parameters directly from currents and voltages of an existing line. Then, this procedure is applied in a non-transposed three-phase transmission line whose parameters have been previously calculated by using the classical methodology. Finally, the results obtained by using the new procedure and by using the classical methodology are compared. The article shows simulation results for typical frequency spectra of switching transients (10 Hz to 10 kHz). Results have shown that procedure has © 2006 IEEE.

Scherverhalten kolloidaler Lagenphasen in Rohrströmungen

Kolloidale Suspensionen aus identischen kugelförmigen, geladenen Partikeln in wässrigen Medien stellen ein ideales Modellsystem zur Untersuchung des Gleichgewichtsverhaltens, aber auch des Nicht-Gleichgewichtsverhaltens Weicher Materie dar. So bilden derartige Systeme bei hinreichend starker und langreichweitiger elektrostatischer Repulsion fluid und kristallin geordnete Strukturen aus, die wegen der weitreichenden Analogie zu atomar kondensierter Materie als kolloidale Fluide und Kristalle bezeichnet werden. Von großem Vorteil ist dabei die Möglichkeit zur kontrollierten Einstellung der Wechselwirkung und die gute optische Zugänglichkeit für Mikroskopie und Lichtstreuung sowie die Weichheit der Materialien, aufgrund derer sich auch Zustände fernab des mechanischen Gleichgewichts gezielt präparieren lassen. Themenstellung der vorliegenden Arbeit ist die Untersuchung des Phasenverhaltens und der Fließmechanismen kolloidaler Kristalle in einer Rohrströmung. Im ersten Teil der Arbeit wird gezeigt, dass beim Fluss durch eine zylindrische Röhre Mehrphasenkoexistenz auftritt, wobei ein polykristalliner Kern von einer isotropen Scherschmelze umgeben ist. Zusätzlich treten an der Grenze zwischen diesen Phasen und an der Rohrwand Phasen hexagonal geordneter übereinander hinweggleitender Lagen auf. Der Vergleich zwischen auf der Basis der Navier-Stokes-Gleichung theoretisch berechneten und gemessenen Geschwindigkeitsprofilen zeigt, dass jede dieser Phasen für sich Newtonsches Fließverhalten aufweist. Die Gesamtviskosität ist hingegen durch die mit dem Durchsatz veränderliche Phasenzusammensetzung Nicht-Newtonsch. Damit gelang es, die erstmalig von Würth beschriebene Scherverdünnung auf eine Veränderung der Phasenzusammensetzung zurückzuführen. Im zweiten Teil der Arbeit wurde erstmals das Fließverhalten der Lagenphasen mittels Lichtstreuung und Korrelationsanalyse untersucht. Dafür wurde ein im Prinzip einfacher, aber leistungsstarker Aufbau realisiert, der es erlaubt, die zeitliche Veränderung der Bragg-Reflexe der Lagenphase in radialer und azimutaler Richtung zu verfolgen und mittels Fourieranalyse zu analysieren. In Abhängigkeit vom Durchsatz geht die zunächst rastend gleitende Lagenphase in eine frei gleitende Lagenphase über, wobei charakteristische Veränderungen der Spektren sowie der Korrelationsfunktionen auftreten, die detailliert diskutiert werden. Der Übergang im Gleitmechanismus ist mit einem Verlust der Autokorrelation der Rotationskomponente der periodischen Intra-Lagenverzerrung verbunden, während die Kompressionskomponente erhalten bleibt. Bei hohen Durchflüssen lassen die Reflexbewegungen auf das Auftreten einer Eigenschwingung der frei gleitenden Lagen schließen. Diese Schwingung lässt sich als Rotationsbewegung, gekoppelt mit einer transversalen Auslenkung in Vortexrichtung, beschreiben. Die Ergebnisse erlauben eine detaillierte Diskussion von verschiedenen Modellvorstellungen anderer Autoren.

Measurements and modeling of ozone fluxes in and above Norway spruce canopies

Ozon (O3) ist ein wichtiges Oxidierungs- und Treibhausgas in der Erdatmosphäre. Es hat Einfluss auf das Klima, die Luftqualität sowie auf die menschliche Gesundheit und die Vegetation. Ökosysteme, wie beispielsweise Wälder, sind Senken für troposphärisches Ozon und werden in Zukunft, bedingt durch Stürme, Pflanzenschädlinge und Änderungen in der Landnutzung, heterogener sein. Es ist anzunehmen, dass diese Heterogenitäten die Aufnahme von Treibhausgasen verringern und signifikante Rückkopplungen auf das Klimasystem bewirken werden. Beeinflusst wird der Atmosphären-Biosphären-Austausch von Ozon durch stomatäre Aufnahme, Deposition auf Pflanzenoberflächen und Böden sowie chemische Umwandlungen. Diese Prozesse zu verstehen und den Ozonaustausch für verschiedene Ökosysteme zu quantifizieren sind Voraussetzungen, um von lokalen Messungen auf regionale Ozonflüsse zu schließen.rnFür die Messung von vertikalen turbulenten Ozonflüssen wird die Eddy Kovarianz Methode genutzt. Die Verwendung von Eddy Kovarianz Systemen mit geschlossenem Pfad, basierend auf schnellen Chemilumineszenz-Ozonsensoren, kann zu Fehlern in der Flussmessung führen. Ein direkter Vergleich von nebeneinander angebrachten Ozonsensoren ermöglichte es einen Einblick in die Faktoren zu erhalten, die die Genauigkeit der Messungen beeinflussen. Systematische Unterschiede zwischen einzelnen Sensoren und der Einfluss von unterschiedlichen Längen des Einlassschlauches wurden untersucht, indem Frequenzspektren analysiert und Korrekturfaktoren für die Ozonflüsse bestimmt wurden. Die experimentell bestimmten Korrekturfaktoren zeigten keinen signifikanten Unterschied zu Korrekturfaktoren, die mithilfe von theoretischen Transferfunktionen bestimmt wurden, wodurch die Anwendbarkeit der theoretisch ermittelten Faktoren zur Korrektur von Ozonflüssen bestätigt wurde.rnIm Sommer 2011 wurden im Rahmen des EGER (ExchanGE processes in mountainous Regions) Projektes Messungen durchgeführt, um zu einem besseren Verständnis des Atmosphären-Biosphären Ozonaustauschs in gestörten Ökosystemen beizutragen. Ozonflüsse wurden auf beiden Seiten einer Waldkante gemessen, die einen Fichtenwald und einen Windwurf trennt. Auf der straßenähnlichen Freifläche, die durch den Sturm "Kyrill" (2007) entstand, entwickelte sich eine Sekundärvegetation, die sich in ihrer Phänologie und Blattphysiologie vom ursprünglich vorherrschenden Fichtenwald unterschied. Der mittlere nächtliche Fluss über dem Fichtenwald war -6 bis -7 nmol m2 s-1 und nahm auf -13 nmol m2 s-1 um die Mittagszeit ab. Die Ozonflüsse zeigten eine deutliche Beziehung zur Pflanzenverdunstung und CO2 Aufnahme, was darauf hinwies, dass während des Tages der Großteil des Ozons von den Pflanzenstomata aufgenommen wurde. Die relativ hohe nächtliche Deposition wurde durch nicht-stomatäre Prozesse verursacht. Die Deposition über dem Wald war im gesamten Tagesverlauf in etwa doppelt so hoch wie über der Freifläche. Dieses Verhältnis stimmte mit dem Verhältnis des Pflanzenflächenindex (PAI) überein. Die Störung des Ökosystems verringerte somit die Fähigkeit des Bewuchses, als Senke für troposphärisches Ozon zu fungieren. Der deutliche Unterschied der Ozonflüsse der beiden Bewuchsarten verdeutlichte die Herausforderung bei der Regionalisierung von Ozonflüssen in heterogen bewaldeten Gebieten.rnDie gemessenen Flüsse wurden darüber hinaus mit Simulationen verglichen, die mit dem Chemiemodell MLC-CHEM durchgeführt wurden. Um das Modell bezüglich der Berechnung von Ozonflüssen zu evaluieren, wurden gemessene und modellierte Flüsse von zwei Positionen im EGER-Gebiet verwendet. Obwohl die Größenordnung der Flüsse übereinstimmte, zeigten die Ergebnisse eine signifikante Differenz zwischen gemessenen und modellierten Flüssen. Zudem gab es eine klare Abhängigkeit der Differenz von der relativen Feuchte, mit abnehmender Differenz bei zunehmender Feuchte, was zeigte, dass das Modell vor einer Verwendung für umfangreiche Studien des Ozonflusses weiterer Verbesserungen bedarf.rn

Genomics of Divergence along a Continuum of Parapatric Population Differentiation

The patterns of genomic divergence during ecological speciation are shaped by a combination of evolutionary forces. Processes such as genetic drift, local reduction of gene flow around genes causing reproductive isolation, hitchhiking around selected variants, variation in recombination and mutation rates are all factors that can contribute to the heterogeneity of genomic divergence. On the basis of 60 fully sequenced three-spined stickleback genomes, we explore these different mechanisms explaining the heterogeneity of genomic divergence across five parapatric lake and river population pairs varying in their degree of genetic differentiation. We find that divergent regions of the genome are mostly specific for each population pair, while their size and abundance are not correlated with the extent of genome-wide population differentiation. In each pair-wise comparison, an analysis of allele frequency spectra reveals that 25–55% of the divergent regions are consistent with a local restriction of gene flow. Another large proportion of divergent regions (38–75%) appears to be mainly shaped by hitchhiking effects around positively selected variants. We provide empirical evidence that alternative mechanisms determining the evolution of genomic patterns of divergence are not mutually exclusive, but rather act in concert to shape the genome during population differentiation, a first necessary step towards ecological speciation.