Designer porous antibacterial membranes derived from thermally induced phase separation of PS/PVME blends decorated with an electrospun nanofiber scaffold

We report the development of porous membranes by thermally induced phase separation of a PS/PVME (polystyrene/polyvinylmethyl ether]) blend, which is a typical LCST mixture. The morphology of the membrane after etching out the PVME phase was characterized by scanning electron microscopy. To give the membrane an antibacterial surface, polystyrene (PS) and polyvinyl(methyl ether)]-alt-maleic anhydride (PVME-MAH) with silver nanoparticles (nAg) were electrospun on the membrane surface. Pure water flux was evaluated by using a cross-flow membrane setup. The microgrooved fibers changed the flux across the membrane depending on the surface properties. The antibacterial properties of the membrane were confirmed by the reduction in the colony count of E. coli. The SEM images show the disruption of the bacterial cell membrane and the antibacterial mechanism was discussed.

超声速气流中横向煤油射流的数值模拟

为了对超声速气流中液体横向射流进行数值模拟，采用Eulerian-Lagmngian方法描述气液两相流动现象，用随机轨道模型追踪液滴的运动历程，并考虑气流可压缩性、流场不均匀性及液滴变形对液滴运动的影响，开发了相应的计算程序。计算结果发现，液体射流与气流之间存在着强烈的相互作用，液滴在进入气流中不久就破碎成很小的子液滴，受煤油液雾的影响气流速度、温度急剧下降，同时在喷孔上游出现～道弓形激波。与液雾结构的纹影图像和液雾穿透的实验结果对比显示，数值计算结果基本合理。

High temperature direct double side cooled inverter module for hybrid electric vehicle application

In this paper a novel approach to the design and fabrication of a high temperature inverter module for hybrid electrical vehicles is presented. Firstly, SiC power electronic devices are considered in place of the conventional Si devices. Use of SiC raises the maximum practical operating junction temperature to well over 200°C, giving much greater thermal headroom between the chips and the coolant. In the first fabrication, a SiC Schottky barrier diode (SBD) replaces the Si pin diode and is paired with a Si-IGBT. Secondly, double-sided cooling is employed, in which the semiconductor chips are sandwiched between two substrate tiles. The tiles provide electrical connections to the top and the bottom of the chips, thus replacing the conventional wire bonded interconnect. Each tile assembly supports two IGBTs and two SBDs in a half-bridge configuration. Both sides of the assembly are cooled directly using a high-performance liquid impingement system. Specific features of the design ensure that thermo-mechanical stresses are controlled so as to achieve long thermal cycling life. A prototype 10 kW inverter module is described incorporating three half-bridge sandwich assemblies, gate drives, dc-link capacitance and two heat-exchangers. This achieves a volumetric power density of 30W/cm3.

航天运载器尾舱高空热环境数值分析

航天运载器在70km以上高空高速飞行，火箭发动机的喷流是影响其尾舱热环境的主要因素之一。采用代数方程和偏微分方程相结合的多块网格生成方法，达到热流计算中对近壁面网格的正交性和分布上的要求；通过改进的NND有限体积法高超程序，数值耦合求解多组分NS方程、湍流方程、热辐射方程和非平衡化学反应方程，提高了壁面热流计算的精度。计算结果与飞行遥测及地面实验结果对比分析表明，所采用的计算方法及得到的结果是正确有效的。

Investigation of Vaporized Kerosene Injection in a Supersonic Model Combustor

Characteristics of vaporized aviation kerosene injection in a supersonic model combustor were preliminarily investigated. The electrically storage type heater has a volume capacity of heating kerosene of 0.8 kg up to 670 K at a pressure of 5.5 Mpa. The temperature to cause pressurized kerosene jet being fully vaporized in Quiescent atmosphere was found to be 550 K at 4 Mpa however the pressurized hot kerosene remains in liquid state within the tube. The correspondent jet spray in Mach 2.5 vitiated air cross-flow were visualized by using stop schlieren photograph.It was found the penetration depth of the hot pressurized kerosene jet is approximately same with the temperature varied from 290 K to 550 k. at pressure of 4 Mpa. This results showed that the atomization process of hot kerosene jet spray in supersonic combustor could be bypassed and directly transferred to be gas state at temperature 550 K and pressure of 4 Mpa.

Experimental Study on Subcooled Pool Boiling in Microgravity Utilizing

Two-dimensional Vortex-induced Vibrations of Submerged Floating Tunnel Tethers

A vortex-induced vibration (VIV) model is presented for predicting the nonlinear dynamic response of submerged floating tunnel (SFT) tethers which are subjected to wave, current and tunnel oscillatory displacements at their upper end in horizontal and vertical directions. A nonlinear fluid force formula is introduced in this model, and the effect of the nonlinearity of tether is investigated. First, the tunnel is stationary and the tether vibrates due to the vortices shedding. The calculated results show that the cross-flow amplitude of VIV decreases compared with the linear model. However the in-line amplitude of VIV increases. Next, the periodical oscillation of tunnel is considered. The oscillation caused by wave forces plays the roles of parametric exciter and forcing exciter to the VIV of tether. The time history of displacement of the tether mid-span is obtained by the proposed model. It is shown that the in-line amplitude increases obviously and the corresponding frequency is changed. The cross-flow amplitude exhibits a periodic behavior.

Modelagem, simulação e otimização operacional de unidades de síntese de metanol

A indústria de processos químicos tem sofrido consideráveis transformações devido ao acirramento da competitividade. Importantes progressos tecnológicos têm sido atingidos através de técnicas de modelagem, simulação e otimização visando o aumento da lucratividade e melhoria contínua nos processos industriais. Neste contexto, as plantas de metanol, um dos mais importantes produtos petroquímicos, podem ser destacadas. Atualmente, a principal matéria-prima para obtenção de metanol é o gás natural. A produção do metanol é caracterizada por três etapas: geração de gás de síntese, conversão do gás de síntese em metanol (unidade de síntese ou loop de síntese) e purificação do produto na especificação requerida. Os custos fixos e variáveis da unidade de síntese são fortemente dependentes das variáveis operacionais, como temperatura, pressão, razão de reciclo e composição da carga. Desta forma, foi desenvolvido um conjunto de modelos e algoritmos computacionais para representar matematicamente unidades de síntese de metanol. O modelo apresenta operações unitárias associadas aos seguintes equipamentos: divisores de correntes, misturadores de correntes, compressores, trocadores de calor, vasos de flash e reatores. Inicialmente, foi proposto um simulador estacionário, que serviu como base para um pseudo-estacionário, o qual contempla a desativação do catalisador por sinterização térmica. Os simuladores foram criados segundo uma arquitetura seqüencial modular e empregou-se o método de substituição sucessiva para a convergência dos reciclos. O estudo envolveu dois fluxogramas típicos, um constituído por reatores adiabáticos em série, enquanto o outro constituído por um reator tipo quench. Uma análise do efeito das principais variáveis operacionais foi realizada para o reator e para o loop de síntese. Estudou-se também o efeito da desativação do catalisador ao longo do tempo. Uma ferramenta de otimização operacional foi empregada para alcançar a máxima produção manipulando as injeções de carga fria na entrada dos leitos catalíticos. Formulou-se também um problema de maximização do lucro em função da otimização de paradas da unidade para troca do catalisador. Os resultados obtidos apontam que a ferramenta desenvolvida é promissora para a compreensão e otimização da unidade objeto deste estudo

Desenvolvimento de técnicas de otimização da programação das limpezas de redes de trocadores de calor

Trocadores de calor são equipamentos muito utilizados na indústria de processos com o objetivo de modificar a temperatura e/ou o estado físico de correntes materiais. Uma rede de trocadores de calor pode ser definida como um grupo de trocadores de calor interligados, a fim de reduzir as necessidades de energia de um sistema. No entanto, durante a operação de uma rede, a eficiência térmica dos trocadores de calor diminui devido à deposição. Esse efeito promove o aumento dos custos de combustível e das emissões de carbono. Uma alternativa para mitigar este problema baseia-se no estabelecimento de uma programação das limpezas dos trocadores de calor durante a operação de rede. Este tipo de abordagem ocasiona uma situação na qual ocorre um conflito de escolha: a limpeza de um trocador de calor pode recuperar a sua eficiência térmica, mas implica custos adicionais, tais como, mão-de-obra, produtos químicos, etc. Além disso, durante a limpeza, o trocador de calor tem de ser contornado por uma corrente de by-pass, o que aumenta temporariamente o consumo de energia. Neste contexto, o presente trabalho tem como objetivo explorar diferentes técnicas de otimização envolvendo métodos estocásticos e heurísticos. Com este objetivo foi desenvolvido um conjunto de códigos computacionais integrados que envolvem a simulação pseudo-estacionária do comportamento da rede relacionado com incrustações e a otimização da programação das limpezas deste tipo de sistema. A solução do problema indica os períodos de tempo para a limpeza de cada trocador de calor. Na abordagem estocástica empregada, os parâmetros do algoritmo genético, como probabilidade de crossover e probabilidade de mutação, foram calibrados para o presente problema. A abordagem heurística desenvolvida se deu através da sequência do conjunto de movimentos zero, um e dois. De forma alternativa, desenvolveu-se a metodologia heurística recursiva na qual os conjuntos de movimentos um e dois foram empregados recursivamente. Também foi desenvolvida a abordagem híbrida que consistiu em diferentes combinações da metodologia estocástica e heurística. A análise comparativa entre as metodologias empregadas teve como objetivo avaliar a abordagem mais adequada para o presente problema da programação das limpezas em termos de função objetivo e esforço computacional. O desempenho da abordagem proposta foi explorado através de uma série de exemplos, incluindo uma refinaria real brasileira. Os resultados foram promissores, indicando que as técnicas de otimização analisadas neste trabalho podem ser abordagens interessantes para operações que envolvam redes de trocadores de calor. Dentre as abordagens de otimização analisadas, a metodologia heurística desenvolvida no presente trabalho apresentou os melhores resultados se mostrando competitiva frente às abordagens comparadas da literatura

Uma abordagem matricial para modelagem e simulação de redes de trocadores de calor com aplicações para o gerenciamento da deposição

Uma rede de trocadores de calor pode ser definida como um grupo de trocadores de calor interligados com o objetivo de reduzir a necessidade de energia de um sistema, sendo largamente usada nas indústrias de processos. Entretanto, uma rede está sujeita à deposição, a qual causa um decréscimo na efetividade térmica dos trocadores. Este fenômeno é provocado pelo acúmulo de materiais indesejáveis sobre a superfície de troca térmica. Para compensar a redução de efetividade térmica causada pela deposição, torna-se necessário um aumento no consumo de utilidades. Isto eleva os custos de operação, assim como os custos de manutenção. Estima-se que os custos associados à deposição atinjam bilhões de dólares anualmente. Em face a este problema, vários trabalhos de pesquisa têm investigado métodos para prevenir a deposição e/ou gerenciar as operações em uma rede. Estudos envolvem desde a otimização de trocadores de calor individuais, simulação e monitoramento de redes, até a otimização da programação das paradas para limpeza de trocadores de calor em uma rede. O presente trabalho apresenta a proposição de um modelo para simulação de redes de trocadores de calor com aplicações no gerenciamento da deposição. Como conseqüência, foi desenvolvido um conjunto de códigos computacionais integrados, envolvendo a simulação estacionária de redes, a simulação pseudo-estacionária do comportamento de redes em relação à evolução da deposição, a estimação de parâmetros para diagnóstico do problema da deposição e a otimização operacional deste tipo de sistema. Com relação ao simulador estacionário, o modelo da rede foi formulado matricialmente e os balanços de massa e energia são resolvidos como sistemas de equações lineares. Do ponto de vista da otimização, o procedimento proposto redistribui as vazões, visando um melhor aproveitamento térmico dos trocadores da rede, como, por exemplo, buscando as vazões da rede que maximizem a temperatura da corrente de entrada no forno em unidades de destilação atmosférica de óleo cru. Os algoritmos foram implementados em alguns exemplos da literatura e em um problema de uma refinaria real. Os resultados foram promissores, o que sugere que a proposta deste trabalho pode vir a ser uma abordagem interessante para operações envolvendo redes de trocadores de calor

Otimização da programação das limpezas em redes de trocadores de calor utilizando técnicas de programação matemática

Redes de trocadores de calor são bastante utilizadas na indústria química para promover a integração energética do processo, recuperando calor de correntes quentes para aquecer correntes frias. Estas redes estão sujeitas à deposição, o que causa um aumento na resistência à transferência de calor, prejudicando-a. Uma das principais formas de diminuir o prejuízo causado por este fenômeno é a realização periódica de limpezas nos trocadores de calor. O presente trabalho tem como objetivo desenvolver um novo método para encontrar a programação ótima das limpezas em uma rede de trocadores de calor. O método desenvolvido utiliza o conceito de horizonte deslizante associado a um problema de programação linear inteira mista (MILP). Este problema MILP é capaz de definir o conjunto ótimo de trocadores de calor a serem limpos em um determinado instante de tempo (primeiro instante do horizonte deslizante), levando em conta sua influência nos instantes futuros (restante do horizonte deslizante). O problema MILP utiliza restrições referentes aos balanços de energia, equações de trocadores de calor e número máximo de limpezas simultâneas, com o objetivo de minimizar o consumo de energia da planta. A programação ótima das limpezas é composta pela combinação dos resultados obtidos em cada um dos instantes de tempo.O desempenho desta abordagem foi analisado através de sua aplicação em diversos exemplos típicos apresentados na literatura, inclusive um exemplo de grande porte de uma refinaria brasileira. Os resultados mostraram que a abordagem aplicada foi capaz de prover ganhos semelhantes e, algumas vezes, superiores aos da literatura, indicando que o método desenvolvido é capaz de fornecer bons resultados com um baixo esforço computacional