Adsorption energy and spin state of first-row transition metals adsorbed on MgO(100)

Slab and cluster model spin-polarized calculations have been carried out to study various properties of isolated first-row transition metal atoms adsorbed on the anionic sites of the regular MgO(100) surface. The calculated adsorption energies follow the trend of the metal cohesive energies, indicating that the changes in the metal-support and metal-metal interactions along the series are dominated by atomic properties. In all cases, except for Ni at the generalized gradient approximation level, the number of unpaired electron is maintained as in the isolated metal atom. The energy required to change the atomic state from high to low spin has been computed using the PW91 and B3LYP density-functional-theory-based methods. PW91 fails to predict the proper ground state of V and Ni, but the results for the isolated and adsorbed atom are consistent within the method. B3LYP properly predicts the ground state of all first-row transition atom the high- to low-spin transition considered is comparable to experiment. In all cases, the interaction with the surface results in a reduced high- to low-spin transition energy.

Surface studies of some metallic thin films by optical methods

The thesis aims to present the results of experimental investigations on the changes of optical properties of metallic thin films due to heating. The parameters which are measured are reflectivity, refractive indices and the ellipsometric quantities V and A . The materials used in the studies are metals like Silver, Aluminium and Copper. By applying the optical method the interdiffusion taking place in multilayer ‘films of Aluminium and Silver has also been studied. Special interest has been taken to reveal the mechanisms of the hillock growth and surface roughness caused by heating and their relation with the stress in the film

‘Biochemical Responses to Heavy Metals in Oreochromis mossambicus with special reference to Metal Detoxifying Mechanism

The present work is focused on the organelle and biochemical responses to heavy metal exposure in the fish Oreochromis mossambicus giving particular importance to the metal detoxifying machinery of the organism. The thesis is an outcome of the effort aimed at developing practicable monitoring techniques to deliver guidelines for biological effect monitoring and the need for specific biochemical methods to detect biological effects of heavy metals that can be interpreted in terms of the health status of the individual organism and eventually alterations in vital processes as growth and reproduction. The efficiency of the metal detoxifying metallothioneins which is an attractive tool for biological monitoring, their role as scavengers of trace metal ions and thus in relieving the biological machinery from their toxicity effects are important themes of this study. Efforts have also been made to test the reliability of the spill over hypothesis of the action of metallothioneins (Winge et a1.,1973) and their use as a biological barometer of heavy metal stress.

“Catalysis by Nanocrystalline Ceria Modified with Transition Metals”

The objective of the present work is to improve the textural and structural properties of cerium oxide by the incorporation of transition metals as well as sulphate ions. We have incorporated tungsten, molybdenum and chromium oxide into pure as well as sulphated cerium oxide and the catalytic systems thus prepared were characterised using various techniques. lndustrially important reactions such as acetalization and deacetalization, oxidative dehydrogenation of ethylbenzene, MTBE synthesis and Beckmann rearrangement of cinnamaldoxime and salicylaldoxime have been selected for the measurement of the catalytic activity of the systems. The work is presented in eight chapters

"Catalysis by pillared montmorillonites exchanged with transition metals"

The present work is oriented to obtain a comparative evaluation of the physicochemical properties and catalytic activities of iron, aluminium and iron aluminium mixed pillared montmorillonites and their transition metal exchanged analogues. Reactions of industrial importance like Friedel Crafts alkylations, catalytic wet peroxide oxidation of phenol and MTBE synthesis have been selected for the present study. The thesis is structured into seven chapters. First chapter deals with a brief introduction and literature survey on pillared clays. Second chapter explains the materials and methods employed in the work. Results and discussions on the characterisation techniques are described in the third chapter. The subsequent three chapters describe the catalytic activities of pillared clays in the industrially important reactions. Last chapter comprises the summary of the investigations and the conclusions drawn from the earlier chapters

Some Aspects of Domain Specific Conceptual Modeling for Simulation of Logistic Terminal Operations

When simulation modeling is used for performance improvement studies of complex systems such as transport terminals, domain specific conceptual modeling constructs could be used by modelers to create structured models. A two stage procedure which includes identification of the problem characteristics/cluster - ‘knowledge acquisition’ and identification of standard models for the problem cluster – ‘model abstraction’ was found to be effective in creating structured models when applied to certain logistic terminal systems. In this paper we discuss some methods and examples related the knowledge acquisition and model abstraction stages for the development of three different types of model categories of terminal systems

Ein Beitrag zur Modellierung und Simulation von elektromechanischen Systemen

Die in dieser Arbeit durchgeführten Untersuchungen zeigen, daß es möglich ist, komplexe thermische Systeme, unter Verwendung der thermisch-, elektrischen Analogien, mit PSpice zu simulieren. Im Mittelpunkt der Untersuchungen standen hierbei Strangkühlkörper zur Kühlung von elektronischen Bauelementen. Es konnte gezeigt werden,daß alle Wärmeübertragungsarten, (Wärmeleitung, Konvektion und Wärmestrahlung) in der Simulation berücksichtigt werden können. Für die Berechnung der Konvektion wurden verschiedene Methoden hergeleitet. Diese gelten zum einen für verschiedene Kühlkörpergeometrien, wie z.B. ebene Flächen und Kühlrippenzwischenräume, andererseits unterscheiden sie sich, je nachdem, ob freie oder erzwungene Konvektion betrachtet wird. Für die Wärmestrahlung zwischen den Kühlrippen wurden verschiedenen Berechnungsmethoden entwickelt. Für die Simulation mit PSpice wurde die Berechnung der Wärmestrahlung zwischen den Kühlrippen vereinfacht. Es konnte gezeigt werden, daß die Fehler, die durch die Vereinfachung entstehen, vernachlässigbar klein sind. Für das thermische Verhalten einer zu kühlenden Wärmequelle wurde ein allgemeines Modell entworfen. Zur Bestimmung der Modellparameter wurden verschiedene Meßverfahren entwickelt. Für eine im Fachgebiet Elektromechanik entwickelte Wärmequelle zum Test von Kühlvorrichtungen wurde mit Hilfe dieser Meßverfahren eine Parameterbestimmung durchgeführt. Die Erstellung des thermischen Modells eines Kühlkörpers für die Simulation in PSpice erfordert die Analyse der Kühlkörpergeometrie. Damit diese Analyse weitestgehend automatisiert werden kann, wurden verschiedene Algorithmen unter Matlab entwickelt. Es wurde ein Algorithmus entwickelt, der es ermöglicht, den Kühlkörper in Elementarzellen zu zerlegen, die für die Erstellung des Simulationsmodells benötigt werden. Desweiteren ist es für die Simulation notwendig zu wissen, welche der Elementarzellen am Rand des Kühlkörpers liegen, welche der Elementarzellen an einem Kühlrippenzwischenraum liegen und welche Kühlkörperkanten schräg verlaufen. Auch zur Lösung dieser Aufgaben wurden verschiedene Algorithmen entwickelt. Diese Algorithmen wurden zu einem Programm zusammengefaßt, das es gestattet, unterschiedliche Strangkühlkörper zu simulieren und die Simulationsergebnisse in Form der Temperaturverteilung auf der Montagefläche des Kühlkörpers grafisch darzustellen. Es können stationäre und transiente Simulationen durchgeführt werden. Desweiteren kann der thermische Widerstand des Kühlkörpers RthK als Funktion der Verlustleistung der Wärmequelle dargestellt werden. Zur Verifikation der Simulationsergebnisse wurden Temperaturmessungen an Kühlkörpern durchgeführt und mit den Simulationsergebnissen verglichen. Diese Vergleiche zeigen, daß die Abweichungen im Bereich der Streuung der Temperaturmessung liegen. Das hier entwickelte Verfahren zur thermischen Simulation von Strangkühlkörpern kann somit als gut bewertet werden.

Numerical Simulation of Flows at Low Mach Numbers with Heat Sources

This work is concerned with finite volume methods for flows at low mach numbers which are under buoyancy and heat sources. As a particular application, fires in car tunnels will be considered. To extend the scheme for compressible flow into the low Mach number regime, a preconditioning technique is used and a stability result on this is proven. The source terms for gravity and heat are incorporated using operator splitting and the resulting method is analyzed.

Verfahren zur echtzeitfähigen Simulation dynamischer Emissionsverläufe ausgewählter Schadstoffe von Ottomotoren

Im Rahmen dieser Arbeit werden Modellbildungsverfahren zur echtzeitfähigen Simulation wichtiger Schadstoffkomponenten im Abgasstrom von Verbrennungsmotoren vorgestellt. Es wird ein ganzheitlicher Entwicklungsablauf dargestellt, dessen einzelne Schritte, beginnend bei der Ver-suchsplanung über die Erstellung einer geeigneten Modellstruktur bis hin zur Modellvalidierung, detailliert beschrieben werden. Diese Methoden werden zur Nachbildung der dynamischen Emissi-onsverläufe relevanter Schadstoffe des Ottomotors angewendet. Die abgeleiteten Emissionsmodelle dienen zusammen mit einer Gesamtmotorsimulation zur Optimierung von Betriebstrategien in Hybridfahrzeugen. Im ersten Abschnitt der Arbeit wird eine systematische Vorgehensweise zur Planung und Erstellung von komplexen, dynamischen und echtzeitfähigen Modellstrukturen aufgezeigt. Es beginnt mit einer physikalisch motivierten Strukturierung, die eine geeignete Unterteilung eines Prozessmodells in einzelne überschaubare Elemente vorsieht. Diese Teilmodelle werden dann, jeweils ausgehend von einem möglichst einfachen nominalen Modellkern, schrittweise erweitert und ermöglichen zum Abschluss eine robuste Nachbildung auch komplexen, dynamischen Verhaltens bei hinreichender Genauigkeit. Da einige Teilmodelle als neuronale Netze realisiert werden, wurde eigens ein Verfah-ren zur sogenannten diskreten evidenten Interpolation (DEI) entwickelt, das beim Training einge-setzt, und bei minimaler Messdatenanzahl ein plausibles, also evidentes Verhalten experimenteller Modelle sicherstellen kann. Zum Abgleich der einzelnen Teilmodelle wurden statistische Versuchs-pläne erstellt, die sowohl mit klassischen DoE-Methoden als auch mittels einer iterativen Versuchs-planung (iDoE ) generiert wurden. Im zweiten Teil der Arbeit werden, nach Ermittlung der wichtigsten Einflussparameter, die Model-strukturen zur Nachbildung dynamischer Emissionsverläufe ausgewählter Abgaskomponenten vor-gestellt, wie unverbrannte Kohlenwasserstoffe (HC), Stickstoffmonoxid (NO) sowie Kohlenmono-xid (CO). Die vorgestellten Simulationsmodelle bilden die Schadstoffkonzentrationen eines Ver-brennungsmotors im Kaltstart sowie in der anschließenden Warmlaufphase in Echtzeit nach. Im Vergleich zur obligatorischen Nachbildung des stationären Verhaltens wird hier auch das dynami-sche Verhalten des Verbrennungsmotors in transienten Betriebsphasen ausreichend korrekt darge-stellt. Eine konsequente Anwendung der im ersten Teil der Arbeit vorgestellten Methodik erlaubt, trotz einer Vielzahl von Prozesseinflussgrößen, auch hier eine hohe Simulationsqualität und Ro-bustheit. Die Modelle der Schadstoffemissionen, eingebettet in das dynamische Gesamtmodell eines Ver-brennungsmotors, werden zur Ableitung einer optimalen Betriebsstrategie im Hybridfahrzeug ein-gesetzt. Zur Lösung solcher Optimierungsaufgaben bieten sich modellbasierte Verfahren in beson-derer Weise an, wobei insbesondere unter Verwendung dynamischer als auch kaltstartfähiger Mo-delle und der damit verbundenen Realitätsnähe eine hohe Ausgabequalität erreicht werden kann.

Atomistic-continuum modeling of ultrafast laser-induced melting of silicon targets

In this work, we present an atomistic-continuum model for simulations of ultrafast laser-induced melting processes in semiconductors on the example of silicon. The kinetics of transient non-equilibrium phase transition mechanisms is addressed with MD method on the atomic level, whereas the laser light absorption, strong generated electron-phonon nonequilibrium, fast heat conduction, and photo-excited free carrier diffusion are accounted for with a continuum TTM-like model (called nTTM). First, we independently consider the applications of nTTM and MD for the description of silicon, and then construct the combined MD-nTTM model. Its development and thorough testing is followed by a comprehensive computational study of fast nonequilibrium processes induced in silicon by an ultrashort laser irradiation. The new model allowed to investigate the effect of laser-induced pressure and temperature of the lattice on the melting kinetics. Two competing melting mechanisms, heterogeneous and homogeneous, were identified in our big-scale simulations. Apart from the classical heterogeneous melting mechanism, the nucleation of the liquid phase homogeneously inside the material significantly contributes to the melting process. The simulations showed, that due to the open diamond structure of the crystal, the laser-generated internal compressive stresses reduce the crystal stability against the homogeneous melting. Consequently, the latter can take a massive character within several picoseconds upon the laser heating. Due to the large negative volume of melting of silicon, the material contracts upon the phase transition, relaxes the compressive stresses, and the subsequent melting proceeds heterogeneously until the excess of thermal energy is consumed. A series of simulations for a range of absorbed fluences allowed us to find the threshold fluence value at which homogeneous liquid nucleation starts contributing to the classical heterogeneous propagation of the solid-liquid interface. A series of simulations for a range of the material thicknesses showed that the sample width we chosen in our simulations (800 nm) corresponds to a thick sample. Additionally, in order to support the main conclusions, the results were verified for a different interatomic potential. Possible improvements of the model to account for nonthermal effects are discussed and certain restrictions on the suitable interatomic potentials are found. As a first step towards the inclusion of these effects into MD-nTTM, we performed nanometer-scale MD simulations with a new interatomic potential, designed to reproduce ab initio calculations at the laser-induced electronic temperature of 18946 K. The simulations demonstrated that, similarly to thermal melting, nonthermal phase transition occurs through nucleation. A series of simulations showed that higher (lower) initial pressure reinforces (hinders) the creation and the growth of nonthermal liquid nuclei. For the example of Si, the laser melting kinetics of semiconductors was found to be noticeably different from that of metals with a face-centered cubic crystal structure. The results of this study, therefore, have important implications for interpretation of experimental data on the kinetics of melting process of semiconductors.

Análisis del modelo de Internacionalización de e-Tech Simulation según la teoría de redes

La teoría de redes de Johanson y Mattson (1988) explica como las pequeñas empresas, también conocidas como PyMes, utilizan las redes de negocio para desarrollar sus procesos de internacionalización. Es así que a través de las redes pueden superar sus limitaciones de tamaño para encontrar cierto tipo de fluidez y dinamismo en su gestión, con el fin de aprovechar los beneficios de la internacionalización. A partir del desarrollo y fortalecimiento de las relaciones dentro de la red la organización puede posicionarse en una instancia competitiva cada vez más fuerte (Jarillo, 1988). Según Forsgren y Johanson (1992), para los gerentes es importante coordinar la interacción entre los diferentes actores de la red, ya que a través de estas su posición dentro de la red mejora y así mismo el flujo de recursos será mayor. El propósito de este trabajo es analizar el modelo de internacionalización según la teoría de redes, desde una perspectiva cultural, de e-Tech Simulation una PyME “Born to be global” norteamericana. Esta empresa ha minimizado su riesgo de internacionalización, a través del desarrollo de acuerdos entre los diferentes actores. Al mejorar su posición dentro de la red, es decir al fortalecer aún más los lazos existentes y crear nuevas relaciones, la empresa ha obtenido mayores beneficios de la misma y ha logrado ser aún más flexible con sus clientes. Es por esto que a partir de este análisis se planteó una serie de recomendaciones para mejorar los procesos de negociación dentro de la red, bajo un contexto cultural. De igual forma se evidencio la importancia del papel del emprendimiento del gerente en los procesos de internacionalización, así como su habilidad para mezclar los recursos obtenidos de diferentes mercados internacionales para satisfacer las necesidades de los clientes.

Analysis and Simulation of Transverse Random Fracture of Long Fibre Reinforced Composites

La present tesi proposa una metodología per a la simulació probabilística de la fallada de la matriu en materials compòsits reforçats amb fibres de carboni, basant-se en l'anàlisi de la distribució aleatòria de les fibres. En els primers capítols es revisa l'estat de l'art sobre modelització matemàtica de materials aleatoris, càlcul de propietats efectives i criteris de fallada transversal en materials compòsits. El primer pas en la metodologia proposada és la definició de la determinació del tamany mínim d'un Element de Volum Representatiu Estadístic (SRVE) . Aquesta determinació es du a terme analitzant el volum de fibra, les propietats elàstiques efectives, la condició de Hill, els estadístics de les components de tensió i defromació, la funció de densitat de probabilitat i les funcions estadístiques de distància entre fibres de models d'elements de la microestructura, de diferent tamany. Un cop s'ha determinat aquest tamany mínim, es comparen un model periòdic i un model aleatori, per constatar la magnitud de les diferències que s'hi observen. Es defineix, també, una metodologia per a l'anàlisi estadístic de la distribució de la fibra en el compòsit, a partir d'imatges digitals de la secció transversal. Aquest anàlisi s'aplica a quatre materials diferents. Finalment, es proposa un mètode computacional de dues escales per a simular la fallada transversal de làmines unidireccionals, que permet obtenir funcions de densitat de probabilitat per a les variables mecàniques. Es descriuen algunes aplicacions i possibilitats d'aquest mètode i es comparen els resultats obtinguts de la simulació amb valors experimentals.

Methods and resources for climate impacts research: achieving synergy

The prediction of climate variability and change requires the use of a range of simulation models. Multiple climate model simulations are needed to sample the inherent uncertainties in seasonal to centennial prediction. Because climate models are computationally expensive, there is a tradeoff between complexity, spatial resolution, simulation length, and ensemble size. The methods used to assess climate impacts are examined in the context of this trade-off. An emphasis on complexity allows simulation of coupled mechanisms, such as the carbon cycle and feedbacks between agricultural land management and climate. In addition to improving skill, greater spatial resolution increases relevance to regional planning. Greater ensemble size improves the sampling of probabilities. Research from major international projects is used to show the importance of synergistic research efforts. The primary climate impact examined is crop yield, although many of the issues discussed are relevant to hydrology and health modeling. Methods used to bridge the scale gap between climate and crop models are reviewed. Recent advances include large-area crop modeling, quantification of uncertainty in crop yield, and fully integrated crop–climate modeling. The implications of trends in computer power, including supercomputers, are also discussed.

Quantifying uncertainty in the simulation of crop-climate processes

The impacts of climate change on crop productivity are often assessed using simulations from a numerical climate model as an input to a crop simulation model. The precision of these predictions reflects the uncertainty in both models. We examined how uncertainty in a climate (HadAM3) and crop General Large-Area Model (GLAM) for annual crops model affects the mean and standard deviation of crop yield simulations in present and doubled carbon dioxide (CO2) climates by perturbation of parameters in each model. The climate sensitivity parameter (λ, the equilibrium response of global mean surface temperature to doubled CO2) was used to define the control climate. Observed 1966–1989 mean yields of groundnut (Arachis hypogaea L.) in India were simulated well by the crop model using the control climate and climates with values of λ near the control value. The simulations were used to measure the contribution to uncertainty of key crop and climate model parameters. The standard deviation of yield was more affected by perturbation of climate parameters than crop model parameters in both the present-day and doubled CO2 climates. Climate uncertainty was higher in the doubled CO2 climate than in the present-day climate. Crop transpiration efficiency was key to crop model uncertainty in both present-day and doubled CO2 climates. The response of crop development to mean temperature contributed little uncertainty in the present-day simulations but was among the largest contributors under doubled CO2. The ensemble methods used here to quantify physical and biological uncertainty offer a method to improve model estimates of the impacts of climate change.

Quantification of physical and biological uncertainty in the simulation of the yield of a tropical crop using present-day and doubled CO2 climates

The impacts of climate change on crop productivity are often assessed using simulations from a numerical climate model as an input to a crop simulation model. The precision of these predictions reflects the uncertainty in both models. We examined how uncertainty in a climate (HadAM3) and crop General Large-Area Model (GLAM) for annual crops model affects the mean and standard deviation of crop yield simulations in present and doubled carbon dioxide (CO2) climates by perturbation of parameters in each model. The climate sensitivity parameter (lambda, the equilibrium response of global mean surface temperature to doubled CO2) was used to define the control climate. Observed 1966-1989 mean yields of groundnut (Arachis hypogaea L.) in India were simulated well by the crop model using the control climate and climates with values of lambda near the control value. The simulations were used to measure the contribution to uncertainty of key crop and climate model parameters. The standard deviation of yield was more affected by perturbation of climate parameters than crop model parameters in both the present-day and doubled CO2 climates. Climate uncertainty was higher in the doubled CO2 climate than in the present-day climate. Crop transpiration efficiency was key to crop model uncertainty in both present-day and doubled CO2 climates. The response of crop development to mean temperature contributed little uncertainty in the present-day simulations but was among the largest contributors under doubled CO2. The ensemble methods used here to quantify physical and biological uncertainty offer a method to improve model estimates of the impacts of climate change.