Instability and topology bifurcations on a hemisphere-cylinder at high angle of attack

La configuración de un cilindro acoplado a una semi-esfera, conocida como ’hemispherecylinder’, se considera como un modelo simplificado para numerosas aplicaciones industriales tales como fuselaje de aviones o submarinos. Por tanto, el estudio y entendimiento de los fenómenos fluidos que ocurren alrededor de dicha geometría presenta gran interés. En esta tesis se muestra la investigación del origen y evolución de los, ya conocidos, patrones de flujo (burbuja de separación, vórtices ’horn’ y vórtices ’leeward’) que se dan en esta geometría bajo condiciones de flujo separado. Para ello se han llevado a cabo simulaciones numéricas (DNS) y ensayos experimentales usando la técnica de Particle Image Velocimetry (PIV), para una variedad de números de Reynolds (Re) y ángulos de ataque (AoA). Se ha aplicado sobre los resultados numéricos la teoría de puntos críticos obteniendo, por primera vez para esta geometría, un diagrama de bifurcaciones que clasifica los diferentes regímenes topológicos en función del número de Reynolds y del ángulo de ataque. Se ha llevado a cabo una caracterización completa sobre el origen y la evolución de los patrones estructurales característicos del cuerpo estudiado. Puntos críticos de superficie y líneas de corriente tridimensionales han ayudado a describir el origen y la evolución de las principales estructuras presentes en el flujo hasta alcanzar un estado de estabilidad desde el punto de vista topológico. Este estado se asocia con el patrón de los vórtices ’horn’, definido por una topología característica que se encuentra en un rango de números de Reynolds muy amplio y en regímenes compresibles e incompresibles. Por otro lado, con el objeto de determinar las estructuras presentes en el flujo y sus frecuencias asociadas, se han usado distintas técnicas de análisis: Proper Orthogonal Decomposition (POD), Dynamic Mode Decomposition (DMD) y análisis de Fourier. Dichas técnicas se han aplicado sobre los datos experimentales y numéricos, demostrándose la buena concordancia entre ambos resultados. Finalmente, se ha encontrado en ambos casos, una frecuencia dominante asociada con una inestabilidad de los vórtices ’leeward’. ABSTRACT The hemisphere-cylinder may be considered as a simplified model for several geometries found in industrial applications such as aircrafts’ fuselages or submarines. Understanding the complex flow phenomena that surrounds this particular geometry is therefore of major industrial interest. This thesis presents an investigation of the origin and evolution of the complex flow pattern; i.e. separation bubbles, horn vortices and leeward vortices, around the hemisphere-cylinder under separated flow conditions. To this aim, threedimensional Direct Numerical Simulations (DNS) and experimental tests, using Particle Image Velocimetry (PIV) techniques, have been performed for a variety of Reynolds numbers (Re) and angles of attack (AoA). Critical point theory has been applied to the numerical simulations to provide, for the first time for this geometry, a bifurcation diagram that classifies the different flow topology regimes as a function of the Reynolds number and the angle of attack. A complete characterization about the origin and evolution of the complex structural patterns of this geometry has been put in evidence. Surface critical points and surface and volume streamlines were able to describe the main flow structures and their strong dependence with the flow conditions up to reach the structurally stable state. This state was associated with the pattern of the horn vortices, found on ranges from low to high Reynolds numbers and from incompressible to compressible regimes. In addition, different structural analysis techniques have been employed: Proper Orthogonal Decomposition (POD), Dynamic Mode Decomposition (DMD) and Fourier analysis. These techniques have been applied to the experimental and numerical data to extract flow structure information (i.e. modes and frequencies). Experimental and numerical modes are shown to be in good agreement. A dominant frequency associated with an instability of the leeward vortices has been identified in both, experimental and numerical results.

Wide-angle, high-concentration photovoltaics to compete with flat plate systems

A novel photovoltaic concentrator enables highly uniform irradiance on a small number of efficient solar cells. The maximum electrical power of a photovoltaic (PV) energy installation depends on three factors: the available irradiance, the size of the systems collecting sunlight, and the rate at which the device transforms light into electricity (the conversion efficiency). Developers can maximize the irradiance by carefully selecting the site and orientation of the solar facility. But they can only expand their sunlight collection systems for standard flat plate PV devices by increasing the number of solar cells, at greater cost. Here, we consider the advantages of an alternative PV system that produces more energy without increasing the number of cells used (actually, reducing it), by improving the conversion rates.We also present a new device that may enhance the commercial viability of such technologies.

A coupled elastoplastic-damage constitutive model with Lode angle dependent failure criterion

A coupled elastoplastic-damage constitutive model with Lode angle dependent failure criterion for high strain and ballistic applications is presented. A Lode angle dependent function is added to the equivalent plastic strain to failure definition of the Johnson–Cook failure criterion. The weakening in the elastic law and in the Johnson–Cook-like constitutive relation implicitly introduces the Lode angle dependency in the elastoplastic behaviour. The material model is calibrated for precipitation hardened Inconel 718 nickel-base superalloy. The combination of a Lode angle dependent failure criterion with weakened constitutive equations is proven to predict fracture patterns of the mechanical tests performed and provide reliable results. Additionally, the mesh size dependency on the prediction of the fracture patterns was studied, showing that was crucial to predict such patterns

Analysis of the performance of tapered semiconductor optical amplifiers: role of the taper angle

The beam properties of tapered semiconductor optical amplifiers emitting at 1.57 μm are analyzed by means of simulations with a self-consistent steady state electro-optical and thermal simulator. The results indicate that the self-focusing caused by carrier lensing is delayed to higher currents for devices with taper angle slightly higher than the free diffraction angle.

ESTUDO COMPARATIVO DA POSIÇÃO ÂNTERO POSTERIOR DOS PRIMEIROS MOLARES INFERIORES NO TRATAMENTO ORTODÔNTICO, UTILIZANDO AS TÉCNICAS STRAIGHT-WIRE E EDGEWISE, EM CASOS DE MÁ OCLUSÃO DE CLASSE I DE ANGLE, COM EXTRAÇÃO DE PRIMEIROS PRÉ-MOLARES

Este estudo avaliou o posicionamento ântero posterior dos primeiros molares inferiores, durante o tratamento ortodôntico, utilizando o arco lingual inferior como acessório de ancoragem na técnica Straight-Wire, em comparação aos casos tratados pela técnica Edgewise, sem a utilização do arco lingual. Dois grupos foram selecionados, ambos apresentando má oclusão de Classe I de Angle7, tratados com extração dos primeiros pré-molares superiores e inferiores. Foi utilizada uma amostra de 255 telerradiografias em norma lateral, obtidas de pacientes brasileiros, de ambos os sexos, com média de idade de 13 anos e 6 meses e com diferentes padrões de crescimento facial. Embasado na análise e discussão dos resultados, concluiu-se que: 1) do início do tratamento ao fim da fase de nivelamento, a perda de ancoragem coronária do primeiro molar inferior foi maior nos casos tratados com a técnica Straight-Wire; 2) do fim da fase de nivelamento ao fim do tratamento, a perda de ancoragem coronária e radicular do primeiro molar inferior foi maior na técnica Edgewise; 3) do início ao fim tratamento a perda de ancoragem radicular foi maior nos pacientes tratados com a técnica Edgewise; e 4) o deslocamento ântero-posterior dos incisivos inferiores não apresentou diferença estatisticamente significante para ambas as técnicas, em todas as etapas observadas.(AU)

ESTUDO COMPARATIVO DA POSIÇÃO ÂNTERO POSTERIOR DOS PRIMEIROS MOLARES INFERIORES NO TRATAMENTO ORTODÔNTICO, UTILIZANDO AS TÉCNICAS STRAIGHT-WIRE E EDGEWISE, EM CASOS DE MÁ OCLUSÃO DE CLASSE I DE ANGLE, COM EXTRAÇÃO DE PRIMEIROS PRÉ-MOLARES

Este estudo avaliou o posicionamento ântero posterior dos primeiros molares inferiores, durante o tratamento ortodôntico, utilizando o arco lingual inferior como acessório de ancoragem na técnica Straight-Wire, em comparação aos casos tratados pela técnica Edgewise, sem a utilização do arco lingual. Dois grupos foram selecionados, ambos apresentando má oclusão de Classe I de Angle7, tratados com extração dos primeiros pré-molares superiores e inferiores. Foi utilizada uma amostra de 255 telerradiografias em norma lateral, obtidas de pacientes brasileiros, de ambos os sexos, com média de idade de 13 anos e 6 meses e com diferentes padrões de crescimento facial. Embasado na análise e discussão dos resultados, concluiu-se que: 1) do início do tratamento ao fim da fase de nivelamento, a perda de ancoragem coronária do primeiro molar inferior foi maior nos casos tratados com a técnica Straight-Wire; 2) do fim da fase de nivelamento ao fim do tratamento, a perda de ancoragem coronária e radicular do primeiro molar inferior foi maior na técnica Edgewise; 3) do início ao fim tratamento a perda de ancoragem radicular foi maior nos pacientes tratados com a técnica Edgewise; e 4) o deslocamento ântero-posterior dos incisivos inferiores não apresentou diferença estatisticamente significante para ambas as técnicas, em todas as etapas observadas.(AU)

Comparação das atividades musculares durante a mastigação nas maloclusões de classe I e II de Angle

O objetivo deste estudo foi comparar a atividade muscular dos músculos da face e pescoço nas maloclusões Classe I e II de Angle, segundo o sexo. A amostra constou de 36 indivíduos, sendo 22 indivíduos com maloclusão classe I com média de idade de 22,4 anos e 14 indivíduos com maloclusão Classe II com média de idade de 22,8 anos. Os registros foram realizados por um eletromiógrafo de superfície, sendo analisada a atividade dos músculos masseter, temporal feixe anterior, esternocleidomastoídeo e digástrico ventre anterior dos lados direito e esquerdo durante a mastigação dos alimentos uva passa, bolacha água e sal e goma de mascar-PLOC. Após análise estatística descritiva e análise de variância os resultados mostraram que houve diferença estatisticamente significante apenas para os músculos: masseter direito durante a mastigação de uva passa quando comparadas as maloclusões de Classe I e II no sexo masculino; para o músculo digástrico direito quando comparado sexo e as maloclusões Classe I e II durante a mastigação dos três alimentos. Por fim, para o músculo digástrico esquerdo durante a mastigação de uva passa também encontramos diferença estatisticamente significante entre os sexos para as maloclusões Classe I e II. Nossos resultados sugerem que dependendo da consistência do alimento o tipo de maloclusão e sexo podem influenciar na atividade muscular durante a função da mastigação.(AU)

Comparação das atividades musculares durante a mastigação nas maloclusões de classe I e II de Angle

O objetivo deste estudo foi comparar a atividade muscular dos músculos da face e pescoço nas maloclusões Classe I e II de Angle, segundo o sexo. A amostra constou de 36 indivíduos, sendo 22 indivíduos com maloclusão classe I com média de idade de 22,4 anos e 14 indivíduos com maloclusão Classe II com média de idade de 22,8 anos. Os registros foram realizados por um eletromiógrafo de superfície, sendo analisada a atividade dos músculos masseter, temporal feixe anterior, esternocleidomastoídeo e digástrico ventre anterior dos lados direito e esquerdo durante a mastigação dos alimentos uva passa, bolacha água e sal e goma de mascar-PLOC. Após análise estatística descritiva e análise de variância os resultados mostraram que houve diferença estatisticamente significante apenas para os músculos: masseter direito durante a mastigação de uva passa quando comparadas as maloclusões de Classe I e II no sexo masculino; para o músculo digástrico direito quando comparado sexo e as maloclusões Classe I e II durante a mastigação dos três alimentos. Por fim, para o músculo digástrico esquerdo durante a mastigação de uva passa também encontramos diferença estatisticamente significante entre os sexos para as maloclusões Classe I e II. Nossos resultados sugerem que dependendo da consistência do alimento o tipo de maloclusão e sexo podem influenciar na atividade muscular durante a função da mastigação.(AU)

RELAÇÃO ENTRE TRANSTORNOS DE HÁBITOS ORAIS COM AS MALOCLUSÃO DE ANGLE E TIPOS FACIAIS

As maloclusões estão sempre presente em nossa pratica clínica, por isso é importante a prevenção das causas dessas maloclusões. Os transtornos dos hábitos podem aparecer nas diferentes maloclusões de Angle, Esses transtornos de hábitos podem ser causadores de maloclusões e evidenciar o tipo do padrão facial. O objetivo dessa pesquisa foi de analisar se a relação nos transtorna dos hábitos com as maloclusões de Angle e o tipo facial. A amostra foi composta por 398 pacientes com média de idade de 13 anos e 3 meses. De acordo com os resultados encontrados pode-se concluir que: Não houve associação estatisticamente significante entre o tipo de maloclusão e o tipo de amamentação; Não houve associação estatisticamente significante entre o tipo de maloclusão e a sucção de dedo ou de chupeta; Não houve associação estatisticamente significante entre o tipo facial e tipo de amamentação; Não houve associação estatisticamente significante entre tipo facial e o hábito de sucção de chupeta; Na associação de entre o tempo do hábito de sucção e tipo facial,houve maior freqüência deste hábito no tipo dolicofacial;Não houve associação estatisticamente entre o tempo dos hábitos e maloclusão; O tempo de sucção de chupeta foi maoir em braquifacial em relação dolicofacial.(AU)

RELAÇÃO ENTRE TRANSTORNOS DE HÁBITOS ORAIS COM AS MALOCLUSÃO DE ANGLE E TIPOS FACIAIS

As maloclusões estão sempre presente em nossa pratica clínica, por isso é importante a prevenção das causas dessas maloclusões. Os transtornos dos hábitos podem aparecer nas diferentes maloclusões de Angle, Esses transtornos de hábitos podem ser causadores de maloclusões e evidenciar o tipo do padrão facial. O objetivo dessa pesquisa foi de analisar se a relação nos transtorna dos hábitos com as maloclusões de Angle e o tipo facial. A amostra foi composta por 398 pacientes com média de idade de 13 anos e 3 meses. De acordo com os resultados encontrados pode-se concluir que: Não houve associação estatisticamente significante entre o tipo de maloclusão e o tipo de amamentação; Não houve associação estatisticamente significante entre o tipo de maloclusão e a sucção de dedo ou de chupeta; Não houve associação estatisticamente significante entre o tipo facial e tipo de amamentação; Não houve associação estatisticamente significante entre tipo facial e o hábito de sucção de chupeta; Na associação de entre o tempo do hábito de sucção e tipo facial,houve maior freqüência deste hábito no tipo dolicofacial;Não houve associação estatisticamente entre o tempo dos hábitos e maloclusão; O tempo de sucção de chupeta foi maoir em braquifacial em relação dolicofacial.(AU)

The lipid bilayer determines helical tilt angle and function in lactose permease of Escherichia coli

The structure of lactose permease from Escherichia coli in its lipid environment was studied by attenuated total reflection Fourier transform infrared spectroscopy. The protein exhibits an α-helical content of about 65% and about 25% β-sheet. Unusually fast hydrogen/deuterium (H/D) exchange to 90–95% completion suggests a structure that is highly accessible to the aqueous phase. An average tilt angle of 33° for the helices was found with respect to the bilayer normal at a lipid-to-protein ratio of ≈800:1 (mol/mol), and the permease exhibits optimal activity under these conditions. However, upon decreasing the lipid-to-protein ratio, activity decreases continuously in a manner that correlates with the decrease in the lipid order parameter and the increase in the average helical tilt angle. Taken together, the data indicate that the structure and function of the permease are strongly dependent on the order and integrity of the lipid bilayer.

A Cross-Polarization, Magic-Angle-Spinning, 13C-Nuclear-Magnetic-Resonance Study of Polysaccharides in Sugar Beet Cell Walls1

Solid-state nuclear magnetic resonance relaxation experiments were used to study the rigidity and spatial proximity of polymers in sugar beet (Beta vulgaris) cell walls. Proton T1ρ decay and cross-polarization patterns were consistent with the presence of rigid, crystalline cellulose microfibrils with a diameter of approximately 3 nm, mobile pectic galacturonans, and highly mobile arabinans. A direct-polarization, magic-angle-spinning spectrum recorded under conditions adapted to mobile polymers showed only the arabinans, which had a conformation similar to that of beet arabinans in solution. These cell walls contained very small amounts of hemicellulosic polymers such as xyloglucan, xylan, and mannan, and no arabinan or galacturonan fraction closely associated with cellulose microfibrils, as would be expected of hemicelluloses. Cellulose microfibrils in the beet cell walls were stable in the absence of any polysaccharide coating.

Determination of the angle between the anticodon and aminoacyl acceptor stems of yeast phenylalanyl tRNA in solution.

A principal feature of the crystal structures of tRNAs is an L-shaped tertiary conformation in which the aminoacyl acceptor stem and the anticodon stem are approximately perpendicular. However, the anticodon-acceptor interstem angle has not been precisely quantified in solution for any tRNA. Such a determination would represent an important test of the predicted global conformation of tRNAs in solution. To this end, we have constructed a yeast tRNA(Phe) heteroduplex RNA molecule in which the anticodon and acceptor stems of the tRNA have each been extended by approximately 70 base pairs. A comparison of the rotational decay times of the heteroduplex molecule and a linear control yields an interstem angle of 89 +/- 4 degrees in 4 mM magnesium chloride/100 microM spermine hydrochloride, essentially identical to the corresponding angle observed in the crystal under similar buffer and temperature conditions. The current approach is applicable to the study of a wide variety of RNA molecules that possess elements of nonhelical structure.