Statistical approach to bulk inclusion initialized damage in films

In experiments, we have found an abnormal relationship between probability of laser induced damage and number density of surface inclusion. From results of X-ray diffraction (XRD) and laser induced damage, we have drawn a conclusion that bulk inclusion plays a key role in damage process. Combining thermo-mechanical damage process and statistics of inclusion density distribution, we have deduced an equation which reflects the relationship between probability of laser induced damage, number density of inclusion, power density of laser pulse, and thickness of films. This model reveals that relationship between critical sizes of the dangerous inclusions (dangerous inclusions refer to the inclusions which can initialize film damage), embedded depth of inclusions, thermal diffusion length and tensile strength of films. This model develops the former work which is the statistics about surface inclusion. (c) 2006 Elsevier B.V. All rights reserved.

Estudo da margem continental ibérica ocidental com base em dados gravimétricos e magnetométricos regionais

Os métodos potenciais são conhecidos como uma ferramenta útil para estudos regionais. Na Ibéria Ocidental, a gravimetria e a magnetometria podem ser utilizadas para auxiliar no entendimento de algumas questões sobre a estruturação tectônica offshore. Nesta região, tanto as estruturas geradas pela quebra continental, quanto às herdadas do embasamento variscano, tem uma importante contribuição para a resposta geofísica regional observada com estes métodos. Este trabalho tem como objetivo correlacionar as feições geofísicas observadas com alguns modelos geológicos do arcabouço tectônico da Ibéria Ocidental já publicados na literatura. Mapas filtrados foram usados para auxiliar no reconhecimento de diferentes assinaturas geofísicas, os quais foram calculados a partir dos mapas de gravidade Bouguer e do campo magnético total tais como o gradiente horizontal total, derivada tilt, derivada vertical, e integral vertical. O domínio crustal continental foi definido a partir da interpretação dos dados gravimétricos, utilizando gradiente de gravidade horizontal total da Anomalia Bouguer. Os dados magnéticos, originais e filtrados, foram utilizados para identificar mais três domínios regionais offshore, que sugerem a existência de três tipos de crosta não-siálica. Dois deles são propostos como domínios de transição. A região da crosta de transição mais próxima do continente tem uma fraca resposta regional magnética, e a porção mais distal é um domínio de anomalia de alta amplitude, semelhante à resposta magnética oceânica. O limite crustal oceânico não pôde ser confirmado, mas um terceiro domínio offshore, a oeste da isócrona C34, poderia ser considerado como crosta oceânica, devido ao padrão magnético que apresenta. Alguns lineamentos do embasamento foram indicados na crosta continental offshore. As feições gravimétricas e magnéticas interpretadas coincidem, em termos de direção e posição, com zonas de sutura variscanas, mapeados em terra. Assim, esses contatos podem corresponder à continuação offshore destas feições paleozoicas, como o contato entre as zonas de Ossa Morena-Zona Centro-Ibérica. Nesta interpretação, sugere-se que a crosta continental offshore pode ser composta por unidades do Sudoeste da Península Ibérica. Isto permite considerar que a Falha de Porto-Tomar pertence a uma faixa de deformação strike-slip, onde parte das bacias mesozoicas da margem continental está localizada.

Avaliação da biodegradabilidade de filmes de polihidroxibutirato com borracha natural

A modernidade exige materiais versáteis, resistentes e, durante um longo tempo os plásticos serviram a esse propósito. Entretanto, o acúmulo desses materiais ao serem descartados no meio ambiente tornou-se um problema Os polímeros biodegradáveis surgiram neste cenário como alternativa para evitar o acúmulo de resíduos plásticos no meio ambiente. O polihidroxibutirato (PHB) representa uma classe de polímeros biodegradáveis, mas que apresenta um alto custo e possui ainda propriedades térmicas limitadas. A borracha natural possui excelentes propriedades mecânicas, resistência ao envelhecimento, flexibilidade e apresenta melhor custo benefício se comparada com as borrachas sintéticas. Neste estudo, foram elaboradas misturas poliméricas de polihidroxibutirato (PHB) e látex de borracha natural em diferentes concentrações, por prensagem à quente. Os ensaios de calorimetria diferencial de varredura (DSC), análise termogravimétrica (TGA), espectrometria na região do infravermelho (FTIR), microscopia ótica (MO) e microscopia eletrônica de varredura (MEV) foram utilizados para caracterizar e avaliar as propriedades das misturas poliméricas. O PHB e as misturas com borracha natural foram submetidos ao ensaio de biodegradabilidade através do enterro em solo simulado, conforme a norma ASTM G 160-03, variando por um período de 2 a 17 semanas. Ao final de cada período foram determinadas a perda de massa, a morfologia dos corpos de prova e foram realizadas as análises de DSC, TGA e FTIR. As misturas poliméricas apresentaram menor resistência térmica do que o PHB. No ensaio de biodegradabilidade, as misturas foram consideradas biodegradáveis, segundo a norma ASTM G 160-03 e tiveram a porcentagem de cristalinidade reduzida, tendo o teor de borracha natural contribuído para aumentar a taxa de biodegradação. As análises por MEV comprovaram a existência de consórcios de microrganismos, responsáveis pela biodegradação do PHB e das misturas poliméricas

Avaliação de aminoácidos como inibidores de corrosão para cobre em meio de água do mar artificial

Inibidores de corrosão são substâncias que quando adicionadas a um meio agressivo, diminuem ou previnem a reação de oxidação de um metal com este meio e/ou as reações de redução de espécies presentes no meio. Para a inibição da corrosão de cobre e suas ligas em meios ácidos ou neutros, o inibidor mais empregado é o benzotriazol (BTAH), o qual forma complexos com os íons Cu (I) e Cu (II) na superfície do metal, diminuindo o processo corrosivo. A preocupação com a preservação ambiental e a toxicidade de inibidores de corrosão vem sendo discutida na literatura. Vários estudos têm-se intensificado usando aminoácidos, como proposta para substituição ao BTAH, considerado tóxico. Entre os aminoácidos estudados, dois apresentavam enxofre em suas moléculas (cisteína e metionina) e um outro sem heteroátomo na cadeira lateral (glicina). As concentrações variaram entre 10-2 a 10-4 mol/L e pH da solução entre 7,2 e 8,4. Foram realizadas medidas gravimétricas (ensaios de imersão total) e técnicas eletroquímicas, tais como polarização potenciodinâmica e espectroscopia de impedância eletroquímica. A caracterização morfológica da superfície do substrato após os ensaios de imersão total (743 horas) foi feita por meio de microscopia eletrônica de varredura (MEV), espectroscopia de raios X por dispersão de energia (EDS ou EDX) e difração de raios X (DRX). Embora os resultados com aminoácidos tenham sido sempre muito inferiores àqueles obtidos na presença de BTAH, comportamentos semelhantes em função da concentração dos aminoácidos puderam ser observados pelos diagramas de Nyquist. Contudo, com exceção dos resultados verificados para o meio contendo cisteína 10-2 mol/L, todas as eficiências de inibição para os meios contendo aminoácidos, obtidas pelos ensaios de imersão total, foram negativas, mostrando que o tempo de exposição também pode ser relevante para o desempenho destes inibidores. Entre todos os aminoácidos testados, os meios contendo glicina apresentaram os piores desempenhos anticorrosivos, inclusive acelerando o processo de dissolução anódica do cobre. Esse resultado pode estar relacionado à faixa de pH das soluções testadas e à solubilidade dos complexos de cobre formados com os aminoácidos, mostrando que uma faixa ótima de pH também deve ser assegurada para aprimorar a ação destes aminoácidos como inibidores de corrosão

Avaliação da eficácia de uma nova formulação de anfotericina B poliagregada em diferentes esquemas terapêuticos no tratamento da esporotricose experimental causada por Sporothrix brasiliensis

A esporotricose é uma micose subcutânea, crônica, causada por espécies termo-dimórficas do complexo Sporothrix schenckii. Esta micose apresenta diferentes manifestações clínicas sendo mais comum a forma linfocutânea. Casos graves causados por Sporothrix brasiliensis têm sido descritos recentemente, exigindo um tratamento prolongado com antifúngicos de alta toxicidade como a anfotericina B-desoxicolato ou suas versões menos tóxicas, mas de alto custo. Neste trabalho visamos testar in vitro e in vivo a eficácia de uma nova formulação intravenosa de anfotericina B poliagregada (P-AmB) e testar in vivo sua versão semi-sólida (AmB tópica), comparando-a com o itraconazol (ITC) e a anfotericina B-desoxicolato (D-AmB). Ensaios de susceptibilidade in vitro com S. brasiliensis mostraram que esta espécie é suscetível aos antifúngicos testados. Para os testes de eficácia in vivo foram estabelecidos um modelo de esporotricose disseminada e outro de esporotricose subcutânea, causados por S. brasiliensis. No modelo de esporotricose disseminada camundongos BALB/c foram inoculados intravenosamente com leveduras de S. brasiliensis e, 72 h pós-infecção, tratados sob diferentes regimes terapêuticos: i) uma monoterapia de ITC, D-AmB ou P-AmB; ii) uma combinação terapêutica entre D-AmB e ITC ou P-AmB e ITC; iii) um regime de pulso com D-AmB ou P-AmB. A sobrevivência (n= nove) e a carga fúngica em órgãos internos (n= três, no mínimo) foram avaliadas, sendo observado que o regime de pulso com D-AmB ou P-AmB foi o mais efetivo em prolongar a sobrevivência dos animais e reduzir a carga fúngica nos órgãos, seguido pela combinação terapêutica, porém o tratamento com D-AmB e ITC foi a combinação mais efetiva. A monoterapia com ITC e P-AmB e D-AmB foram menos eficazes, sendo corroborados pelas análises histopatológicas. Ensaios de toxicidade in vivo com as diferentes drogas revelaram que ITC e D-AmB induziram a uma toxicidade hepática e renal nos animais, respectivamente, mas P-AmB não induziu a nenhuma toxicidade. Nos ensaios de citoxicidade in vitro foi observado que ITC foi a menos citotóxica e hemolítica e a mais seletiva das drogas testadas, seguida por P-AmB, que foi menos citotóxica e mais seletiva que D-AmB. No modelo de esporotricose subcutânea camundongos da mesma linhagem foram inoculados por via subcutânea com conídios de S. schenckii e de S. brasiliensis (n=9/ grupo). Os animais infectados com S. brasiliensis apresentaram regressão das lesões primárias e disseminação. Usando o modelo de esporotricose subcutânea murina causada por S. brasiliensis testamos peliminarmente a formulação tópica de AmB poliagregada, que reduziu a extensão das lesões de animais infectados. Este é o primeiro trabalho a avaliar diferentes regimes de tratamento da esporotricose disseminada murina causada por S. brasiliensis utilizando ITC, D-AmB e uma nova formulação menos tóxica de anfotericina B poliagregada. O estudo revelou que o regime de pulso foi o mais eficaz para as formulações intravenosas de AmB. Nosso estudo também estabeleceu pioneiramente um modelo de esporotricose subcutânea induzido por S. brasiliensis, que se revelou uma ferramenta útil para comparar a virulência das espécies do complexo S. schenckii e para testar a eficácia de antifúngicos contra essas novas espécies.

Viscous state effect on the activity of Fe nanocatalysts.

Many applications of nanotubes and nanowires require controlled bottom-up engineering of these nanostructures. In catalytic chemical vapor deposition, the thermo-kinetic state of the nanocatalysts near the melting point is one of the factors ruling the morphology of the grown structures. We present theoretical and experimental evidence of a viscous state for nanoparticles near their melting point. The state exists over a temperature range scaling inversely with the catalyst size, resulting in enhanced self-diffusion and fluidity across the solid-liquid transformation. The overall effect of this phenomenon on the growth of nanotubes is that, for a given temperature, smaller nanoparticles have a larger reaction rate than larger catalysts.

Simulation of spherical turbulent premixed flames

Outwardly-propagating spherical turbulent premixed flames are studied using Reynolds-Averaged Navier-Stokes methodology. The reaction rate closure is based on recently developed strained flamelets, where the flamelets are parametrised using the scalar dissipation rate. It is shown that the leading edge speed for the spherical flame is higher than for the planar case, for a given turbulence and thermo-chemical conditions. In addition, it is shown that including the mean curvature effects in the reaction rate closure do not influence the spherical flame speeds when compared with a model that excludes these effects.

Increasing the life of flare tips

Flare tips are essential for safety. Maintenance is difficult and costly. Flare tips are subjected to high combustion temperatures, thermal cycling, oxidation and marine corrosion. Following a number of flare tip failures an in depth study by Imperial College was carried out into the failure of a flare tip from a UK platform, looking for service life improvement. Materials selection and design solutions were considered. The study considered alternative materials and concluded that materials selection was the smaller part of the answer; design changes can double service life. This study used failure investigation, high temperature experimental and thermo-mechanical modelling analysis. The modelling process simulated two common flaring conditions and correctly predicted the observed failure of initiation and crack propagation from holes used to bolt on flame stabilizing plates to the top of the flare. The calculated thermal stress and strains enabled the low cycle fatigue life and minimum creep life to be predicted. It was concluded that service life could be improved by replacing Incoloy alloy 800HT (UNS N08800) with Inconel alloy 625 (UNS N06625), an alloy with attractive mechanical properties and improved high temperature corrosion resistance. Repositioning or eliminating bolt holes can double service life. Copyright 2008, Society of Petroleum Engineers.

Cinematographic OH-PLIF measurements of two interacting turbulent premixed flames with and without acoustic forcing

This paper describes an experimental investigation into the interactions that occur between two lean turbulent premixed flames stabilised on conical bluff-bodies when they are moved closer together. Cinematographic OH-PLIF measurements were acquired to investigate adjacent flame front interactions as a function of flame separation distance (S). Flame surface density (FSD) and curvature were determined to characterise the unforced flames. Acoustic forcing was then applied to explore the amplitude dependent thermo-acoustic response. Phase-averaged FSD and global heat release measurements in the form of OH * chemiluminescence were obtained for a range of forcing frequencies (f) and amplitudes (A) as a function of S. As the flames were brought closer together the adjacent annular jets were found to merge into a single jet structure. This caused adjacent flame fronts to merge above the wake region between the two flames at a location determined by the jet efflux (flame angle) and S. This region of flame-flame interaction we refer to as 'interacting region'. In the unforced flames, a trend of increasingly negative curvature for decreasing S produced a small net increase in flame surface area via cusp formation. When subjected to acoustic forcing, S-dependent regimes were found in the global heat release response as a function A. The overall trend showed that the occurrence of jet/flame merging reduces the value of A at which non-linear response occurs. In support of previous findings for flames stabilised along shear layers, the phase-averaged FSD showed that the flame dynamics that drive the thermo-acoustic response result from the roll-up of vortices which generate large-scale vortex-flame interactions. Compared with axisymmetric flames, the occurrence of jet merging alters the vortex-flame interactions resulting in an asymmetric contribution to the heat release between the wall and interacting regions. The majority of the heat release was found to occur in the interacting region through the rapid production and destruction of flame surface area. The occurrence of jet merging and large-scale interactions between adjacent flames result in different physical mechanisms that drive the thermo-acoustic response compared with single axisymmetric flames. © 2011.

Dual-mode thin film bulk acoustic wave resonators for parallel sensing of temperature and mass loading.

Thin film bulk acoustic wave resonator (FBAR) devices supporting simultaneously multiple resonance modes have been designed for gravimetric sensing. The mechanism for dual-mode generation within a single device has been discussed, and theoretical calculations based on finite element analysis allowed the fabrication of FBARs whose resonance modes have opposite reactions to temperature changes; one of the modes exhibiting a positive frequency shift for a rise of temperature whilst the other mode exhibits a negative shift. Both modes exhibit negative frequency shift for a mass load and hence by monitoring simultaneously both modes it is possible to distinguish whether a change in the resonance frequency is due to a mass load or temperature variation (or a combination of both), avoiding false positive/negative responses in gravimetric sensing without the need of additional reference devices or complex electronics.

Dual-mode thin film bulk acoustic wave resonators for parallel sensing of temperature and mass loading

Thin film bulk acoustic wave resonator (FBAR) devices supporting simultaneously multiple resonance modes have been designed for gravimetric sensing. The mechanism for dual-mode generation within a single device has been discussed, and theoretical calculations based on finite element analysis allowed the fabrication of FBARs whose resonance modes have opposite reactions to temperature changes; one of the modes exhibiting a positive frequency shift for a rise of temperature whilst the other mode exhibits a negative shift. Both modes exhibit negative frequency shift for a mass load and hence by monitoring simultaneously both modes it is possible to distinguish whether a change in the resonance frequency is due to a mass load or temperature variation (or a combination of both), avoiding false positive/negative responses in gravimetric sensing without the need of additional reference devices or complex electronics. © 2012 Elsevier B.V.

Experimental investigation of turbine stator well rim seal, reingestion and interstage seal flows using gas concentration techniques and displacement measurements

Gas turbine engine performance requires effective and reliable internal cooling over the duty cycle of the engine. Life predictions for rotating components subject to the main gas path temperatures are vital. This demands increased precision in the specification of the internal air system flows which provide turbine stator well cooling and sealing. This in turn requires detailed knowledge of the flow rates through rim seals and interstage labyrinth seals. Knowledge of seal movement and clearances at operating temperatures is of great importance when prescribing these flows. A test facility has been developed at the University of Sussex, incorporating a two stage turbine rated at 400 kW with an individual stage pressure ratio of 1.7:1. The mechanical design of the test facility allows internal cooling geometry to be rapidly re-configured, while cooling flow rates of between 0.71 CW, ENT and 1.46 C W, ENT, may be set to allow ingress or egress dominated cavity flows. The main annulus and cavity conditions correspond to in cavity rotational Reynolds numbers of 1.71×106< Reφ <1.93×106. Displacement sensors have been used to establish hot running seal clearances over a range of stator well flow conditions, allowing realistic flow rates to be calculated. Additionally, gas seeding techniques have been developed, where stator well and main annulus flow interactions are evaluated by measuring changes in gas concentration. Experiments have been performed which allow rim seal and re-ingestion flows to be quantified. It will be shown that this work develops the measurement of stator well cooling flows and provides data suitable for the validation of improved thermo-mechanical and CFD codes, beneficial to the engine design process. Copyright © 2011 by Rolls-Royce plc.

Comparison between granular pillared, organo- and inorgano-organo-bentonites for hydrocarbon and metal ion adsorption

Granular reactive materials have higher permeability and are therefore desirable for in situ groundwater pollution control. Three granular bentonites were prepared: an Al-pillared bentonite (PBg), an organo-bentonite (OBg) using a quaternary ammonium cation (QAC), and an inorgano-organo-bentonite (IOBg), using both the pillaring agent and the QAC. Powdered IOB (IOBp) was also prepared to test the effect of particle size. The modified bentonites were characterised with X-ray diffraction (XRD), Fourier transform infrared spectrometry (FT-IR), thermal gravimetric analysis (TGA) and uniaxial compression tests. The d-spacing increased only with QAC intercalation. The Young's modulus of IOBg was twice as high as OBg. Batch adsorption tests were performed with aqueous multimetal solutions of Pb2+, Cu2+, Cd2+, Zn2+ and Ni2+ ions, with liquid dodecane and with aqueous dodecane solutions. Metal adsorption fit the Langmuir isotherm. Adsorption occurred within 30min for PBg, while the granular organo-bentonite needed at least 12h to reach equilibrium. IOBp had the maximum adsorption capacity at higher metal concentration and lower adsorbent content (Cu2+: 2.2, Ni2+: 1.7, Zn2+: 1.4, Cd2+: 0.9 and Pb2+: 0.7 all in mmolg-1). The dual pillaring of the QAC and Al hydroxide increased the adsorption. The adsorption of liquid dodecane was in the order IOBg>OBg>PBg (3.2>2.7>1.7mmolg-1). Therefore IOBg has potential for the removal of toxic compounds found in soil, groundwater, storm water and wastewater. © 2012 Elsevier B.V.

Accelerator-induced transients in Accelerator Driven Subcritical Reactors

Achieving higher particles energies and beam powers have long been the main focus of research in accelerator technology. Since Accelerator Driven Subcritical Reactors (ADSRs) have become the subject of increasing interest, accelerator reliability and modes of operation have become important matters that require further research and development in order to accommodate the engineering and economic needs of ADSRs. This paper focuses on neutronic and thermo-mechanical analyses of accelerator-induced transients in an ADSR. Such transients fall into three main categories: beam interruptions (trips), pulsed-beam operation, and beam overpower. The concept of a multiple-target ADSR is shown to increase system reliability and to mitigate the negative effects of beam interruptions, such as thermal cyclic fatigue in the fuel cladding and the huge financial cost of total power loss. This work also demonstrates the effectiveness of the temperature-to-reactivity feedback mechanisms in ADSRs. A comparison of shutdown mechanisms using control rods and beam cut-off highlights the intrinsic safety features of ADSRs. It is evident that the presence of control rods is crucial in an industrial-scale ADSR. This paper also proposes a method to monitor core reactivity online using the repetitive pattern of beam current fluctuations in a pulsed-beam operation mode. Results were produced using PTS-ADS, a computer code developed specifically to study the dynamic neutronic and thermal responses to beam transients in subcritical reactor systems. © 2012 Elsevier B.V.

Response of two acoustically excited turbulent premixed flames to an imposed phase lag

This paper describes an experimental investigation into the interactions that occur between two acoustically forced lean turbulent premixed flames for an induced phase lag. Phase-averaged FSD from cinematographic OH-PLIF measurements and global heat release measurements were obtained for a range phase lags (ψ S) and amplitudes (A) as a function of flame separation distance, S. The effect of bringing two flames closer together causes jet merging, which alters the vortex flame interactions that drive the thermo-acoustic response. To simulate circumferential modes a phase lag was introduced, which affected the flame dynamics in the region of flame-flame interaction, with these changes dependent on S. For moderate separation distances, the flame structure becomes increasingly asymmetric inducing a very small transverse oscillation. However, for moderate phase lags (φ s ≤ 20) the magnitude of these changes and their subsequent influence on the thermo-acoustic response was found to be slight in comparison with changes in S. Copyright © 2012 by the American Institute of Aeronautics and Astronautics, Inc.