A model of an isolated magnetic-flux tube in a stratified atmosphere

A two-dimensional model of a magnetic flux tube confined in a gravitational stratified atmosphere is discussed. The magnetic field in the flux tube is assumed to be force-free. By using the approximation of large scale height, the problem of a free boundary with nonlinear conditions may be reduced to one involving a fixed boundary. The two-dimensional features are obtained by applying the perturbation method and adopting the Luest-Schlueter model as the basic state. The results show that the configuration of a flux tube confined in a gravitational stratified atmosphere is divergent, and the more twisted the magnetic field, the more divergent is the flux tube.

大洋中脊的形成过程

本文从热传导方程出发,得到了大洋中脊下岩石层温度分布的分析表达式及数值计算结果。结果表明,软流层上涌流动所提供的热源可以使大洋中脊下岩石层逐步融化;岩石层的相对移动速度对大洋中脊岩石层温度场及融化深度影响较大。 

PREDICTION OF VORTEX-INDUCED VIBRATION OF FLEXIBLE RISER USING AN IMPROVED WAKE-OSCILLATOR MODEL

Based on improving the wake-oscillator model, an analytical model for vortex-induced vibration (VIV) of flexible riser under non-uniform current is presented, in which the variation of added mass at lock-in and the nonlinear relationship between amplitude of response and reduced velocity are considered. By means of empirical formula combining iteration computation, the improved analytical model can be conveniently programmed into computer code with simpler and faster computation process than CFD so as to be suitable to application of practical engineering. This model is validated by comparing with experimental result and numerical simulation. Our results show that the improved model can predict VIV response and lock-in region more accurately. At last, illustrative examples are given in which the amplitude of response of flexible riser experiencing VIV under action of non-uniform current is calculated and effects of riser tension and flow distribution along span of riser are explored. It is demonstrated that with the variation of tension and flow distribution, lock-in region of mode behaves in different way, and thus the final response is a synthesis of response of locked modes.

Computational modelling of multi-physics processes on high performance parallel computer systems

The demands of the process of engineering design, particularly for structural integrity, have exploited computational modelling techniques and software tools for decades. Frequently, the shape of structural components or assemblies is determined to optimise the flow distribution or heat transfer characteristics, and to ensure that the structural performance in service is adequate. From the perspective of computational modelling these activities are typically separated into: • fluid flow and the associated heat transfer analysis (possibly with chemical reactions), based upon Computational Fluid Dynamics (CFD) technology • structural analysis again possibly with heat transfer, based upon finite element analysis (FEA) techniques.

Modelling and optimization of a pneumatic microfeeder system

This paper presents modelling and design optimization of a microfeeder which, as part of a microassembly system, is used for contactless object delivery. The microfeeder consists of an array of microactuators which are controlled by electrostatic actuation and used for maneuvering outcoming air jet for object hovering and delibery. The airflow behaviour in the microactuator is analysed by means of fluid mechanics and Computational Fluid Dynamics (CFD) simulation from three aspects, theoretical analysis, initial design assessment, and design modifications. The focus is put on the basic types of the microfeeder structure and the effects of structural details to the systematic performance. The structural pattern of the microactuator for forming airflow nozzle is identified and two design plans are proposed as basic structure patterns of pneumatic microactuators. The optimized design numerically shows the ability of delivering objects. This paper analyses the flow distribution pattern in microactuators and points out a way for effective design of pneumatic microfeeder systems. The optimization strategy provided by the present paper has close relevance to the design and manufacture of pneumatic microfeeder systems.

Experimental validation of the performance of a microreactor for the high-throughput screening of catalytic coatings

In this paper, the results of computational fluid dynamics simulations of flow, temperature, and concentration distributions used in the design of a microreactor for the high-throughput screening of catalytic coatings (Mies et al., Chem. Eng. J. 2004, 101, 225) are compared with experimental data, and good agreement is obtained in all cases. The experimental results on flow distribution were obtained from laser Doppler anemometry measurements in the range of Reynolds numbers from 6 to 113. The measured flow nonuniformity in the separate reactor compartments was below 2%. The temperature distribution was obtained from thermocouple measurements. The temperature nonuniformity between the reactor compartments was below 3 K at a maximum heat production rate of 1.3 W in ethylene oxidation at 425 degrees C over CuO/Al2O3/Al coatings. With respect to concentration gradients, a deviation from the average rate of reaction of only 2.3% was obtained at realistic process conditions in the ethylene ammoxidation process over identical Co-ZSM-5 coatings in all reactor compartments. The cross talking noise between separate compartments does not exceed 0.1% when the reactor parts have a smooth surface finish. This illustrates the importance of ultraprecision machining of surfaces in microtechnology, when interfaces cannot be avoided.

Numerically Investigating the Effects of Cross-Links in Scaled Microchannel Heat Sinks

Thermal management as a method of heightening performance in miniaturized electronic devices using microchannel heat sinks has recently become of interest to researchers and the industry. One of the current challenges is to design heat sinks with uniform flow distribution. A number of experimental studies have been conducted to seek appropriate designs for microchannel heat sinks. However, pursuing this goal experimentally can be an expensive endeavor. The present work investigates the effect of cross-links on adiabatic two-phase flow in an array of parallel channels. It is carried out using the three dimensional mixture model from the computational fluid dynamics software, FLUENT 6.3. A straight channel and two cross-linked channel models were simulated. The cross-links were located at 1/3 and 2/3 of the channel length, and their widths were one and two times larger than the channel width. All test models had 45 parallel rectangular channels, with a hydraulic diameter of 1.59 mm. The results showed that the trend of flow distribution agrees with experimental results. A new design, with cross-links incorporated, was proposed and the results showed a significant improvement of up to 55% on flow distribution compared with the standard straight channel configuration without a penalty in the pressure drop. Further discussion about the effect of cross-links on flow distribution, flow structure, and pressure drop was also documented.

Road traffic information platform for energy and emissions savings

Apesar das recentes inovações tecnológicas, o setor dos transportes continua a exercer impactes significativos sobre a economia e o ambiente. Com efeito, o sucesso na redução das emissões neste setor tem sido inferior ao desejável. Isto deve-se a diferentes fatores como a dispersão urbana e a existência de diversos obstáculos à penetração no mercado de tecnologias mais limpas. Consequentemente, a estratégia “Europa 2020” evidencia a necessidade de melhorar a eficiência no uso das atuais infraestruturas rodoviárias. Neste contexto, surge como principal objetivo deste trabalho, a melhoria da compreensão de como uma escolha de rota adequada pode contribuir para a redução de emissões sob diferentes circunstâncias espaciais e temporais. Simultaneamente, pretende-se avaliar diferentes estratégias de gestão de tráfego, nomeadamente o seu potencial ao nível do desempenho e da eficiência energética e ambiental. A integração de métodos empíricos e analíticos para avaliação do impacto de diferentes estratégias de otimização de tráfego nas emissões de CO2 e de poluentes locais constitui uma das principais contribuições deste trabalho. Esta tese divide-se em duas componentes principais. A primeira, predominantemente empírica, baseou-se na utilização de veículos equipados com um dispositivo GPS data logger para recolha de dados de dinâmica de circulação necessários ao cálculo de emissões. Foram percorridos aproximadamente 13200 km em várias rotas com escalas e características distintas: área urbana (Aveiro), área metropolitana (Hampton Roads, VA) e um corredor interurbano (Porto-Aveiro). A segunda parte, predominantemente analítica, baseou-se na aplicação de uma plataforma integrada de simulação de tráfego e emissões. Com base nesta plataforma, foram desenvolvidas funções de desempenho associadas a vários segmentos das redes estudadas, que por sua vez foram aplicadas em modelos de alocação de tráfego. Os resultados de ambas as perspetivas demonstraram que o consumo de combustível e emissões podem ser significativamente minimizados através de escolhas apropriadas de rota e sistemas avançados de gestão de tráfego. Empiricamente demonstrou-se que a seleção de uma rota adequada pode contribuir para uma redução significativa de emissões. Foram identificadas reduções potenciais de emissões de CO2 até 25% e de poluentes locais até 60%. Através da aplicação de modelos de tráfego demonstrou-se que é possível reduzir significativamente os custos ambientais relacionados com o tráfego (até 30%), através da alteração da distribuição dos fluxos ao longo de um corredor com quatro rotas alternativas. Contudo, apesar dos resultados positivos relativamente ao potencial para a redução de emissões com base em seleções de rotas adequadas, foram identificadas algumas situações de compromisso e/ou condicionantes que devem ser consideradas em futuros sistemas de eco navegação. Entre essas condicionantes importa salientar que: i) a minimização de diferentes poluentes pode implicar diferentes estratégias de navegação, ii) a minimização da emissão de poluentes, frequentemente envolve a escolha de rotas urbanas (em áreas densamente povoadas), iii) para níveis mais elevados de penetração de dispositivos de eco-navegação, os impactos ambientais em todo o sistema podem ser maiores do que se os condutores fossem orientados por dispositivos tradicionais focados na minimização do tempo de viagem. Com este trabalho demonstrou-se que as estratégias de gestão de tráfego com o intuito da minimização das emissões de CO2 são compatíveis com a minimização do tempo de viagem. Por outro lado, a minimização de poluentes locais pode levar a um aumento considerável do tempo de viagem. No entanto, dada a tendência de redução nos fatores de emissão dos poluentes locais, é expectável que estes objetivos contraditórios tendam a ser minimizados a médio prazo. Afigura-se um elevado potencial de aplicação da metodologia desenvolvida, seja através da utilização de dispositivos móveis, sistemas de comunicação entre infraestruturas e veículos e outros sistemas avançados de gestão de tráfego.

Efecto de ajuste del flujo dializante (Qd) sobre la eficacia en hemodialisis a pacientes de bajo peso

Introducción: Las guías KDOQI del 2006 utilizan patrón de adecuación de diálisis el Kt/V, donde V es volumen de distribución de la úrea, pacientes de bajo peso tienen menor agua corporal total, menor V, que podrían reducir el requerimiento de Qd sin afectar la eficiencia de la diálisis. Objetivo: Evaluar el efecto sobre la adecuación de hemodiálisis que produce la reducción del Qd en pacientes con peso menor o igual a 60 kg . Metodología: Se incluyeron pacientes con Enfermedad Renal crónica en hemodiálisis de forma regular con peso menor o igual a 60 Kg de la unidad renal, para evaluar dos períodos I y II, se continuaron los parámetros de la terapia, con descenso del Qd para el segundo período . Las variables fueron recolectadas de forma directa por los investigadores de la historia clínica . Los valores así obtenidos serían comparados mediante prueba t para variables relacionadas o pareadas, y significancia estadística de la prueba inferior a 0,05. Resultados: Se incluyeron 61 pacientes, el 60.7% sexo femenino, promedio de edad 57,3 años (DE 14,8). Edad promedio de los hombres 60,1 (DE 13,9) y de las mujeres fue de 55,9 (DE 15,4). No se encontraron diferencias estadísticamente significativas para las variables Kt/V y Hb, con descenso significativo del P. (p 0.015) Conclusiones: Este estudio demuestra que se logra una adecuada terapia con Qd inferiores a los estándares tradicionales, con 400ml /min en pacientes de bajo peso, siempre y cuando se mantengan los demás parámetros de suplencia renal.

Estudo da perfusão pulmonar em crianças hospitalizadas com bronquite viral aguda por meio da cintilografia pulmonar perfusional quantitativa com 99mTC-MMA

Introdução: O conhecimento da distribuição da perfusão pulmonar pela cintilografia na bronquiolite viral aguda, pode auxiliar no entendimento das alterações no equilíbrio da ventilação - perfusão, peculiares a essa doença do lactente jovem. Objetivo: Avaliar o padrão de distribuição da perfusão pulmonar em pacientes hospitalizados com bronquiolite viral aguda por meio de cintilografia pulmonar perfusional quantitativa com macroagregado de albumina com tecnécio (99mTc-MAA), estabelecendo associação com as avaliações clínica e radiológica, bem como determinando o seu padrão evolutivo até a condição de normalidade. Tipo de estudo: Dois estudos prospectivos com enfoque diagnóstico: um transversal, comparativo, e um longitudinal, evolutivo, controlado. Pacientes e métodos: A amostra da pesquisa foi constituída por pacientes hospitalizados no Hospital de Clínicas de Porto Alegre com diagnóstico de bronquiolite viral aguda, no período de abril de 1998 a setembro de 2000, baseada em critérios clínicos de inclusão: idade entre 01 e 24 meses, com quadro respiratório obstrutivo de vias aéreas inferiores (primeiro episódio de sibilância expiratória de início súbito, com sinais de coriza, tosse irritativa, hipertermia, taquipnéia, tiragem, batimentos de asa de nariz, esforço expiratório), com gravidade suficiente para determinar a hospitalização e cujos pais aceitaram participar do estudo. Todos os pacientes da pesquisa foram submetidos à avaliação clínica, radiológica e da perfusão pulmonar com o radiofármaco. A cintilografia foi realizada na condição de crise (primeiras 24 horas da admissão) e na convalescência (depois de 7 dias da alta hospitalar). A quantificação do fluxo sangüíneo pulmonar, representada em valores percentuais, foi realizada em três áreas de interesse, nas projeções anterior e posterior, de ambos os pulmões. As comparações foram feitas entre ambos os pulmões e entre as condições de crise e controle, considerando as áreas de interesse e os gradientes entre elas e entre as projeções anterior e posterior das mesmas. Para análise comparativa das médias foi utilizado o teste t de Student para amostras pareadas, considerando o nível de significância de 0,05. Resultados: Iniciaram o estudo transversal 38 pacientes e permaneceram no estudo longitudinal 19 pacientes; da amostra total, 22 eram do sexo masculino. A idade variou de 1 a 8 meses (média 2,8 meses). A distribuição do fluxo sangüíneo pulmonar regional foi maior na região superior do pulmão esquerdo (PE) em relação ao pulmão direito (PD), na crise (P < 0,001), e maior na região média do PD, no controle. Os gradientes de distribuição do fluxo sangüíneo pulmonar entre as regiões superior e média e superior e inferior foi maior no PE, na crise e no controle (P < 0,05). O gradiente de distribuição do fluxo sangüíneo pulmonar entre as regiões média e inferior foi maior no PD, na crise e no controle. O gradiente de distribuição do fluxo sangüíneo pulmonar no eixo ântero-posterior na região superior foi > 1,0 em ambos os pulmões, na crise, e apenas no PE, no controle; na região média, foi > 1,0 em ambos os pulmões, na crise e no controle; na região inferior, foi > 1,0 apenas no PD, na crise e no controle (P < 0,05). A distribuição do fluxo sangüíneo pulmonar, comparada entre crise e controle, não mostrou diferença em quaisquer das regiões ou dos gradientes avaliados. Não houve associação entre o padrão de distribuição do fluxo sangüíneo pulmonar regional na crise com a avaliação clínica ou com a avaliação radiológica dos pacientes. Conclusão: não se evidenciou uma distribuição do fluxo sangüíneo pulmonar com caraterística de expressar o padrão da relação ventilação-perfusão em lactentes jovens hospitalizados com bronquiolite viral aguda. Ocorreu apenas uma tendência de redirecionamento da distribuição do fluxo sangüíneo pulmonar para as regiões superiores.

Influence of the supply of reactive power in the calculation of the transfer capability

This paper presents some initial concepts for including reactive power in linear methods for computing Available Transfer Capability (ATC). It is proposed an approximation for the reactive power flows computation that uses the exact circle equations for the transmission line complex flow, and then it is determined the ATC using active power distribution factors. The transfer capability can be increased using the sensitivities of flow that show the best group of buses which can have their reactive power injection modified in order to remove the overload in the transmission lines. The results of the ATC computation and of the use of the sensitivities of flow are presented using the Cigré 32-bus system. © 2004 IEEE.

Network for Cooperation in Integrated Water Resource Management for Sustainable Development in Latin America and the Caribbean No. 42

Editorial remarks.-- Open discussion: Conceptual change in regulation in a model of public service provision ; Policies and institutional frameworks for drinking water supply and sanitation ; Strategies for low-carbon development in megacities in Latin America ; Adapting to climate change in water management in the irrigation sector.-- Meetings: Towards a vision on natural resource governance for equality ; Water resources faced with uncertainty and the risk of climate change ; Regulation challenges in the water sector.-- News of the Network: Lessons to be drawn from the interprovincial Colorado River flow distribution agreement ; Rural drinking water programme in Chile ; Ecuador’s Act on Water Resources and Water Use and Exploitation.-- Internet and WWW News

Otimização da operação de sistemas de distribuição radiais usando um algoritmo genético especializado

Pós-graduação em Engenharia Elétrica - FEIS

Regional lung perfusion estimated by electrical impedance tomography in a piglet model of lung collapse

Borges JB, Suarez-Sipmann F, Bohm SH, Tusman G, Melo A, Maripuu E, Sandstrom M, Park M, Costa EL, Hedenstierna G, Amato M. Regional lung perfusion estimated by electrical impedance tomography in a piglet model of lung collapse. J Appl Physiol 112: 225-236, 2012. First published September 29, 2011; doi: 10.1152/japplphysiol.01090.2010.-The assessment of the regional match between alveolar ventilation and perfusion in critically ill patients requires simultaneous measurements of both parameters. Ideally, assessment of lung perfusion should be performed in real-time with an imaging technology that provides, through fast acquisition of sequential images, information about the regional dynamics or regional kinetics of an appropriate tracer. We present a novel electrical impedance tomography (EIT)-based method that quantitatively estimates regional lung perfusion based on first-pass kinetics of a bolus of hypertonic saline contrast. Pulmonary blood flow was measured in six piglets during control and unilateral or bilateral lung collapse conditions. The first-pass kinetics method showed good agreement with the estimates obtained by single-photon-emission computerized tomography (SPECT). The mean difference (SPECT minus EIT) between fractional blood flow to lung areas suffering atelectasis was -0.6%, with a SD of 2.9%. This method outperformed the estimates of lung perfusion based on impedance pulsatility. In conclusion, we describe a novel method based on EIT for estimating regional lung perfusion at the bedside. In both healthy and injured lung conditions, the distribution of pulmonary blood flow as assessed by EIT agreed well with the one obtained by SPECT. The method proposed in this study has the potential to contribute to a better understanding of the behavior of regional perfusion under different lung and therapeutic conditions.

Why do arms extract less oxygen than legs during exercise?

[EN] To determine whether conditions for O2 utilization and O2 off-loading from the hemoglobin are different in exercising arms and legs, six cross-country skiers participated in this study. Femoral and subclavian vein blood flow and gases were determined during skiing on a treadmill at approximately 76% maximal O2 uptake (V(O2)max) and at V(O2)max with different techniques: diagonal stride (combined arm and leg exercise), double poling (predominantly arm exercise), and leg skiing (predominantly leg exercise). The percentage of O2 extraction was always higher for the legs than for the arms. At maximal exercise (diagonal stride), the corresponding mean values were 93 and 85% (n = 3; P < 0.05). During exercise, mean arm O2 extraction correlated with the P(O2) value that causes hemoglobin to be 50% saturated (P50: r = 0.93, P < 0.05), but for a given value of P50, O2 extraction was always higher in the legs than in the arms. Mean capillary muscle O2 conductance of the arm during double poling was 14.5 (SD 2.6) ml.min(-1).mmHg(-1), and mean capillary P(O2) was 47.7 (SD 2.6) mmHg. Corresponding values for the legs during maximal exercise were 48.3 (SD 13.0) ml.min(-1).mmHg(-1) and 33.8 (SD 2.6) mmHg, respectively. Because conditions for O2 off-loading from the hemoglobin are similar in leg and arm muscles, the observed differences in maximal arm and leg O2 extraction should be attributed to other factors, such as a higher heterogeneity in blood flow distribution, shorter mean transit time, smaller diffusing area, and larger diffusing distance, in arms than in legs.