Effects of Magnetohydrodynamic Interaction-Zone Position on Shock-Wave/Boundary-Layer Interaction

A third-order weighted essentially nonoscillatory and non-free-parameter difference scheme magnetohydrodynamic solver has been established to investigate the mechanisms of magnetohydrodynamics controlling separation induced by an oblique shock wave impinging on a flat plate. The effects of magnetohydrodynamic interaction-zone location on the separation point, reattachment point, separation-bubble size, and boundary-layer velocity profiles are analyzed. The results show that there exists a best location for the magnetohydrodynamic zone to be applied, where the separation point is delayed the farthest, and the separation bubble is decreased up to about 50% in size compared to the case without magnetohydrodynamic control, which demonstrated the promising of magnetohydrodynamics suppressing the separation induced by shock-wave/boundary-layer interactions.

Methanol synthesis from CO2 using a silicone rubber/ceramic composite membrane reactor

A one-dimensional isothermal pseudo-homogeneous parallel flow model was developed for the methanol synthesis from CO2 in a silicone rubber/ceramic composite membrane reactor. The fourth-order Runge-Kutta method was adopted to simulate the process behaviors in the membrane reactor. How those parameters affect the reaction behaviors in the membrane reactor, such as Damkohler number Da, pressure ratio p(r), reaction temperature T, membrane separation factor alpha, membrane permeation parameter phi , as well as the non-uniform parameter of membrane permeation L-1, were discussed in detail. Parts of the theoretical results were tested and verified; the experimental results showed that the conversion of the main reaction in the membrane reactor increased by 22% against traditional fixed bed reactor, and the optimal non-uniform parameter of membrane permeation rate, L-1.opt ,does exist. (C) 2003 Elsevier B.V All rights reserved.

Análise do sistema de tratamento de efluentes gasosos de uma central de valorização energética de resíduos sólidos urbanos

Trabalho Final de Mestrado para obtenção do grau de Mestre Em Engenharia Química e Biológica Ramo de processos Químicos

GLS Detrending, Efficient Unit Root Tests and Structural Change

We extend the class of M-tests for a unit root analyzed by Perron and Ng (1996) and Ng and Perron (1997) to the case where a change in the trend function is allowed to occur at an unknown time. These tests M(GLS) adopt the GLS detrending approach of Dufour and King (1991) and Elliott, Rothenberg and Stock (1996) (ERS). Following Perron (1989), we consider two models : one allowing for a change in slope and the other for both a change in intercept and slope. We derive the asymptotic distribution of the tests as well as that of the feasible point optimal tests PT(GLS) suggested by ERS. The asymptotic critical values of the tests are tabulated. Also, we compute the non-centrality parameter used for the local GLS detrending that permits the tests to have 50% asymptotic power at that value. We show that the M(GLS) and PT(GLS) tests have an asymptotic power function close to the power envelope. An extensive simulation study analyzes the size and power in finite samples under various methods to select the truncation lag for the autoregressive spectral density estimator. An empirical application is also provided.

Exogeneity, weak identification and instrument selection in econometrics

La dernière décennie a connu un intérêt croissant pour les problèmes posés par les variables instrumentales faibles dans la littérature économétrique, c’est-à-dire les situations où les variables instrumentales sont faiblement corrélées avec la variable à instrumenter. En effet, il est bien connu que lorsque les instruments sont faibles, les distributions des statistiques de Student, de Wald, du ratio de vraisemblance et du multiplicateur de Lagrange ne sont plus standard et dépendent souvent de paramètres de nuisance. Plusieurs études empiriques portant notamment sur les modèles de rendements à l’éducation [Angrist et Krueger (1991, 1995), Angrist et al. (1999), Bound et al. (1995), Dufour et Taamouti (2007)] et d’évaluation des actifs financiers (C-CAPM) [Hansen et Singleton (1982,1983), Stock et Wright (2000)], où les variables instrumentales sont faiblement corrélées avec la variable à instrumenter, ont montré que l’utilisation de ces statistiques conduit souvent à des résultats peu fiables. Un remède à ce problème est l’utilisation de tests robustes à l’identification [Anderson et Rubin (1949), Moreira (2002), Kleibergen (2003), Dufour et Taamouti (2007)]. Cependant, il n’existe aucune littérature économétrique sur la qualité des procédures robustes à l’identification lorsque les instruments disponibles sont endogènes ou à la fois endogènes et faibles. Cela soulève la question de savoir ce qui arrive aux procédures d’inférence robustes à l’identification lorsque certaines variables instrumentales supposées exogènes ne le sont pas effectivement. Plus précisément, qu’arrive-t-il si une variable instrumentale invalide est ajoutée à un ensemble d’instruments valides? Ces procédures se comportent-elles différemment? Et si l’endogénéité des variables instrumentales pose des difficultés majeures à l’inférence statistique, peut-on proposer des procédures de tests qui sélectionnent les instruments lorsqu’ils sont à la fois forts et valides? Est-il possible de proposer les proédures de sélection d’instruments qui demeurent valides même en présence d’identification faible? Cette thèse se focalise sur les modèles structurels (modèles à équations simultanées) et apporte des réponses à ces questions à travers quatre essais. Le premier essai est publié dans Journal of Statistical Planning and Inference 138 (2008) 2649 – 2661. Dans cet essai, nous analysons les effets de l’endogénéité des instruments sur deux statistiques de test robustes à l’identification: la statistique d’Anderson et Rubin (AR, 1949) et la statistique de Kleibergen (K, 2003), avec ou sans instruments faibles. D’abord, lorsque le paramètre qui contrôle l’endogénéité des instruments est fixe (ne dépend pas de la taille de l’échantillon), nous montrons que toutes ces procédures sont en général convergentes contre la présence d’instruments invalides (c’est-à-dire détectent la présence d’instruments invalides) indépendamment de leur qualité (forts ou faibles). Nous décrivons aussi des cas où cette convergence peut ne pas tenir, mais la distribution asymptotique est modifiée d’une manière qui pourrait conduire à des distorsions de niveau même pour de grands échantillons. Ceci inclut, en particulier, les cas où l’estimateur des double moindres carrés demeure convergent, mais les tests sont asymptotiquement invalides. Ensuite, lorsque les instruments sont localement exogènes (c’est-à-dire le paramètre d’endogénéité converge vers zéro lorsque la taille de l’échantillon augmente), nous montrons que ces tests convergent vers des distributions chi-carré non centrées, que les instruments soient forts ou faibles. Nous caractérisons aussi les situations où le paramètre de non centralité est nul et la distribution asymptotique des statistiques demeure la même que dans le cas des instruments valides (malgré la présence des instruments invalides). Le deuxième essai étudie l’impact des instruments faibles sur les tests de spécification du type Durbin-Wu-Hausman (DWH) ainsi que le test de Revankar et Hartley (1973). Nous proposons une analyse en petit et grand échantillon de la distribution de ces tests sous l’hypothèse nulle (niveau) et l’alternative (puissance), incluant les cas où l’identification est déficiente ou faible (instruments faibles). Notre analyse en petit échantillon founit plusieurs perspectives ainsi que des extensions des précédentes procédures. En effet, la caractérisation de la distribution de ces statistiques en petit échantillon permet la construction des tests de Monte Carlo exacts pour l’exogénéité même avec les erreurs non Gaussiens. Nous montrons que ces tests sont typiquement robustes aux intruments faibles (le niveau est contrôlé). De plus, nous fournissons une caractérisation de la puissance des tests, qui exhibe clairement les facteurs qui déterminent la puissance. Nous montrons que les tests n’ont pas de puissance lorsque tous les instruments sont faibles [similaire à Guggenberger(2008)]. Cependant, la puissance existe tant qu’au moins un seul instruments est fort. La conclusion de Guggenberger (2008) concerne le cas où tous les instruments sont faibles (un cas d’intérêt mineur en pratique). Notre théorie asymptotique sous les hypothèses affaiblies confirme la théorie en échantillon fini. Par ailleurs, nous présentons une analyse de Monte Carlo indiquant que: (1) l’estimateur des moindres carrés ordinaires est plus efficace que celui des doubles moindres carrés lorsque les instruments sont faibles et l’endogenéité modérée [conclusion similaire à celle de Kiviet and Niemczyk (2007)]; (2) les estimateurs pré-test basés sur les tests d’exogenété ont une excellente performance par rapport aux doubles moindres carrés. Ceci suggère que la méthode des variables instrumentales ne devrait être appliquée que si l’on a la certitude d’avoir des instruments forts. Donc, les conclusions de Guggenberger (2008) sont mitigées et pourraient être trompeuses. Nous illustrons nos résultats théoriques à travers des expériences de simulation et deux applications empiriques: la relation entre le taux d’ouverture et la croissance économique et le problème bien connu du rendement à l’éducation. Le troisième essai étend le test d’exogénéité du type Wald proposé par Dufour (1987) aux cas où les erreurs de la régression ont une distribution non-normale. Nous proposons une nouvelle version du précédent test qui est valide même en présence d’erreurs non-Gaussiens. Contrairement aux procédures de test d’exogénéité usuelles (tests de Durbin-Wu-Hausman et de Rvankar- Hartley), le test de Wald permet de résoudre un problème courant dans les travaux empiriques qui consiste à tester l’exogénéité partielle d’un sous ensemble de variables. Nous proposons deux nouveaux estimateurs pré-test basés sur le test de Wald qui performent mieux (en terme d’erreur quadratique moyenne) que l’estimateur IV usuel lorsque les variables instrumentales sont faibles et l’endogénéité modérée. Nous montrons également que ce test peut servir de procédure de sélection de variables instrumentales. Nous illustrons les résultats théoriques par deux applications empiriques: le modèle bien connu d’équation du salaire [Angist et Krueger (1991, 1999)] et les rendements d’échelle [Nerlove (1963)]. Nos résultats suggèrent que l’éducation de la mère expliquerait le décrochage de son fils, que l’output est une variable endogène dans l’estimation du coût de la firme et que le prix du fuel en est un instrument valide pour l’output. Le quatrième essai résout deux problèmes très importants dans la littérature économétrique. D’abord, bien que le test de Wald initial ou étendu permette de construire les régions de confiance et de tester les restrictions linéaires sur les covariances, il suppose que les paramètres du modèle sont identifiés. Lorsque l’identification est faible (instruments faiblement corrélés avec la variable à instrumenter), ce test n’est en général plus valide. Cet essai développe une procédure d’inférence robuste à l’identification (instruments faibles) qui permet de construire des régions de confiance pour la matrices de covariances entre les erreurs de la régression et les variables explicatives (possiblement endogènes). Nous fournissons les expressions analytiques des régions de confiance et caractérisons les conditions nécessaires et suffisantes sous lesquelles ils sont bornés. La procédure proposée demeure valide même pour de petits échantillons et elle est aussi asymptotiquement robuste à l’hétéroscédasticité et l’autocorrélation des erreurs. Ensuite, les résultats sont utilisés pour développer les tests d’exogénéité partielle robustes à l’identification. Les simulations Monte Carlo indiquent que ces tests contrôlent le niveau et ont de la puissance même si les instruments sont faibles. Ceci nous permet de proposer une procédure valide de sélection de variables instrumentales même s’il y a un problème d’identification. La procédure de sélection des instruments est basée sur deux nouveaux estimateurs pré-test qui combinent l’estimateur IV usuel et les estimateurs IV partiels. Nos simulations montrent que: (1) tout comme l’estimateur des moindres carrés ordinaires, les estimateurs IV partiels sont plus efficaces que l’estimateur IV usuel lorsque les instruments sont faibles et l’endogénéité modérée; (2) les estimateurs pré-test ont globalement une excellente performance comparés à l’estimateur IV usuel. Nous illustrons nos résultats théoriques par deux applications empiriques: la relation entre le taux d’ouverture et la croissance économique et le modèle de rendements à l’éducation. Dans la première application, les études antérieures ont conclu que les instruments n’étaient pas trop faibles [Dufour et Taamouti (2007)] alors qu’ils le sont fortement dans la seconde [Bound (1995), Doko et Dufour (2009)]. Conformément à nos résultats théoriques, nous trouvons les régions de confiance non bornées pour la covariance dans le cas où les instruments sont assez faibles.

Modelling metal cutting using modern ductile fracture mechanics: Quantitative explanations for some longstanding problems

The assumption that negligible work is involved in the formation of new surfaces in the machining of ductile metals, is re-examined in the light of both current Finite Element Method (FEM) simulations of cutting and modern ductile fracture mechanics. The work associated with separation criteria in FEM models is shown to be in the kJ/m2 range rather than the few J/m2 of the surface energy (surface tension) employed by Shaw in his pioneering study of 1954 following which consideration of surface work has been omitted from analyses of metal cutting. The much greater values of surface specific work are not surprising in terms of ductile fracture mechanics where kJ/m2 values of fracture toughness are typical of the ductile metals involved in machining studies. This paper shows that when even the simple Ernst–Merchant analysis is generalised to include significant surface work, many of the experimental observations for which traditional ‘plasticity and friction only’ analyses seem to have no quantitative explanation, are now given meaning. In particular, the primary shear plane angle φ becomes material-dependent. The experimental increase of φ up to a saturated level, as the uncut chip thickness is increased, is predicted. The positive intercepts found in plots of cutting force vs. depth of cut, and in plots of force resolved along the primary shear plane vs. area of shear plane, are shown to be measures of the specific surface work. It is demonstrated that neglect of these intercepts in cutting analyses is the reason why anomalously high values of shear yield stress are derived at those very small uncut chip thicknesses at which the so-called size effect becomes evident. The material toughness/strength ratio, combined with the depth of cut to form a non-dimensional parameter, is shown to control ductile cutting mechanics. The toughness/strength ratio of a given material will change with rate, temperature, and thermomechanical treatment and the influence of such changes, together with changes in depth of cut, on the character of machining is discussed. Strength or hardness alone is insufficient to describe machining. The failure of the Ernst–Merchant theory seems less to do with problems of uniqueness and the validity of minimum work, and more to do with the problem not being properly posed. The new analysis compares favourably and consistently with the wide body of experimental results available in the literature. Why considerable progress in the understanding of metal cutting has been achieved without reference to significant surface work is also discussed.

Modelling methodology and forecast failure

We analyse by simulation the impact of model-selection strategies (sometimes called pre-testing) on forecast performance in both constant-and non-constant-parameter processes. Restricted, unrestricted and selected models are compared when either of the first two might generate the data. We find little evidence that strategies such as general-to-specific induce significant over-fitting, or thereby cause forecast-failure rejection rates to greatly exceed nominal sizes. Parameter non-constancies put a premium on correct specification, but in general, model-selection effects appear to be relatively small, and progressive research is able to detect the mis-specifications.

A dislocation based theory for the deformation hardening behavior of DP steels : Impact of martensite content and ferrite grain size

A dislocation model, accurately describing the uniaxial plastic stress-strain behavior of dual phase (DP) steels, is proposed and the impact of martensite content and ferrite grain size in four commercially produced DP steels is analyzed. It is assumed that the plastic deformation process is localized to the ferrite. This is taken into account by introducing a non-homogeneity parameter, f(e), that specifies the volume fraction of ferrite taking active part in the plastic deformation process. It is found that the larger the martensite content the smaller the initial volume fraction of active ferrite which yields a higher initial deformation hardening rate. This explains the high energy absorbing capacity of DP steels with high volume fractions of martensite. Further, the effect of ferrite grain size strengthening in DP steels is important. The flow stress grain size sensitivity for DP steels is observed to be 7 times larger than that for single phase ferrite.

Duality in noncommutative topologically massive gauge field theory revisited

We introduce a master action in non-commutative space, out of which we obtain the action of the non-commutative Maxwell-Chern-Simons theory. Then, we look for the corresponding dual theory at both first and second order in the non-commutative parameter. At the first order, the dual theory happens to be, precisely, the action obtained from the usual commutative self-dual model by generalizing the Chern-Simons term to its non-commutative version, including a cubic term. Since this resulting theory is also equivalent to the non-commutative massive Thirring model in the large fermion mass limit, we remove, as a byproduct, the obstacles arising in the generalization to non-commutative space, and to the first non-trivial order in the non-commutative parameter, of the bosonization in three dimensions. Then, performing calculations at the second order in the non-commutative parameter, we explicitly compute a new dual theory which differs from the non-commutative self-dual model and, further, differs also from other previous results and involves a very simple expression in terms of ordinary fields. In addition, a remarkable feature of our results is that the dual theory is local, unlike what happens in the non-Abelian, but commutative case. We also conclude that the generalization to non-commutative space of bosonization in three dimensions is possible only when considering the first non-trivial corrections over ordinary space.

The no-central chi-square chart with two-stage samplings

Throughout this article, it is assumed that the no-central chi-square chart with two stage samplings (TSS Chisquare chart) is employed to monitor a process where the observations from the quality characteristic of interest X are independent and identically normally distributed with mean μ and variance σ2. The process is considered to start with the mean and the variance on target (μ = μ0; σ2 = σ0 2), but at some random time in the future an assignable cause shifts the mean from μ0 to μ1 = μ0 ± δσ0, δ >0 and/or increases the variance from σ0 2 to σ1 2 = γ2σ0 2, γ > 1. Before the assignable cause occurrence, the process is considered to be in a state of statistical control (defined by the in-control state). Similar to the Shewhart charts, samples of size n 0+ 1 are taken from the process at regular time intervals. The samplings are performed in two stages. At the first stage, the first item of the i-th sample is inspected. If its X value, say Xil, is close to the target value (|Xil-μ0|< w0σ 0, w0>0), then the sampling is interrupted. Otherwise, at the second stage, the remaining n0 items are inspected and the following statistic is computed. Wt = Σj=2n 0+1(Xij - μ0 + ξiσ 0)2 i = 1,2 Let d be a positive constant then ξ, =d if Xil > 0 ; otherwise ξi =-d. A signal is given at sample i if |Xil-μ0| > w0σ 0 and W1 > knia:tl, where kChi is the factor used in determining the upper control limit for the non-central chi-square chart. If devices such as go and no-go gauges can be considered, then measurements are not required except when the sampling goes to the second stage. Let P be the probability of deciding that the process is in control and P 1, i=1,2, be the probability of deciding that the process is in control at stage / of the sampling procedure. Thus P = P1 + P 2 - P1P2, P1 = Pr[μ0 - w0σ0 ≤ X ≤ μ0+ w 0σ0] P2=Pr[W ≤ kChi σ0 2], (3) During the in-control period, W / σ0 2 is distributed as a non-central chi-square distribution with n0 degrees of freedom and a non-centrality parameter λ0 = n0d2, i.e. W / σ0 2 - xn0 22 (λ0) During the out-of-control period, W / σ1 2 is distributed as a non-central chi-square distribution with n0 degrees of freedom and a non-centrality parameter λ1 = n0(δ + ξ)2 / γ2 The effectiveness of a control chart in detecting a process change can be measured by the average run length (ARL), which is the speed with which a control chart detects process shifts. The ARL for the proposed chart is easily determined because in this case, the number of samples before a signal is a geometrically distributed random variable with parameter 1-P, that is, ARL = I /(1-P). It is shown that the performance of the proposed chart is better than the joint X̄ and R charts, Furthermore, if the TSS Chi-square chart is used for monitoring diameters, volumes, weights, etc., then appropriate devices, such as go-no-go gauges can be used to decide if the sampling should go to the second stage or not. When the process is stable, and the joint X̄ and R charts are in use, the monitoring becomes monotonous because rarely an X̄ or R value fall outside the control limits. The natural consequence is the user to pay less and less attention to the steps required to obtain the X̄ and R value. In some cases, this lack of attention can result in serious mistakes. The TSS Chi-square chart has the advantage that most of the samplings are interrupted, consequently, most of the time the user will be working with attributes. Our experience shows that the inspection of one item by attribute is much less monotonous than measuring four or five items at each sampling.

Modelagem do escoamento ao longo de evaporadores de serpentina com tubos aletados

Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo (FAPESP)

Dinâmica caótica e sincronização de fase em mapas acoplados

Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES)

Optische Experimente zur Untersuchung der Nichtgleichgewichtsdynamik kolloidaler Suspensionen

In der vorliegenden Forschungsarbeit wird die Konkurrenz von Kristallisation und Verglasung in metastabilen kolloidalen Hart-Kugel(HK)-Modellsystemen mit dynamischer und zeitaufgelöster statischer Lichtstreuung untersucht. Durch gleichzeitige Messungen mit beiden Methoden an derselben Probe gelang es, mit hoher Genauigkeit und aussagekräftiger Statistik nachzuweisen, dass in beiden Systemklassen eine starke Korrelation der strukturellen und dynamischen Eigenschaften vorliegt und diese Korrelation zu quantifizieren. Ein zentraler Teil der Arbeit bestand in dem Aufbau einer geeigneten Lichtstreuanlage mit der erstmalig Messungen der Dynamik und der Struktur simultan an derselben nicht-ergodischen Probe durchgeführt werden konnten. Für die dynamische Lichtstreuung wurde ein Flächendetektor (CCD-Kamera) verwendet. In Kombination mit einer speziellen Detektionsoptik ermöglicht dies, die gleichzeitige Detektion von Streulicht aus unterschiedlichen Probenbereichen (Subensembles). Damit kann gleichzeitig die Dynamik in unterschiedlichen Subensembles mit einer Auflösung von 15,8x15,8µm2 untersucht werden. Die Lichtstreuanlage wurde ausführlich charakterisiert und ihre korrekte Funktionsweise mithilfe von Vergleichsmessungen an etablierten Lichtstreuanlagen bestätigt. Die zeitliche Entwicklung der Dynamik und der Struktur von metastabilen Proben wurde unterhalb, am und oberhalb des Glasübergangs quantifiziert. Dabei zeigte das untersuchte kolloidale HK-Modellsystem alle typischen Eigenschaften eines HK-Systems. Die kristallisierenden Proben zeigten das etablierte zweistufige Kristallisationsszenario mit entsprechender Kristallisationskinetik und die Glasproben zeigten das erwartete Alterungsverhalten. Bei dem zweistufigen Kristallisationsszenario kommt es zuerst zur Nukleation einer metastabilen Zwischenphase von sogenannten Precursorn. In einer zweiten Stufe bilden sich Kristallite innerhalb dieser Precursor. Durch Vergleich zwischen kristallisierenden und verglasenden Proben konnte auch während der Verglasung die Bildung von Precursorn beobachtet werden. Die Korrelation zwischen der Anzahl an Precursorn und der Partikeldynamik legt die Vermutung nahe, dass das immer noch unverstandene Phänomen der Alterung von Gläsern mit der Bildung von Precursorn zusammenhängt. Verhinderte Kristallisation führt zu einer starken Verlangsamung der Partikeldynamik. Die Partikeldynamik einer Probe am Glasübergang zeigt, dass die Probe vor Einsetzen der Kristallisation eine glasartige Dynamik aufwies. Dies legt die Vermutung nahe, dass einkomponentige kolloidale HK-Gläser den Gleichgewichtszustand (Kristall) auf langen Zeitskalen erreichen können. Durch die Untersuchung der Partikeldynamik von metastabilen Proben in einzelnen Subensembles konnte eine heterogene Verteilung der Partikeldynamik nachgewiesen werden. Es existieren Bereiche, in denen die Partikeldynamik schneller oder langsamer ist als in anderen Bereichen. Gleichzeitig zeigen die Messungen der strukturellen Eigenschaften, dass metastabile Proben auch heterogen bezüglich ihrer Struktur sind. Mithilfe dieser Messungen konnte die zeitliche Entwicklung des Anteils an langsamen Partikeln und des Anteils an Partikeln innerhalb von Objekten höherer Ordnung (Precursor/Kristallite) bestimmt werden. Es zeigte sich eine direkte Korrelation zwischen dem Anteil an langsamen Partikeln und dem Anteil an Partikeln in Objekten höherer Ordnung. Die Untersuchung der Dynamik und der Struktur in einzelnen Subensembles lieferte einen weiteren Hinweis darauf, dass Subensembles, in denen eine stärker ausgeprägte strukturelle Ordnung vorliegt, auch bevorzugt eine langsamere Partikeldynamik aufweisen.

Study of the Compressive Strength of Aluminum Curved Elements

Currently, the Specification for Aluminum Structures (Aluminum Association, 2010) shows thin-walled aluminum plate sections with radii greater than eight inches have a lower compressive strength capacity than a flat plate with the same width and thickness. This inconsistency with intuition, which suggests any degree of folding a plate should increase its elastic buckling strength, inspired this study. A wide range of curvatures are studied—from a nearly flat plate to semi-circular. To quantify the curvature, a single non-dimensional parameter is used to represent all combinations of width, thickness and radius. Using the finite strip method (CU-FSM), elastic local buckling stresses are investigated. Using the ratio of stress values of curved plates compared to flat plates of the same size, equivalent plate-buckling coefficients are calculated. Using this data, nonlinear regression analyses are performed to develop closed form equations for five different edge support conditions. These equations can be used to calculate the elastic critical buckling stress for any curved aluminum section when the geometric properties (width, thickness, and radius) and the material properties (elastic modulus and Poisson’s ratio) are known. This procedure is illustrated in examples, each showing the applicability of the derived equations to geometries other than those investigated in this study and also providing comparisons with theoretically exact numerical analysis results.

Development of one-dimensional and two-dimensional computational tools that simulate steady internal condensing flows in terrestrial and zero-gravity environments

This dissertation presents an effective quasi one-dimensional (1-D) computational simulation tool and a full two-dimensional (2-D) computational simulation methodology for steady annular/stratified internal condensing flows of pure vapor. These simulation tools are used to investigate internal condensing flows in both gravity as well as shear driven environments. Through accurate numerical simulations of the full two dimensional governing equations, results for laminar/laminar condensing flows inside mm-scale ducts are presented. The methodology has been developed using MATLAB/COMSOL platform and is currently capable of simulating film-wise condensation for steady (and unsteady flows). Moreover, a novel 1-D solution technique, capable of simulating condensing flows inside rectangular and circular ducts with different thermal boundary conditions is also presented. The results obtained from the 2-D scientific tool and 1-D engineering tool, are validated and synthesized with experimental results for gravity dominated flows inside vertical tube and inclined channel; and, also, for shear/pressure driven flows inside horizontal channels. Furthermore, these simulation tools are employed to demonstrate key differences of physics between gravity dominated and shear/pressure driven flows. A transition map that distinguishes shear driven, gravity driven, and “mixed” driven flow zones within the non-dimensional parameter space that govern these duct flows is presented along with the film thickness and heat transfer correlations that are valid in these zones. It has also been shown that internal condensing flows in a micro-meter scale duct experiences shear driven flow, even in different gravitational environments. The full 2-D steady computational tool has been employed to investigate the length of annularity. The result for a shear driven flow in a horizontal channel shows that in absence of any noise or pressure fluctuation at the inlet, the onset of non-annularity is partly due to insufficient shear at the liquid-vapor interface. This result is being further corroborated/investigated by R. R. Naik with the help of the unsteady simulation tool. The condensing flow results and flow physics understanding developed through these simulation tools will be instrumental in reliable design of modern micro-scale and spacebased thermal systems.