Is General Relativity a simplified theory?

IARD 8th Biennial Conference on Classical and Quantum Relativistic Dynamics of Particles and Fields - Galileo Galilei Inst Theoret Phys (GGI), Florence, ITALY - MAY 29-JUN 01, 2012. Edited by:Horowitz, LP

Turbulent collision of inertial particles: point-particle based, hybrid simulations and beyond

Point-particle based direct numerical simulation (PPDNS) has been a productive research tool for studying both single-particle and particle-pair statistics of inertial particles suspended in a turbulent carrier flow. Here we focus on its use in addressing particle-pair statistics relevant to the quantification of turbulent collision rate of inertial particles. PPDNS is particularly useful as the interaction of particles with small-scale (dissipative) turbulent motion of the carrier flow is mostly relevant. Furthermore, since the particle size may be much smaller than the Kolmogorov length of the background fluid turbulence, a large number of particles are needed to accumulate meaningful pair statistics. Starting from the relative simple Lagrangian tracking of so-called ghost particles, PPDNS has significantly advanced our theoretical understanding of the kinematic formulation of the turbulent geometric collision kernel by providing essential data on dynamic collision kernel, radial relative velocity, and radial distribution function. A recent extension of PPDNS is a hybrid direct numerical simulation (HDNS) approach in which the effect of local hydrodynamic interactions of particles is considered, allowing quantitative assessment of the enhancement of collision efficiency by fluid turbulence. Limitations and open issues in PPDNS and HDNS are discussed. Finally, on-going studies of turbulent collision of inertial particles using large-eddy simulations and particle- resolved simulations are briefly discussed.

Large-eddy simulation of turbulent collision of heavy particles in isotropic turbulence

The small-scale motions relevant to the collision of heavy particles represent a general challenge to the conventional large-eddy simulation (LES) of turbulent particle-laden flows. As a first step toward addressing this challenge, we examine the capability of the LES method with an eddy viscosity subgrid scale (SGS) model to predict the collision-related statistics such as the particle radial distribution function at contact, the radial relative velocity at contact, and the collision rate for a wide range of particle Stokes numbers. Data from direct numerical simulation (DNS) are used as a benchmark to evaluate the LES using both a priori and a posteriori tests. It is shown that, without the SGS motions, LES cannot accurately predict the particle-pair statistics for heavy particles with small and intermediate Stokes numbers, and a large relative error in collision rate up to 60% may arise when the particle Stokes number is near St_K=0.5. The errors from the filtering operation and the SGS model are evaluated separately using the filtered-DNS (FDNS) and LES flow fields. The errors increase with the filter width and have nonmonotonic variations with the particle Stokes numbers. It is concluded that the error due to filtering dominates the overall error in LES for most particle Stokes numbers. It is found that the overall collision rate can be reasonably predicted by both FDNS and LES for St_K>3. Our analysis suggests that, for St_K<3, a particle SGS model must include the effects of SGS motions on the turbulent collision of heavy particles. The spectral analysis of the concentration fields of the particles with different Stokes numbers further demonstrates the important effects of the small-scale motions on the preferential concentration of the particles with small Stokes numbers.

Subgrid scale fluid velocity timescales seen by inertial particles in large-eddy simulation of particle-laden turbulence

Large-eddy simulation (LES) has emerged as a promising tool for simulating turbulent flows in general and, in recent years,has also been applied to the particle-laden turbulence with some success (Kassinos et al., 2007). The motion of inertial particles is much more complicated than fluid elements, and therefore, LES of turbulent flow laden with inertial particles encounters new challenges. In the conventional LES, only large-scale eddies are explicitly resolved and the effects of unresolved, small or subgrid scale (SGS) eddies on the large-scale eddies are modeled. The SGS turbulent flow field is not available. The effects of SGS turbulent velocity field on particle motion have been studied by Wang and Squires (1996), Armenio et al. (1999), Yamamoto et al. (2001), Shotorban and Mashayek (2006a,b), Fede and Simonin (2006), Berrouk et al. (2007), Bini and Jones (2008), and Pozorski and Apte (2009), amongst others. One contemporary method to include the effects of SGS eddies on inertial particle motions is to introduce a stochastic differential equation (SDE), that is, a Langevin stochastic equation to model the SGS fluid velocity seen by inertial particles (Fede et al., 2006; Shotorban and Mashayek, 2006a; Shotorban and Mashayek, 2006b; Berrouk et al., 2007; Bini and Jones, 2008; Pozorski and Apte, 2009).However, the accuracy of such a Langevin equation model depends primarily on the prescription of the SGS fluid velocity autocorrelation time seen by an inertial particle or the inertial particle–SGS eddy interaction timescale (denoted by $\delt T_{Lp}$ and a second model constant in the diffusion term which controls the intensity of the random force received by an inertial particle (denoted by C_0, see Eq. (7)). From the theoretical point of view, dTLp differs significantly from the Lagrangian fluid velocity correlation time (Reeks, 1977; Wang and Stock, 1993), and this carries the essential nonlinearity in the statistical modeling of particle motion. dTLp and C0 may depend on the filter width and particle Stokes number even for a given turbulent flow. In previous studies, dTLp is modeled either by the fluid SGS Lagrangian timescale (Fede et al., 2006; Shotorban and Mashayek, 2006b; Pozorski and Apte, 2009; Bini and Jones, 2008) or by a simple extension of the timescale obtained from the full flow field (Berrouk et al., 2007). In this work, we shall study the subtle and on-monotonic dependence of $\delt T_{Lp}$ on the filter width and particle Stokes number using a flow field obtained from Direct Numerical Simulation (DNS). We then propose an empirical closure model for $\delta T_{Lp}$. Finally, the model is validated against LES of particle-laden turbulence in predicting single-particle statistics such as particle kinetic energy. As a first step, we consider the particle motion under the one-way coupling assumption in isotropic turbulent flow and neglect the gravitational settling effect. The one-way coupling assumption is only valid for low particle mass loading.

Quantum Efficiency And Temperature Coefficients Of Gainp/Gaas Dual-Junction Solar Cell

GaInP/GaAs dual-junction solar cell with a conversion efficiency of 25.2% has been fabricated using metalorganic chemical vapor deposition (MOCVD) technique. Quantum efficiencies of the solar cell were measured within a temperature range from 25 to 160A degrees C. The results indicate that the quantum efficiencies of the subcells increase slightly with the increasing temperature. And red-shift phenomena of absorption limit for all subcells are observed by increasing the cell's work temperature, which are consistent with the viewpoint of energy gap narrowing effect. The short-circuit current density temperature coefficients dJ (sc)/dT of GaInP subcell and GaAs subcell are determined to be 8.9 and 7.4 mu A/cm(2)/A degrees C from the quantum efficiency data, respectively. And the open-circuit cell voltage temperature coefficients dV (oc)/dT calculated based on a theoretical equation are -2.4 mV/A degrees C and -2.1 mV/A degrees C for GaInP subcell and GaAs subcell.

Test particle motion in a Lorentz gas

This is a two-part thesis concerning the motion of a test particle in a bath. In part one we use an expansion of the operator PLe^it(1-P)LLP to shape the Zwanzig equation into a generalized Fokker-Planck equation which involves a diffusion tensor depending on the test particle's momentum and the time.

In part two the resultant equation is studied in some detail for the case of test particle motion in a weakly coupled Lorentz Gas. The diffusion tensor for this system is considered. Some of its properties are calculated; it is computed explicitly for the case of a Gaussian potential of interaction.

The equation for the test particle distribution function can be put into the form of an inhomogeneous Schroedinger equation. The term corresponding to the potential energy in the Schroedinger equation is considered. Its structure is studied, and some of its simplest features are used to find the Green's function in the limiting situations of low density and long time.

Adaptações transgeracionais do pâncreas endócrino em camundongos provenientes de restrição proteica materna In Utero

A exposição materna durante o período gestacional a uma dieta restrita em proteínas (LP) prejudica o desenvolvimento do pâncreas endócrino em sua prole e aumenta a susceptibilidade à hipertensão, diabetes e obesidade na vida adulta. Há evidências de que esse fenômeno pode persistir em gerações subsequentes. Objetivou-se avaliar o efeito da restrição proteica sobre o metabolismo da glicose e morfometria pancreática na prole F3 de camundongos ao nascimento e ao desmame. Para tanto, fêmeas virgens de camundongos Suíços (F0) foram acasaladas e receberam dieta normo-proteica (19% de proteína - NP) ou uma dieta isocalórica restrita em proteínas (5% de proteína - LP) durante toda a gravidez. Durante a lactação e o restante do experimento, todos os grupos receberam a dieta NP. Os filhotes machos foram nomeados F1 (NP1 e LP1). As fêmeas F1 e F2 foram acasaladas para produzir F2 e F3 (NP2, LP2, NP3 e LP3), respectivamente. Semanalmente, os filhotes foram pesados e calculada a taxa de crescimento alométrico (log [massa corporal] = log a + log b [idade]). Os animais foram sacrificados nos dias 1 e 21 de idade, a glicemia foi determinada e o pâncreas retirado, pesado e analisado por estereologia e imunofluorescência; a insulina foi mensurada aos 21 dias. Como resultados, os filhotes restritos na primeira geração (LP1) foram menores ao nascer, mas apresentaram um crescimento acelerado nos primeiros sete dias de vida, mostrando catch-up com os controles; a prole LP2 demonstrou a maior massa corporal ao nascimento e tiveram uma taxa de crescimento mais lenta durante a lactação; não houve diferença na massa corporal e na taxa de crescimento na geração F3. A massa de pâncreas foi diminuída em LP1-LP3 ao nascimento, contudo foi aumentada em LP2 ao desmame. A densidade de volume e o diâmetro das ilhotas foram menores em todos os grupos restritos no dia 1 e 21, somente LP1 teve o menor número de ilhotas. Ao nascer, a massa de células beta foi menor em LP1-LP3 e permaneceu baixa durante a lactação. No dia 1 e 21, os filhotes foram normoglicêmicos, entretanto foram hipoinsulinêmicos ao desmame. Portanto, a restrição de proteínas em camundongos durante a gestação produz alterações morfológicas nas ilhotas pancreáticas, sugerindo que a homeostase da glicose foi mantida por um aumento da sensibilidade à insulina durante os primeiros estágios de vida na prole ao longo de três gerações consecutivas.

Avaliação da remoção de níquel em solução aquosa pelo processo de osmose inversa

O objetivo deste trabalho foi investigar o desempenho de uma membrana comercial na remoção de um metal pesado (níquel) de efluentes sintéticos, por osmose inversa. Na primeira etapa foi realizada uma comparação com os resultados obtidos com soluções de alimentação contendo sais, como NaCl, NaNO3 e Ni(NO3)2.6 H2O, nas concentrações de 50, 100 e 200 ppm, e nas pressões de 10, 20 e 26 bar. Os resultados mostraram que a influência da concentração e da pressão aplicada ao sistema não afetaram as rejeições de forma significativa. Na segunda etapa, como os parâmetros não influíram significativamente na rejeição dos sais, optou-se, pela aplicação de uma pressão de operação de 10 bar, para avaliar a eficiência de remoção de níquel. A membrana utilizada, constituída de poliamida, modelo HR98PP e fornecida pela DOW/Filmtec, apresentou uma boa permeabilidade hidráulica. Os resultados mostraram que para todas as concentrações testadas, as rejeições de níquel ultrapassaram 96%, comprovando a boa seletividade deste tipo de membrana na rejeição do referido metal, com fluxos de permeado variando entre 4,78 e 5,55 L/h.m2 , sob pressão de operação de 10 bar. Para estudar o efeito do tamanho iônico na rejeição da membrana, o níquel foi complexado pela adição de um agente quelante na solução de alimentação. O agente escolhido foi o Na2EDTA, devido à formação de um complexo estável com o níquel e por ser um agente não prejudicial à saúde humana. Os resultados com adição de EDTA indicaram um aumento na rejeição de níquel, atingindo o índice máximo de 98,22 %, partindo-se de uma solução com 40,39 ppm de Ni2+, e confirmam que o processo de osmose inversa com a membrana HR98PP é altamente adequado para o tratamento de efluentes contendo níquel

1.55-mu m InGaAs/InGaAlAs MQW vertical-cavity surface-emitting lasers with InGaAlAs/InP distributed Bragg reflectors

High-performance InGaAs/InGaAlAs multiple-quantum-well vertical-cavity surface-emitting lasers (VCSELs) with lnGaAlAs/InP distributed Bragg reflectors are proposed for operation at the wavelength of 1.55 mum. The lasers have good heat diffusion characteristic, large index contrast in DBRs, and weak temperature sensitivity. They could be fabricated either by metal-organic chemical vapor deposition (MOCVD) or by molecular beam epitaxy (MBE) growth. The laser light-current characteristics indicate that a suitable reflectivity of the DBR on the light output side in a laser makes its output power increase greatly and its lasing threshold current reduce significantly, and that a small VCSEL could output the power around its maximum for the output mirror at the reflectivity varying in a broader range than a large VCSEL does. (C) 2004 Elsevier Ltd. All rights reserved.

复折射率光纤传输特性分析的Davidenko方法

增益或损耗对光纤的传输特性影响很大。使用Davidenko方法对复折射率光纤的传输特性进行了分析。研究了复折射率纤芯或复折射率包层阶跃光纤,通过比较发现,使用Davidenko方法得到的解与精确解符合得很好。对于芯区为复折射介质的光纤,HE11模与LP01模增益值偏差约为0.6%;对于包层区为复折射率介质的光纤,HE11模与LP01模增益值偏差约为2%。实际研究工作中,为了得到更精确的结果,应该求解全矢量的复本征方程,尤其是包层具有增益或损耗的光纤。

Avaliação do consumo alimentar no período reprodutivo e variação de peso no pós-parto

O presente estudo tem como tema central o ganho de peso e o consumo alimentar no período reprodutivo. A tese está dividida em três partes: i) revisão da literatura científica sobre os fatores de risco para o ganho de peso excessivo na gestação e para a sua retenção no pós-parto; ii) análise quantitativa e qualitativa do consumo alimentar (energia, nutrientes e alimentos) do período gestacional para o pós-parto; e iii) avaliação prospectiva da associação entre a dieta hiperproteica (≥ 1.2 g/kg) e a variação de peso pós-gestacional. A revisão da literatura apontou como principais determinantes da variação de peso no pós-parto os seguintes fatores: ganho de peso gestacional, peso pré-gestacional, dieta, atividade física, lactação, idade, escolaridade, renda, paridade e raça. As partes ii e iii correspondem a dois artigos, sendo que a população do estudo empregada nas duas análises foi baseada em uma coorte de mulheres no pós-parto atendidas no Centro Municipal de Saúde (CMS) Marcolino Candau, localizado no Município do Rio de Janeiro. Dentre as 709 mulheres convidadas para participar da pesquisa, 479 ingressaram na coorte. As mulheres foram recrutadas através dos serviços de pré-natal e na rotina pediátrica de imunização do BCG, oferecidos pelo CMS, e imediatamente após o parto, na maternidade central de referência. A coleta de dados ocorreu entre maio de 1999 e abril de 2001, sendo 15 meses de recrutamento e 9 meses de seguimento. As mulheres foram entrevistadas aos 15 dias, 2, 6 e 9 meses do pós-parto. Foram consideradas elegíveis para as duas analises as mulheres com idade entre 18 e 45 anos de idade, entrevistadas até 30 dias do pós-parto, sem doenças crônicas pré-existentes, com gravidez de 35 ou mais semanas gestacionais e sem gestação gemelar. O estudo sobre a composição da dieta do período gestacional para o pós-parto contou com 276 mulheres que responderam aos dois questionários de freqüência de consumo alimentar (QFCA) aplicados aos 15 dias e aos 6 meses do seguimento. Os resultados mostraram que as mulheres consumiram dietas mais energéticas na gravidez e aquelas que mais restringiram o consumo de energia no pós-parto, apresentaram um incremento na densidade de proteínas da dieta. As análises das medidas repetidos do peso foram realizadas para avaliar o efeito da dieta hiperproteica (≥ 1.2 g/kg) sobre a variação de peso no pós-parto, para as quais haviam dados de uma amostra de 430 mulheres. Os resultados mostraram que as mulheres com dieta hiperproteica perderam mais peso do que as mulheres com dieta normo ou hipoproteica (< 1.2 g/kg) (226 g/mês versus 123 g/mês). As duas analises indicam que um pequeno incremento no consumo de proteínas promove maior perda de peso. Estudos longitudinais futuros devem incluir avaliação relativa a segurança das dietas hiperproteicas no pós-parto.

Restrição proteica materna e alteração do desenvolvimento das artérias coronárias em camundongos

O desenvolvimento da programação fetal é considerado um importante fator de risco para doenças não-transmissíveis da vida adulta, incluindo doença cardíaca coronariana. Com o objetivo de investigar a associação entre nutrição materna e o desenvolvimento das artérias coronárias (AC) em embriões de camundongos estadiados; embriões de camundongos C57BL/6 nos estádios de 16-23 foram retirados de mães alimentadas com dietas de proteína normal (NP) ou de baixa proteína (LP), e as AC foram estudadas. Embora os embriões LP possuam massa corporal menor, entretanto tinham taxas de crescimento cardíaco maior, quando comparados com os embriões NP. O Plexo subepicárdico foi observado no início do período pós-somítico (estádio 16) de embriões NP, enquanto que nos embriões LP apenas no estádio 17 (P <0,01), persistindo até o estádio 18 (P <0,01). As artérias coronárias foram detectadas inicialmente no estádio18 dos embriões NP, já nos embriões LP foram encontradas a partir do estádio 19 (P <0,01). Núcleos apoptóticos foram observados em torno do anel aórtico peritruncal no estádio 18 em embriões NP e LP. Células FLK1+ (Fetal Liver Kinase 1 = VEGFr2 = Vascular Endothelial Growth Factor Receptor 2) apresentaram uma distribuição homogênea nos embriões NP já no estádio 18, enquanto uma distribuição semelhante nos embriões LP foi visto apenas nos estádios 22 e 23. A restrição proteica materna em camundongos leva a um atraso no crescimento do coração no período embrionário modificando o desenvolvimento do plexo peritruncal subepicárdica e diminuindo a taxa de apoptose na região do futuro orifício coronariano.