A semi-grand canonical Monte Carlo simulation model for ion binding to ionizable surfaces: Proton binding of carboxylated latex particles as a case study

In this paper, we present a computer simulation study of the ion binding process at an ionizable surface using a semi-grand canonical Monte Carlo method that models the surface as a discrete distribution of charged and neutral functional groups in equilibrium with explicit ions modelled in the context of the primitive model. The parameters of the simulation model were tuned and checked by comparison with experimental titrations of carboxylated latex particles in the presence of different ionic strengths of monovalent ions. The titration of these particles was analysed by calculating the degree of dissociation of the latex functional groups vs. pH curves at different background salt concentrations. As the charge of the titrated surface changes during the simulation, a procedure to keep the electroneutrality of the system is required. Here, two approaches are used with the choice depending on the ion selected to maintain electroneutrality: counterion or coion procedures. We compare and discuss the difference between the procedures. The simulations also provided a microscopic description of the electrostatic double layer (EDL) structure as a function of pH and ionic strength. The results allow us to quantify the effect of the size of the background salt ions and of the surface functional groups on the degree of dissociation. The non-homogeneous structure of the EDL was revealed by plotting the counterion density profiles around charged and neutral surface functional groups. © 2011 American Institute of Physics.

Base temperature and simulation model for nodes appearance in cape gooseberry (Physalis peruviana L.)

Data was analyzed on development of the solanaceen fruit crop Cape gooseberry to evaluate how well a classical thermal time model could describe node appearance in different environments. The data used in the analysis were obtained from experiments conducted in Colombia in open fields and greenhouse condition at two locations with different climate. An empirical, non linear segmented model was used to estimate the base temperature and to parameterize the model for simulation of node appearance vs. time. The base temperature (Tb) used to calculate the thermal time (TT, ºCd) for node appearance was estimated to be 6.29 ºC. The slope of the first linear segment was 0.023 nodes per TT and 0.008 for the second linear segment. The time at which the slope of node apperance changed was 1039.5 ºCd after transplanting, determined from a statistical analysis of model for the first segment. When these coefficients were used to predict node appearance at all locations, the model successfully fit the observed data (RSME=2.1), especially for the first segment where node appearance was more homogeneous than the second segment. More nodes were produced by plants grown under greenhouse conditions and minimum and maximum rates of node appearance rates were also higher.

Kiinnirullaimen dynamiikan ja värähtelyjen simulointi

Diplomityössä tutkittiin kaupallisen monikappaledynamiikkaohjelmiston soveltuvuutta kiinnirullaimen dynamiikan ja värähtelyjen tutkimiseen. Erityisen kiinnostuneita oltiin nipin kuvauksesta sekä nipissä tapahtuvista värähtelyistä. Tässä diplomityössä mallinnettiin kiinnirullaimen ensiö- ja toisiokäytöt sekä tampuuritela. Malli yhdistettiin myöhemmin Metso Paper Järvenpäässä rinnakkaisena diplomityönä tehtyyn malliin, joista muodostui kahteen ratkaisijaan perustuva simulointimalli. Simulointimalli rakennettiin käyttämään kahta erillistä ratkaisijaa, joista toinen on mekaniikkamallin rakentamisessa käytetty ADAMS-ohjelmisto ja toinen säätöjärjestelmää ja hydraulipiirejä kuvaava Simulink-malli. Nipin mallintamiseksi tampuuritela ja rullaussylinteri mallinnettiin joustaviksi käyttäen keskitettyjen massojen menetelmää. Siirtolaitteissa sekä runkorakenteissa tapahtuvat joustot kuvattiin yhden vapausasteen jousi-vaimennin voimilla kuvattuina järjestelminä. Tässä diplomityössä on myös keskitytty esittelemään ADAMS-ohjelmiston toimintaa ohjeistavasti sekä käsittelemään parametrisen mallintamisen etuja. Työssä havaittiin monikappaledynamiikan soveltuvuus kiinnirullaimen dynamiikan sekä dynaamisten voimien aiheuttamien värähtelyjen tutkimiseen. Suoritetuista värähtelymittauksista voitiin tehdä vain arvioita. Mallin havaittiin vaativan lisätutkimusta ja kehitystyötä

Rullaussylinterin ja painotelan mallinnus kiinnirullaimen simulointiin

Diplomityössä tutkitaan kaupallisen simulointiohjelmiston soveltuvuutta nykyaikaisen kiinnirullaimen dynamiikan tutkimiseen. Kiinnostuksen kohteena on erityisesti kahden telan välinen nippi, sekä siinä tapahtuvat värähtelyt. Työssä mallinnetaan rullaussylinterin ja telapainolaitteen simulointimallit. Rullaussylinterin simulointimalli yhdistetään Lappeenrannan teknillisessä korkeakoulussa mallinnettuun tampuuritelan simulointimalliin, jolloin nippikontaktin tutkiminen on mahdollista. Simuloituja tuloksia verrataan todellisella laitteella tehtyihin mittauksiin sekä elementtimenetelmällä laskettuihin tuloksiin. Diplomityön mekaniikka mallinnetaan ADAMS-ohjelmistossa monikappaledynamiikan keinoin. Toimilaitteiden sekä säätöjärjestelmien kuvaukseen käytetään MATLAB Simulink-ohjelmistoa. Telojen joustavuuden mallinnuksessa käytetään hyväksi keskittyneiden massojen periaatetta. Järjestelmän hydraulipiirit mallinnetaan keskittyneiden paineiden teorian mukaisesti ja toimilaitteiden mallinnuksessa käytetään puoliempiiristä mallinnustekniikkaa. Työssä havaitaan monikappaledynamiikan soveltuvan kiinnirullaimen dynamiikan tutkimiseen. Kahden diplomityön tuloksena laaditun nippimallin avulla voidaan kuvata rullaustapahtumassa vaikuttavat voimat oikein. Värähtelymittausten perusteella voidaan tehdä karkeita johtopäätöksiä, mallin toimivuuden arvioimiseksi värähtelyjen kuvaamisessa, joskin mallin havaitaan vaativan lisätutkimusta ja kehitystyötä.

Comblike poly(a-alkyl g glutamate)s: computer simulation studies of an intermediate thermal phase.

Monte Carlo (MC) simulations have been used to study the structure of an intermediate thermal phase of poly(R-octadecyl ç,D-glutamate). This is a comblike poly(ç-peptide) able to adopt a biphasic structure that has been described as a layered arrangement of backbone helical rods immersed in a paraffinic pool of polymethylene side chains. Simulations were performed at two different temperatures (348 and 363 K), both of them above the melting point of the paraffinic phase, using the configurational bias MC algorithm. Results indicate that layers are constituted by a side-by-side packing of 17/5 helices. The organization of the interlayer paraffinic region is described in atomistic terms by examining the torsional angles and the end-to-end distances for the octadecyl side chains. Comparison with previously reported comblike poly(â-peptide)s revealed significant differences in the organization of the alkyl side chains.

Tree cover at fine and coarse spatial grains interacts with shade tolerance to shape plant species distributions across the Alps

The role of competition for light among plants has long been recognized at local scales, but its potential importance for plant species' distribution at larger spatial scales has largely been ignored. Tree cover acts as a modulator of local abiotic conditions, notably by reducing light availability below the canopy and thus the performance of species that are not adapted to low-light conditions. However, this local effect may propagate to coarser spatial grains. Using 6,935 vegetation plots located across the European Alps, we fit Generalized Linear Models (GLM) for the distribution of 960 herbs and shrubs species to assess the effect of tree cover at both plot and landscape grain sizes (~ 10-m and 1-km, respectively). We ran four models with different combinations of variables (climate, soil and tree cover) for each species at both spatial grains. We used partial regressions to evaluate the independent effects of plot- and landscape-scale tree cover on plant communities. Finally, the effects on species' elevational range limits were assessed by simulating a removal experiment comparing the species' distribution under high and low tree cover. Accounting for tree cover improved model performance, with shade-tolerant species increasing their probability of presence at high tree cover whereas shade-intolerant species showed the opposite pattern. The tree cover effect occurred consistently at both plot and landscape spatial grains, albeit strongest at the former. Importantly, tree cover at the two grain sizes had partially independent effects on plot-scale plant communities, suggesting that the effects may be transmitted to coarser grains through meta-community dynamics. At high tree cover, shade-intolerant species exhibited elevational range contractions, especially at their upper limit, whereas shade-tolerant species showed elevational range expansions at both limits. Our findings suggest that the range shifts for herb and shrub species may be modulated by tree cover dynamics.

Disc Filter External Models in an Integrated Simulation Environment

Työssä tutkittiin kiekkosuodattimeen liittyviä ulkoisia simulointimalleja integroidussa simulointiympäristössä. Työn tarkoituksena oli parantaa olemassa olevaa mekanistista kiekkosuodatinmallia. Malli laadittiin dynaamiseen paperiteollisuuden tarpeisiin tehtyyn simulaattoriin (APMS), jossa olevaan alkuperäiseen mekanistiseen malliin tehtiin ulkoinen lisämalli, joka käyttää hyväkseen kiekkosuodatinvalmistajan mittaustuloksia. Laitetiedon saatavuutta suodattimien käyttäjille parannettiin luomalla Internetissä sijaitsevalle palvelimelle kiekkosuodattimen laitetietomäärittelyt. Suodatinvalmistaja voi palvella asiakkaitaan viemällä laitetiedot palvelimelle ja yhdistämällä laitetiedon simulointimalliin. Tämä on mahdollista Internetin ylitse käytettävän integroidun simulointiympäristön avulla, jonka on tarkoitus kokonaisvaltaisesti yhdistää simulointi ja prosessisuunnittelu. Suunnittelijalle tarjotaan työkalut, joilla dynaaminen simulointi, tasesimulointi ja kaavioiden piirtäminen onnistuu prosessilaitetiedon ollessa saatavilla. Nämä työkalut on tarkoitus toteuttaa projektissa nimeltä Galleria, jossa luodaan prosessimalli- ja laitetietopalvelin Internetiin. Gallerian käyttöliittymän avulla prosessisuunnittelija voi käyttää erilaisia simulointiohjelmistoja ja niihin luotuja valmiita malleja, sekä saada käsiinsä ajan tasalla olevaa laitetietoa. Ulkoinen kiekkosuodatinmalli laskee suodosvirtaamat ja suodosten pitoisuudet likaiselle, kirkkaalle ja superkirkkaalle suodokselle. Mallin syöttöparametrit ovat kiekkojen pyörimisnopeus, sisään tulevan syötön pitoisuus, suotautuvuus (freeness) ja säätöparametri, jolla säädetään likaisen ja kirkkaan suodoksen keskinäinen suhde. Suotautuvuus kertoo mistä massasta on kyse. Mitä suurempi suotautuvuus on, sitä paremmin massa suodattuu ja sitä puhtaampia suodokset yleensä ovat. Mallin parametrit viritettiin regressioanalyysillä ja valmistajan palautetta apuna käyttäen. Käyttäjä voi valita haluaako hän käyttää ulkoista vai alkuperäistä mallia. Alkuperäinen malli täytyy ensin alustaa antamalla sille nominaaliset toimintapisteet virtaamille ja pitoisuuksille tietyllä pyörimisnopeudella. Ulkoisen mallin yhtälöitä voi käyttää alkuperäisen mallin alustamiseen, jos alkuperäinen malli toimii ulkoista paremmin. Ulkoista mallia voi käyttää myös ilman simulointiohjelmaa Galleria-palvelimelta käsin. Käyttäjälle avautuu näin mahdollisuus tarkastella kiekkosuodattimien parametreja ja nähdä suotautumistulokset oman työasemansa ääreltä mistä tahansa, kunhan Internetyhteys on olemassa. Työn tuloksena kiekkosuodattimien laitetiedon saatavuus käyttäjille parani ja alkuperäisen simulointimallin rajoituksia ja puutteita vähennettiin.

Langevin equations with multiplicative noise: Application to domain growth

Langevin Equations of Ginzburg-Landau form, with multiplicative noise, are proposed to study the effects of fluctuations in domain growth. These equations are derived from a coarse-grained methodology. The Cahn-Hiliard-Cook linear stability analysis predicts some effects in the transitory regime. We also derive numerical algorithms for the computer simulation of these equations. The numerical results corroborate the analytical predictions of the linear analysis. We also present simulation results for spinodal decomposition at large times.

Simulation Supported Robot Programming using XML

The main objective of this master's thesis is to study robot programming using simulation software, and also how to embed the simulation software into company's own robot controlling software. The further goal is to study a new communication interface to the assembly line's components -more precisely how to connect the robot cell into this new communication system. Conveyor lines are already available where the conveyors use the new communication standard. The robot cell is not yet capable of communicating with to other devices using the new communication protocols. The main problem among robot manufacturers is that they all have their own communication systems and programming languages. There has not been any common programming language to program all the different robot manufacturers robots, until the RRS (Realistic Robot Simulation) standards were developed. The RRS - II makes it possible to create the robot programs in the simulation software and it gives a common user interface for different robot manufacturers robots. This thesis will present the RRS - II standard and the robot manufacturers situation for the RRS - II support. Thesis presents how the simulation software can be embedded into company's own robot controlling software and also how the robot cell can be connected to the CAMX (Computer Aided Manufacturing using XML) communication system.

USER'S GUIDE FOR ADVANCED PROCESS SIMULATION SOFTWARE APROS 5

Tässä diplomityössä tehtiin käyttäjän opas kehittyneelle prosessisimulointiohjelmistolle APROS 5. Opas on osa VTT Energialle tehtävää APROS 5 käyttäjän koulutuspakettia, joka julkaistaan myöhemmin CD-ROM -muotoisena. Prosessisimulointiohjelmistoa AAPROS 5 voidaan käyttää termohydraulisten prosessien, automaatiopiirien ja sähköjärjestelmien mallinnuksessa. Ohjelma sisältää myös neutroniikkamallin ydinreaktorin käyttäytymisen mallintamiseksi. APROS:in aikaisemmilla UNIX-ympäristössä toimivilla versioilla on toteutettu useita ydinvoimalaitosten turvallisuustutkimukseen liittyviä analyysejä ja sekä ydinvoimalaitosten että konventionaalisten voimalaitosten koulutussimulaattoreita. APROS 5 toimii Windows NT -ympäristössä ja on oleellisesti erilainen käyttää kuin aikaisemmat versiot. Tämän myötä syntyi tarve uudelle käyttäjän oppaalle. Käyttäjän oppaassa esitetään APROS 5:n tärkeimmät toiminnot, mallinnuksen periaatteet ja termohydraulisten ja neutroniikan ratkaisumallit. Lisäksi oppaassa esitetään esimerkki, jossa mallinnetaan yksinkertaistettu VVER-440 -tyyppisen ydinvoimalaitoksen primääripiiri. Yksityiskohtaisempaa tietoa ohjelmistosta on saatavilla APROS 5 -dokumentaatiosta.

Development of the Simulation Environment for the Mobile Phone User Interfaces

Diplomityössä käsitellään Nokia Mobile Phonesin matkapuhelimien käyttöliittymäohjelmistojen suunnittelu-ja testausympäristön kehitystä. Ympäristöön lisättiin kaksi ohjelmistomodulia avustamaan simulointia ja versionhallintaa. Visualisointityökalulla matkapuhelimen toiminta voidaan jäljittää suunnittelu- kaavioihin tilasiirtyminä, kun taas vertailusovelluksella kaavioiden väliset erot nähdään graafisesti. Kehitetyt sovellukset parantavat käyttöliittymien suunnitteluprosessia tehostaen virheiden etsintää, optimointia ja versionhallintaa. Visualisointityökalun edut ovat merkittävät, koska käyttöliittymäsovellusten toiminta on havaittavissa suunnittelu- kaavioista reaaliaikaisen simuloinnin yhteydessä. Näin virheet ovat välittömästi paikannettavissa. Lisäksi työkalua voidaan hyödyntää kaavioita optimoitaessa, jolloin sovellusten kokoja muistintarve pienenee. Graafinen vertailutyökalu tuo edun rinnakkaiseen ohjelmistosuunnitteluun. Eri versioisten suunnittelukaavioiden erot ovat nähtävissä suoraan kaaviosta manuaalisen vertailun sijaan. Molemmat työkalut otettiin onnistuneesti käyttöön NMP:llä vuoden 2001 alussa.

Disentangling the formation of contrasting tree line physiognomies combining model selection and Bayesian parameterization for simulation models.

Alpine tree-line ecotones are characterized by marked changes at small spatial scales that may result in a variety of physiognomies. A set of alternative individual-based models was tested with data from four contrasting Pinus uncinata ecotones in the central Spanish Pyrenees to reveal the minimal subset of processes required for tree-line formation. A Bayesian approach combined with Markov chain Monte Carlo methods was employed to obtain the posterior distribution of model parameters, allowing the use of model selection procedures. The main features of real tree lines emerged only in models considering nonlinear responses in individual rates of growth or mortality with respect to the altitudinal gradient. Variation in tree-line physiognomy reflected mainly changes in the relative importance of these nonlinear responses, while other processes, such as dispersal limitation and facilitation, played a secondary role. Different nonlinear responses also determined the presence or absence of krummholz, in agreement with recent findings highlighting a different response of diffuse and abrupt or krummholz tree lines to climate change. The method presented here can be widely applied in individual-based simulation models and will turn model selection and evaluation in this type of models into a more transparent, effective, and efficient exercise.

INCLUDING RISK IN ECONOMIC FEASIBILITY ANALYSIS:A STOCHASTIC SIMULATION MODEL FOR BLUEBERRY INVESTMENT DECISIONS IN CHILE

ABSTRACT The traditional method of net present value (NPV) to analyze the economic profitability of an investment (based on a deterministic approach) does not adequately represent the implicit risk associated with different but correlated input variables. Using a stochastic simulation approach for evaluating the profitability of blueberry (Vaccinium corymbosum L.) production in Chile, the objective of this study is to illustrate the complexity of including risk in economic feasibility analysis when the project is subject to several but correlated risks. The results of the simulation analysis suggest that the non-inclusion of the intratemporal correlation between input variables underestimate the risk associated with investment decisions. The methodological contribution of this study illustrates the complexity of the interrelationships between uncertain variables and their impact on the convenience of carrying out this type of business in Chile. The steps for the analysis of economic viability were: First, adjusted probability distributions for stochastic input variables (SIV) were simulated and validated. Second, the random values of SIV were used to calculate random values of variables such as production, revenues, costs, depreciation, taxes and net cash flows. Third, the complete stochastic model was simulated with 10,000 iterations using random values for SIV. This result gave information to estimate the probability distributions of the stochastic output variables (SOV) such as the net present value, internal rate of return, value at risk, average cost of production, contribution margin and return on capital. Fourth, the complete stochastic model simulation results were used to analyze alternative scenarios and provide the results to decision makers in the form of probabilities, probability distributions, and for the SOV probabilistic forecasts. The main conclusion shown that this project is a profitable alternative investment in fruit trees in Chile.

Value at Risk in measuring market risk: Historical simulation

In this study the theoretical part was created to make comparison between different Value at Risk models. Based on that comparison one model was chosen to the empirical part which concentrated to find out whether the model is accurate to measure market risk. The purpose of this study was to test if Volatility-weighted Historical Simulation is accurate in measuring market risk and what improvements does it bring to market risk measurement compared to traditional Historical Simulation. Volatility-weighted method by Hull and White (1998) was chosen In order to improve the traditional methods capability to measure market risk. In this study we found out that result based on Historical Simulation are dependent on chosen time period, confidence level and how samples are weighted. The findings of this study are that we cannot say that the chosen method is fully reliable in measuring market risk because back testing results are changing during the time period of this study.

Fluid dynamics simulation of right ventricular outflow tract oversizing.

OBJECTIVES: Repair of the right ventricular outflow tract (RVOT) in paediatric cardiac surgery remains challenging due to the high reoperation rate. Intimal hyperplasia and consequent arteriosclerosis is one of the most important limitation factors for graft durability. Since local shear stress and pressure are predictive elements for intimal hyperplasia and wall degeneration, we sought to determine in an oversized 12-mm RVOT model, with computed fluid dynamics simulation, the local haemodynamical factors that may explain intimal hyperplasia. This was done with the aim of identifying the optimal degree of oversizing for a 12-mm native RVOT. METHODS: Twenty domestic pigs, with a weight of 24.6 ± 0.89 kg and a native RVOT diameter of 12 ± 1.7 mm, had valve conduits of 12, 16, 18 and 20 mm implanted. Pressure and flow were measured at 75, 100 and 125% of normal flow at RVOT at the pulmonary artery, pulmonary artery bifurcation and at the left and right pulmonary arteries. Three-dimensional computed fluid dynamics (CFD) simulation in all four geometries in all flow modalities was performed. Local shear stress and pressure conditions were investigated. RESULTS: Corresponding to 75, 100 and 125% of steady-state flow, three inlet velocity profiles were obtained, 0.2, 0.29 and 0.36 m/s, respectively. At inflow velocity profiles, low shear stress areas, ranged from 0 to 2 Pa, combined with high-pressure areas ranging from 11.5 to 12.1 mmHg that were found at distal anastomosis, at bifurcation and at the ostia of the left and right pulmonary arteries in all geometries. CONCLUSIONS: In all three oversized geometries, the local reparation of shear stress and pressure in the 16-mm model showed a similar local profile as in the native 12 mm RVOT. According to these findings, we suggest oversizing the natural 12-mm RVOT by not more than 4 mm. The elements responsible for wall degeneration and intimal hyperplasia remain very similar to the conditions present in native RVOT.