Design and Flux-Weakening Control of an Interior Permanent Magnet Synchronous Motor for Electric Vehicles

Permanent magnet synchronous motors (PMSMs) provide a competitive technology for EV traction drives owing to their high power density and high efficiency. In this paper, three types of interior PMSMs with different PM arrangements are modeled by the finite element method (FEM). For a given amount of permanent magnet materials, the V-shape interior PMSM is found better than the U-shape and the conventional rotor topologies for EV traction drives. Then the V-shape interior PMSM is further analyzed with the effects of stator slot opening and the permanent magnet pole chamfering on cogging torque and output torque performance. A vector-controlled flux-weakening method is developed and simulated in Matlab to expand the motor speed range for EV drive system. The results show good dynamic and steady-state performance with a capability of expanding speed up to four times of the rated. A prototype of the V-shape interior PMSM is also manufactured and tested to validate the numerical models built by the FEM.

Improving photofermentative hydrogen production through metabolic engineering and DOE (Design of Experiments)

A l’heure actuelle, les biocarburants renouvelables et qui ne nuit pas à l'environnement sont à l'étude intensive en raison de l'augmentation des problèmes de santé et de la diminution des combustibles fossiles. H2 est l'un des candidats les plus prometteurs en raison de ses caractéristiques uniques, telles que la densité d'énergie élevée et la génération faible ou inexistante de polluants. Une façon attrayante pour produire la H2 est par les bactéries photosynthétiques qui peuvent capter l'énergie lumineuse pour actionner la production H2 avec leur système de nitrogénase. L'objectif principal de cette étude était d'améliorer le rendement de H2 des bactéries photosynthétiques pourpres non sulfureuses utilisant une combinaison de génie métabolique et le plan des expériences. Une hypothèse est que le rendement en H2 pourrait être améliorée par la redirection de flux de cycle du Calvin-Benson-Bassham envers du système de nitrogénase qui catalyse la réduction des protons en H2. Ainsi, un PRK, phosphoribulose kinase, mutant « knock-out » de Rhodobacter capsulatus JP91 a été créé. L’analyse de la croissance sur des différentes sources de carbone a montré que ce mutant ne peut croître qu’avec l’acétate, sans toutefois produire d' H2. Un mutant spontané, YL1, a été récupéré qui a retenu l'cbbP (codant pour PRK) mutation d'origine, mais qui avait acquis la capacité de se développer sur le glucose et produire H2. Une étude de la production H2 sous différents niveaux d'éclairage a montré que le rendement d’YL1 était de 20-40% supérieure à la souche type sauvage JP91. Cependant, il n'y avait pas d'amélioration notable du taux de production de H2. Une étude cinétique a montré que la croissance et la production d'hydrogène sont fortement liées avec des électrons à partir du glucose principalement dirigés vers la production de H2 et la formation de la biomasse. Sous des intensités lumineuses faibles à intermédiaires, la production d'acides organiques est importante, ce qui suggère une nouvelle amélioration additionnel du rendement H2 pourrait être possible grâce à l'optimisation des processus. Dans une série d'expériences associées, un autre mutant spontané, YL2, qui a un phénotype similaire à YL1, a été testé pour la croissance dans un milieu contenant de l'ammonium. Les résultats ont montré que YL2 ne peut croître que avec de l'acétate comme source de carbone, encore une fois, sans produire de H2. Une incubation prolongée dans les milieux qui ne supportent pas la croissance de YL2 a permis l'isolement de deux mutants spontanés secondaires intéressants, YL3 et YL4. L'analyse par empreint du pied Western a montré que les deux souches ont, dans une gamme de concentrations d'ammonium, l'expression constitutive de la nitrogénase. Les génomes d’YL2, YL3 et YL4 ont été séquencés afin de trouver les mutations responsables de ce phénomène. Fait intéressant, les mutations de nifA1 et nifA2 ont été trouvés dans les deux YL3 et YL4. Il est probable qu'un changement conformationnel de NifA modifie l'interaction protéine-protéine entre NifA et PII protéines (telles que GlnB ou GlnK), lui permettant d'échapper à la régulation par l'ammonium, et donc d'être capable d'activer la transcription de la nitrogénase en présence d'ammonium. On ignore comment le nitrogénase synthétisé est capable de maintenir son activité parce qu’en théorie, il devrait également être soumis à une régulation post-traductionnelle par ammonium. Une autre preuve pourrait être obtenue par l'étude du transcriptome d’YL3 et YL4. Une première étude sur la production d’ H2 par YL3 et YL4 ont montré qu'ils sont capables d’une beaucoup plus grande production d'hydrogène que JP91 en milieu d'ammonium, qui ouvre la porte pour les études futures avec ces souches en utilisant des déchets contenant de l'ammonium en tant que substrats. Enfin, le reformage biologique de l'éthanol à H2 avec la bactérie photosynthétique, Rhodopseudomonas palustris CGA009 a été examiné. La production d'éthanol avec fermentation utilisant des ressources renouvelables microbiennes a été traitée comme une technique mature. Cependant, la plupart des études du reformage de l'éthanol à H2 se sont concentrés sur le reformage chimique à la vapeur, ce qui nécessite généralement une haute charge énergetique et résultats dans les émissions de gaz toxiques. Ainsi le reformage biologique de l'éthanol à H2 avec des bactéries photosynthétiques, qui peuvent capturer la lumière pour répondre aux besoins énergétiques de cette réaction, semble d’être plus prometteuse. Une étude précédente a démontré la production d'hydrogène à partir d'éthanol, toutefois, le rendement ou la durée de cette réaction n'a pas été examiné. Une analyse RSM (méthode de surface de réponse) a été réalisée dans laquelle les concentrations de trois facteurs principaux, l'intensité lumineuse, de l'éthanol et du glutamate ont été variés. Nos résultats ont montré que près de 2 moles de H2 peuvent être obtenus à partir d'une mole d'éthanol, 33% de ce qui est théoriquement possible.

Exploring Habitability Markers, Biosignatures, and Their False Positives Using Spectral Models of Terrestrial Exoplanets

Thesis (Ph.D.)--University of Washington, 2016-08

Pulling Back the Veil: The Characterization and Habitability of Enshrouded Worlds

Thesis (Ph.D.)--University of Washington, 2016-08

Multiphase modeling of melting / solidification with high density variations using XFEM

La modélisation de la cryolite, utilisée dans la fabrication de l’aluminium, implique plusieurs défis, notament la présence de discontinuités dans la solution et l’inclusion de la difference de densité entre les phases solide et liquide. Pour surmonter ces défis, plusieurs éléments novateurs ont été développés dans cette thèse. En premier lieu, le problème du changement de phase, communément appelé problème de Stefan, a été résolu en deux dimensions en utilisant la méthode des éléments finis étendue. Une formulation utilisant un multiplicateur de Lagrange stable spécialement développée et une interpolation enrichie a été utilisée pour imposer la température de fusion à l’interface. La vitesse de l’interface est déterminée par le saut dans le flux de chaleur à travers l’interface et a été calculée en utilisant la solution du multiplicateur de Lagrange. En second lieu, les effets convectifs ont été inclus par la résolution des équations de Stokes dans la phase liquide en utilisant la méthode des éléments finis étendue aussi. Troisièmement, le changement de densité entre les phases solide et liquide, généralement négligé dans la littérature, a été pris en compte par l’ajout d’une condition aux limites de vitesse non nulle à l’interface solide-liquide pour respecter la conservation de la masse dans le système. Des problèmes analytiques et numériques ont été résolus pour valider les divers composants du modèle et le système d’équations couplés. Les solutions aux problèmes numériques ont été comparées aux solutions obtenues avec l’algorithme de déplacement de maillage de Comsol. Ces comparaisons démontrent que le modèle par éléments finis étendue reproduit correctement le problème de changement phase avec densités variables.

MAGIC observations of the February 2014 flare of 1ES 1011+496 and ensuing constraint of the EBL density

Context. In February-March 2014, the MAGIC telescopes observed the high-frequency peaked BL Lac 1ES 1011+496 (z=0.212) in flaring state at very-high energy (VHE, E>100GeV). The flux reached a level more than 10 times higher than any previously recorded flaring state of the source. Aims. Description of the characteristics of the flare presenting the light curve and the spectral parameters of the night-wise spectra and the average spectrum of the whole period. From these data we aim at detecting the imprint of the Extragalactic Background Light (EBL) in the VHE spectrum of the source, in order to constrain its intensity in the optical band. Methods. We analyzed the gamma-ray data from the MAGIC telescopes using the standard MAGIC software for the production of the light curve and the spectra. For the constraining of the EBL we implement the method developed by the H.E.S.S. collaboration in which the intrinsic energy spectrum of the source is modeled with a simple function (< 4 parameters), and the EBL-induced optical depth is calculated using a template EBL model. The likelihood of the observed spectrum is then maximized, including a normalization factor for the EBL opacity among the free parameters. Results. The collected data allowed us to describe the flux changes night by night and also to produce di_erential energy spectra for all nights of the observed period. The estimated intrinsic spectra of all the nights could be fitted by power-law functions. Evaluating the changes in the fit parameters we conclude that the spectral shape for most of the nights were compatible, regardless of the flux level, which enabled us to produce an average spectrum from which the EBL imprint could be constrained. The likelihood ratio test shows that the model with an EBL density 1:07 (-0.20,+0.24)stat+sys, relative to the one in the tested EBL template (Domínguez et al. 2011), is preferred at the 4:6 σ level to the no-EBL hypothesis, with the assumption that the intrinsic source spectrum can be modeled as a log-parabola. This would translate into a constraint of the EBL density in the wavelength range [0.24 μm,4.25 μm], with a peak value at 1.4 μm of λF_ = 12:27^(+2:75)_ (-2:29) nW m^(-2) sr^(-1), including systematics.

Improving photofermentative hydrogen production through metabolic engineering and DOE (Design of Experiments)

A l’heure actuelle, les biocarburants renouvelables et qui ne nuit pas à l'environnement sont à l'étude intensive en raison de l'augmentation des problèmes de santé et de la diminution des combustibles fossiles. H2 est l'un des candidats les plus prometteurs en raison de ses caractéristiques uniques, telles que la densité d'énergie élevée et la génération faible ou inexistante de polluants. Une façon attrayante pour produire la H2 est par les bactéries photosynthétiques qui peuvent capter l'énergie lumineuse pour actionner la production H2 avec leur système de nitrogénase. L'objectif principal de cette étude était d'améliorer le rendement de H2 des bactéries photosynthétiques pourpres non sulfureuses utilisant une combinaison de génie métabolique et le plan des expériences. Une hypothèse est que le rendement en H2 pourrait être améliorée par la redirection de flux de cycle du Calvin-Benson-Bassham envers du système de nitrogénase qui catalyse la réduction des protons en H2. Ainsi, un PRK, phosphoribulose kinase, mutant « knock-out » de Rhodobacter capsulatus JP91 a été créé. L’analyse de la croissance sur des différentes sources de carbone a montré que ce mutant ne peut croître qu’avec l’acétate, sans toutefois produire d' H2. Un mutant spontané, YL1, a été récupéré qui a retenu l'cbbP (codant pour PRK) mutation d'origine, mais qui avait acquis la capacité de se développer sur le glucose et produire H2. Une étude de la production H2 sous différents niveaux d'éclairage a montré que le rendement d’YL1 était de 20-40% supérieure à la souche type sauvage JP91. Cependant, il n'y avait pas d'amélioration notable du taux de production de H2. Une étude cinétique a montré que la croissance et la production d'hydrogène sont fortement liées avec des électrons à partir du glucose principalement dirigés vers la production de H2 et la formation de la biomasse. Sous des intensités lumineuses faibles à intermédiaires, la production d'acides organiques est importante, ce qui suggère une nouvelle amélioration additionnel du rendement H2 pourrait être possible grâce à l'optimisation des processus. Dans une série d'expériences associées, un autre mutant spontané, YL2, qui a un phénotype similaire à YL1, a été testé pour la croissance dans un milieu contenant de l'ammonium. Les résultats ont montré que YL2 ne peut croître que avec de l'acétate comme source de carbone, encore une fois, sans produire de H2. Une incubation prolongée dans les milieux qui ne supportent pas la croissance de YL2 a permis l'isolement de deux mutants spontanés secondaires intéressants, YL3 et YL4. L'analyse par empreint du pied Western a montré que les deux souches ont, dans une gamme de concentrations d'ammonium, l'expression constitutive de la nitrogénase. Les génomes d’YL2, YL3 et YL4 ont été séquencés afin de trouver les mutations responsables de ce phénomène. Fait intéressant, les mutations de nifA1 et nifA2 ont été trouvés dans les deux YL3 et YL4. Il est probable qu'un changement conformationnel de NifA modifie l'interaction protéine-protéine entre NifA et PII protéines (telles que GlnB ou GlnK), lui permettant d'échapper à la régulation par l'ammonium, et donc d'être capable d'activer la transcription de la nitrogénase en présence d'ammonium. On ignore comment le nitrogénase synthétisé est capable de maintenir son activité parce qu’en théorie, il devrait également être soumis à une régulation post-traductionnelle par ammonium. Une autre preuve pourrait être obtenue par l'étude du transcriptome d’YL3 et YL4. Une première étude sur la production d’ H2 par YL3 et YL4 ont montré qu'ils sont capables d’une beaucoup plus grande production d'hydrogène que JP91 en milieu d'ammonium, qui ouvre la porte pour les études futures avec ces souches en utilisant des déchets contenant de l'ammonium en tant que substrats. Enfin, le reformage biologique de l'éthanol à H2 avec la bactérie photosynthétique, Rhodopseudomonas palustris CGA009 a été examiné. La production d'éthanol avec fermentation utilisant des ressources renouvelables microbiennes a été traitée comme une technique mature. Cependant, la plupart des études du reformage de l'éthanol à H2 se sont concentrés sur le reformage chimique à la vapeur, ce qui nécessite généralement une haute charge énergetique et résultats dans les émissions de gaz toxiques. Ainsi le reformage biologique de l'éthanol à H2 avec des bactéries photosynthétiques, qui peuvent capturer la lumière pour répondre aux besoins énergétiques de cette réaction, semble d’être plus prometteuse. Une étude précédente a démontré la production d'hydrogène à partir d'éthanol, toutefois, le rendement ou la durée de cette réaction n'a pas été examiné. Une analyse RSM (méthode de surface de réponse) a été réalisée dans laquelle les concentrations de trois facteurs principaux, l'intensité lumineuse, de l'éthanol et du glutamate ont été variés. Nos résultats ont montré que près de 2 moles de H2 peuvent être obtenus à partir d'une mole d'éthanol, 33% de ce qui est théoriquement possible.

New indolium fluorofores for two-photon absortion (2PA) bioimaging applications

The development of organic materials with 2PA has attracted intensive attention in the past two decades [1]. In two-photon bio-imaging applications the design of the chromophore requires to have a good cross-section (σ2PA) and good biological compatibility which depends on the molecular volume and polarity [2]. In this work, we present the design, synthesis and characterization of new indolium derivatives. These compounds are easy to achieve with good yields and good photophysical properties. In addition, time-dependent density functional theory (TDDFT) has been carried out to investigate the energy level of the ground and excited state. Their spectral properties and assays performed on cultured cells, demonstrate the potential of these compounds as fluorescent probes with application in two-photon bio-imaging.

The magnitude of the snow-sourced reactive nitrogen flux to the boundary layer in the Uintah Basin, Utah, USA

Reactive nitrogen (Nr=NO, NO2, HONO) and volatile organic carbon emissions from oil and gas extraction activities play a major role in wintertime ground-level ozone exceedance events of up to 140 ppb in the Uintah Basin in eastern Utah. Such events occur only when the ground is snow covered, due to the impacts of snow on the stability and depth of the boundary layer and ultraviolet actinic flux at the surface. Recycling of reactive nitrogen from the photolysis of snow nitrate has been observed in polar and mid-latitude snow, but snow-sourced reactive nitrogen fluxes in mid-latitude regions have not yet been quantified in the field. Here we present vertical profiles of snow nitrate concentration and nitrogen isotopes (δ15N) collected during the Uintah Basin Winter Ozone Study 2014 (UBWOS 2014), along with observations of insoluble light-absorbing impurities, radiation equivalent mean ice grain radii, and snow density that determine snow optical properties. We use the snow optical properties and nitrate concentrations to calculate ultraviolet actinic flux in snow and the production of Nr from the photolysis of snow nitrate. The observed δ15N(NO3-) is used to constrain modeled fractional loss of snow nitrate in a snow chemistry column model, and thus the source of Nr to the overlying boundary layer. Snow-surface δ15N(NO3-) measurements range from -5‰ to 10‰ and suggest that the local nitrate burden in the Uintah Basin is dominated by primary emissions from anthropogenic sources, except during fresh snowfall events, where remote NOx sources from beyond the basin are dominant. Modeled daily-averaged snow-sourced Nr fluxes range from 5.6-71x107 molec cm-2 s-1 over the course of the field campaign, with a maximum noon-time value of 3.1x109 molec cm-2 s-1. The top-down emission estimate of primary, anthropogenic NOx in the Uintah and Duchesne counties is at least 300 times higher than the estimated snow NOx emissions presented in this study. Our results suggest that snow-sourced reactive nitrogen fluxes are minor contributors to the Nr boundary layer budget in the highly-polluted Uintah Basin boundary layer during winter 2014.

“Albedo dome”: a method for measuring spectral flux-reflectance in a laboratory for media with long optical paths

A method is presented for accurate measurement of spectral flux-reflectance (albedo) in a laboratory, for media with long optical path lengths, such as snow and ice. The approach uses an acrylic hemispheric dome, which, when placed over the surface being studied, serves two functions: (i) it creates an overcast “sky” to illuminate the target surface from all directions within a hemisphere, and (ii) serves as a platform for measuring incident and backscattered spectral radiances, which can be integrated to obtain fluxes. The fluxes are relative measurements and because their ratio is used to determine flux-reflectance, no absolute radiometric calibrations are required. The dome and surface must meet minimum size requirements based on the scattering properties of the surface. This technique is suited for media with long photon path lengths since the backscattered illumination is collected over a large enough area to include photons that reemerge from the domain far from their point of entry because of multiple scattering and small absorption. Comparison between field and laboratory albedo of a portable test surface demonstrates the viability of this method.

Low-density Lipoprotein Cholesterol And Radiotherapy-induced Carotid Atherosclerosis In Subjects With Head And Neck Cancer.

Radiotherapy (RT) is a risk factor for accelerated carotid artery atherosclerotic disease in subjects with head and neck cancer. However, the risk factors of RT-induced carotid artery remodeling are not established. This study aimed to investigate the effects of RT on carotid and popliteal arteries in subjects with head and neck cancer and to evaluate the relationship between baseline clinical and laboratory features and the progression of RT-induced atherosclerosis. Eleven men (age = 57.9 ± 6.2years) with head and neck cancer who underwent cervical bilateral irradiation were prospectively examined by clinical and laboratory analysis and by carotid and popliteal ultrasound before and after treatment (mean interval between the end of RT and the post-RT assessment = 181 ± 47 days). No studied subject used hypocholesterolemic medications. Significant increases in carotid intima-media thickness (IMT) (0.95 ± 0.08 vs. 0.87 ± 0.05 mm; p < 0.0001) and carotid IMT/diameter ratio (0.138 ± 0.013 vs. 0.129 ± 0.014; p = 0.001) were observed after RT, while no changes in popliteal structural features were detected. In addition, baseline low-density lipoprotein cholesterol levels showed a direct correlation with RT-induced carotid IMT change (r = 0.66; p = 0.027), while no other studied variable exhibited a significant relationship with carotid IMT change. These results indicate that RT-induced atherosclerosis is limited to the irradiated area and also suggest that it may be predicted by low-density lipoprotein cholesterol levels in subjects with head and neck cancer.

Exploratory Study Of The Effect Of Lifestyle Counselling On Bone Mineral Density And Body Composition In Users Of The Contraceptive Depot-medroxyprogesterone Acetate.

To compare variations in bone mineral density (BMD) and body composition (BC) in depot-medroxyprogesterone acetate (DMPA) users and nonusers after providing counselling on healthy lifestyle habits. An exploratory study in which women aged 18 to 40 years participated: 29 new DMPA users and 25 new non-hormonal contraceptive users. All participants were advised on healthy lifestyle habits: sun exposure, walking and calcium intake. BMD and BC were assessed at baseline and 12 months later. Statistical analysis included the Mann-Whitney test or Student's t-test followed by multiple linear regression analysis. Compared to the controls, DMPA users had lower BMD at vertebrae L1 and L4 after 12 months of use. They also had a mean increase of 2 kg in total fat mass and an increase of 2.2% in body fat compared to the non-hormonal contraceptive users. BMD loss at L1 was less pronounced in DMPA users with a calcium intake ≥ 1 g/day compared to DMPA users with a lower calcium intake. DMPA use was apparently associated with lower BMD and an increase in fat mass at 12 months of use. Calcium intake ≥ 1 g/day attenuates BMD loss in DMPA users. Counselling on healthy lifestyle habits failed to achieve its aims.

Low-density Three-dimensional Foam Using Self-reinforced Hybrid Two-dimensional Atomic Layers.

Low-density nanostructured foams are often limited in applications due to their low mechanical and thermal stabilities. Here we report an approach of building the structural units of three-dimensional (3D) foams using hybrid two-dimensional (2D) atomic layers made of stacked graphene oxide layers reinforced with conformal hexagonal boron nitride (h-BN) platelets. The ultra-low density (1/400 times density of graphite) 3D porous structures are scalably synthesized using solution processing method. A layered 3D foam structure forms due to presence of h-BN and significant improvements in the mechanical properties are observed for the hybrid foam structures, over a range of temperatures, compared with pristine graphene oxide or reduced graphene oxide foams. It is found that domains of h-BN layers on the graphene oxide framework help to reinforce the 2D structural units, providing the observed improvement in mechanical integrity of the 3D foam structure.

Reference Values For High-density Lipoprotein Particle Size And Volume By Dynamic Light Scattering In A Brazilian Population Sample And Their Relationships With Metabolic Parameters.

Current data indicate that the size of high-density lipoprotein (HDL) may be considered an important marker for cardiovascular disease risk. We established reference values of mean HDL size and volume in an asymptomatic representative Brazilian population sample (n=590) and their associations with metabolic parameters by gender. Size and volume were determined in HDL isolated from plasma by polyethyleneglycol precipitation of apoB-containing lipoproteins and measured using the dynamic light scattering (DLS) technique. Although the gender and age distributions agreed with other studies, the mean HDL size reference value was slightly lower than in some other populations. Both HDL size and volume were influenced by gender and varied according to age. HDL size was associated with age and HDL-C (total population); non- white ethnicity and CETP inversely (females); HDL-C and PLTP mass (males). On the other hand, HDL volume was determined only by HDL-C (total population and in both genders) and by PLTP mass (males). The reference values for mean HDL size and volume using the DLS technique were established in an asymptomatic and representative Brazilian population sample, as well as their related metabolic factors. HDL-C was a major determinant of HDL size and volume, which were differently modulated in females and in males.

Combined External Pressure And Cu-substitution Studies On Bafe2as2 Single Crystals.

We report a combined study of external pressure and Cu-substitution on BaFe2As2 single crystals grown by the in-flux technique. At ambient pressure, the Cu-substitution is known to suppress the spin density wave (SDW) phase in pure BaFe2As2(TSDW ≈ 140 K) and to induce a superconducting (SC) dome with a maximum transition temperature [Formula: see text]. This [Formula: see text] is much lower than the Tc ∼ 15-28 K achieved in the case of Ru, Ni and Co substitutions. Such a lower Tc is attributed to a Cu(2+) magnetic pair-breaking effect. The latter is strongly suppressed by applied pressure, as shown herein, Tc can be significantly enhanced by applying high pressures. In this work, we investigated the pressure effects on Cu(2+) magnetic pair-breaking in the BaFe2-xCuxAs2 series. Around the optimal concentration (xopd = 0.11), all samples showed a substantial increase of Tc as a function of pressure. Yet for those samples with a slightly higher doping level (over-doped regime), Tc presented a dome-like shape with maximum Tc ≃ 8 K. Remarkably interesting, the under-doped samples, e.g. x = 0.02 display a maximum pressure induced Tc ≃ 30 K which is comparable to the maximum Tc's found for the pure compound under external pressures. Furthermore, the magnetoresistance effect as a function of pressure in the normal state of the x = 0.02 sample also presented an evolution consistent with the screening of the Cu(2+) local moments. These findings demonstrate that the Cu(2+) magnetic pair-breaking effect is completely suppressed by applying pressure in the low concentration regime of Cu(2+) substituted BaFe2As2.