Gas laser discharge noise and its effect on the laser output

A large portion of the noise in the light output of a laser oscillator is associated with the noise in the laser discharge. The effect of the discharge noise on the laser output has been studied. The discharge noise has been explained through an ac equivalent circuit of the laser discharge tube.

The discharge noise corresponds to time-varying spatial fluctuations in the electron density, the inverted population density and the dielectric permittivity of the laser medium from their equilibrium values. These fluctuations cause a shift in the resonant frequencies of the laser cavity. When the fluctuation in the dielectric permittivity of the laser medium is a longitudinally traveling wave (corresponding to the case in which moving striations exist in the positive column of the laser discharge), the laser output is frequency modulated.

The discharge noise has been analyzed by representing the laser discharge by an equivalent circuit. An appropriate ac equivalent circuit of a laser discharge tube has been obtained by considering the frequency spectrum of the current response of the discharge tube to an ac voltage modulation. It consist of a series ρLC circuit, which represents the discharge region, in parallel with a capacitance C', which comes mainly from the stray wiring. The equivalent inductance and capacitance of the discharge region have been calculated from the values of the resonant frequencies measured on discharge currents, gas pressures and lengths of the positive column. The experimental data provide for a set of typical values and dependencies on the discharge parameters for the equivalent inductance and capacitance of a discharge under laser operating conditions. It has been concluded from the experimental data that the equivalent inductance originates mainly from the positive column while the equivalent capacitance is due to the discharge region other than the positive column.

The ac equivalent circuit of the laser discharge has been shown analytically and experimentally to be applicable to analyzing the internal discharge noise. Experimental measurements have been made on the frequency of moving striations in a laser discharge. Its experimental dependence on the discharge current agrees very well with the expected dependence obtained from an analysis of the circuit and the experimental data on the equivalent circuit elements. The agreement confirms the validity of representing a laser discharge tube by its ac equivalent circuit in analyzing the striation phenomenon and other low frequency noises. Data have also been obtained for the variation of the striation frequency with an externally-applied longitudinal magnetic field and the increase in frequency has been attributed to a decrease in the equivalent inductance of the laser discharge.

Preparation, characterization and gas sensing properties of high soluble metal (II) phthalocyanine thin films by spin-coating method

Three novel metal (II) phthalocyanine complexes were synthesized by cyclic tetramerisation reaction of a dicyano benzene component and different metal ions (Pd2+, Co2+, Zn2+). The structure of complexes was confirmed by elemental analysis, mass and IR spectrum. The excellent solubility of the complexes in benzene enabled us to obtain films by a spin-coating method. The films were characterized by IR, electronic spectral and AFM. The gas sensing properties to NO2 of the metal (II) phthalocyanine complex films were studied. In addition, the effects of different metal ions and the gas sensing temperature on the sensing properties were studied. (C) 2005 Elsevier B.V. All rights reserved.

Robust design optimization of gas turbine compression systems

Gas turbine compression systems are required to perform adequately over a range of operating conditions. Complexity has encouraged the conventional design process for compressors to focus initially on one operating point, usually the most commonor arduous, to draw up an outline design. Generally, only as this initial design is refined is its offdesign performance assessed in detail. Not only does this necessarily introduce a potentially costly and timeconsuming extra loop in the design process, but it also may result in a design whose offdesign behavior is suboptimal. Aversion of nonintrusive polynomial chaos was previously developed in which a set of orthonormal polynomials was generated to facilitate a rapid analysis of robustness in the presence of generic uncertainties with good accuracy. In this paper, this analysis method is incorporated in real time into the design process for the compression system of a three-shaft gas turbine aeroengine. This approach to robust optimization is shown to lead to designs that exhibit consistently improved system performance with reduced sensitivity to offdesign operation.

Stress analysis of ZrO2/SiO2 multilayers deposited on different substrates with different thickness periods

The effects of repeating thickness periods on stress are studied in ZrO2/SiO2 multilayers deposited by electron-beam evaporation on BK7 glass and fused-silica substrates. The results show that the residual stress is compressive and decreases with an increase of the periods of repeating thickness in the ZrO2/SiO2 multilayers. At the same time, the residual stress in multilayers deposited on BK7 glass is less than that of samples deposited on fused silica. The variation of the microstructure examined by x-ray diffraction shows that microscopic deformation does not correspond to macroscopic stress, which may be due to variation of the interface stress. (c) 2005 Optical Society of America.

Aplicação de Lógica Nebulosa para Previsão do Risco de Escorregamento de Taludes em Solo Residual.

A estabilidade de taludes naturais é um tema de grande interesse ao engenheiro geotécnico, face às significativas perdas econômicas, e até mesmo humanas, resultantes da ruptura de taludes. Estima-se que a deflagração de escorregamentos já provocou milhares de mortes, e dezenas de bilhões de dólares em prejuízos anuais em todo o mundo. Os fenômenos de instabilização de encostas são condicionados por muitos fatores, como o clima, a litologia e as estruturas das rochas, a morfologia, a ação antrópica e outros. A análise dos condicionantes geológicos e geotécnicos de escorregamentos proporciona a apreciação de cada um dos fatores envolvidos nos processos de instabilização de encostas, permitindo a obtenção de resultados de interesse, no que diz respeito ao modo de atuação destes fatores. O presente trabalho tem como objetivo a utilização da Lógica Nebulosa (Fuzzy) para criação de um Modelo que, de forma qualitativa, forneça uma previsão do risco de escorregamento de taludes em solos residuais. Para o cumprimento deste objetivo, foram estudados os fatores envolvidos nos processos de instabilização de encostas, e a forma como estes fatores se interrelacionam. Como experiência do especialista para a elaboração do modelo, foi analisado um extenso banco de dados de escorregamentos na cidade do Rio de Janeiro, disponibilizado pela Fundação Geo-Rio. Apresenta-se, neste trabalho, um caso histórico bem documentado para a validação do Modelo Fuzzy e análises paramétricas, realizadas com o objetivo verificar a coerência do modelo e a influência de cada um dos fatores adotados na previsão do risco de escorregamento. Dentre as principais conclusões, destaca-se a potencialidade da lógica nebulosa na previsão de risco de escorregamentos de taludes em solo residual, aparecendo como uma ferramenta capaz de auxiliar na detecção de áreas de risco.

Caracterização de reservatórios não convencionais Shale Gas na Formação Barreirinha Bacia do Amazonas

Os folhelhos pretos devonianos da Formação Barreirinha caracterizamse pela alta radioatividade na porção basal, grande extensão areal, espessura e profundidade de soterramento variável que vão de exposição na superfície até mais de 3000 m. Eles são as principais rochas geradoras do sistema petrolífero convencional da Bacia do Amazonas, e recentemente foram consideradas como promissores plays de gás não convencional. Folhelhos são geralmente caracterizados por uma matriz fechada, que faz com que sejam relativamente impermeáveis em relação ao fluxo de gás, a menos que ocorram fraturas, e dependendo das suas características geológicas e geoquímicas podem funcionar com um Sistema Petrolífero autossuficiente, atuando tanto como rocha fonte, quanto como reservatório de gás (reservatório Shale Gas). Assim, o gás natural termogênico ou biogênico gerado pode ser armazenado em folhelhos ricos em matéria orgânica na forma livre, adsorvida, ou em estado dissolvido. Em contraste com os sistemas petrolíferos convencionais, reservatórios Shale Gas, possuem mecanismos de aprisionamento e armazenamento únicos, sendo necessária a utilização de técnicas de avaliações específicas. No entanto, folhelhos prolíficos geralmente podem ser reconhecidos a partir de alguns parâmetros básicos: arquitetura geológica e sedimentar, propriedades geoquímicas e petrofísicas e composição mineralógica. Tendo em vista a carência de pesquisas de caráter descritivo, com cunho exploratório dos folhelhos geradores da Formação Barreirinha, esta dissertação tem como objetivo introduzir uma metodologia de identificação de intervalos de folhelho gerador com potencial para reservatório Shale Gas. Começando com uma investigação regional sobre o contexto geológico e sedimentar, seguido de uma avaliação abrangente enfocando as características geoquímicas, petrofísicas e litofácies dos folhelhos a partir da integração de parâmetros obtidos de perfis geofísicos de poço, análises geoquímicas e aplicação dos conceitos de Estratigrafia de Sequencia.

Uso da calibração multivariada para a predição de propriedades físico-químicas de misturas de óleo de soja e biodiesel

O objetivo deste trabalho foi estabelecer um modelo empregando-se ferramentas de regressão multivariada para a previsão do teor em ésteres metílicos e, simultaneamente, de propriedades físico-químicas de misturas de óleo de soja e biodiesel de soja. O modelo foi proposto a partir da correlação das propriedades de interesse com os espectros de reflectância total atenuada no infravermelho médio das misturas. Para a determinação dos teores de ésteres metílicos foi utilizada a cromatografia líquida de alta eficiência (HPLC), podendo esta ser uma técnica alternativa aos método de referência que utilizam a cromatografia em fase gasosa (EN 14103 e EN 14105). As propriedades físico-químicas selecionadas foram índice de refração, massa específica e viscosidade. Para o estudo, foram preparadas 11 misturas com diferentes proporções de biodiesel de soja e de óleo de soja (0-100 % em massa de biodiesel de soja), em quintuplicata, totalizando 55 amostras. A região do infravermelho estudada foi a faixa de 3801 a 650 cm-1. Os espectros foram submetidos aos pré-tratamentos de correção de sinal multiplicativo (MSC) e, em seguida, à centralização na média (MC). As propriedades de interesse foram submetidas ao autoescalamento. Em seguida foi aplicada análise de componentes principais (PCA) com a finalidade de reduzir a dimensionalidade dos dados e detectar a presença de valores anômalos. Quando estes foram detectados, a amostra era descartada. Os dados originais foram submetidos ao algoritmo de Kennard-Stone dividindo-os em um conjunto de calibração, para a construção do modelo, e um conjunto de validação, para verificar a sua confiabilidade. Os resultados mostraram que o modelo proposto por PLS2 (Mínimos Quadrados Parciais) foi capaz de se ajustar bem os dados de índice de refração e de massa específica, podendo ser observado um comportamento aleatório dos erros, indicando a presença de homocedasticidade nos valores residuais, em outras palavras, o modelo construído apresentou uma capacidade de previsão para as propriedades de massa específica e índice de refração com 95% de confiança. A exatidão do modelo foi também avaliada através da estimativa dos parâmetros de regressão que são a inclinação e o intercepto pela Região Conjunta da Elipse de Confiança (EJCR). Os resultados confirmaram que o modelo MIR-PLS desenvolvido foi capaz de prever, simultaneamente, as propriedades índice de refração e massa específica. Para os teores de éteres metílicos determinados por HPLC, foi também desenvolvido um modelo MIR-PLS para correlacionar estes valores com os espectros de MIR, porém a qualidade do ajuste não foi tão boa. Apesar disso, foi possível mostrar que os dados podem ser modelados e correlacionados com os espectros de infravermelho utilizando calibração multivariada

Análise tensão deformação de uma barragem de concreto em solo residual preponderantemente anisotrópico.

Estudos de fundações de obras de arte, como barragens de concreto-gravidade e barragens de terra, devem contemplar todos os esforços atuantes no maciço de fundação, principalmente as tensões e as deformações esperadas durante todo o processo construtivo e no período pós-construtivo. Quando essas estruturas são apoiadas sobre rochas de boa sanidade, a escolha do barramento geralmente favorece a implantação de barragens de concreto. Entretanto, quando os maciços de fundação são formados por solos, a opção técnica geralmente mais bem aceita é quanto à utilização de barragens de terra. Em ambos os casos, as análises de estabilidade e de deformação são desenvolvidas por métodos analíticos bem consolidados na prática. Nas condições mais adversas de fundação, seja em rochas ou em solos com marcante anisotropia e estruturas reliquiares herdadas da rocha-mãe, a utilização de modelos constitutivos anisotrópicos em análises por elementos finitos propicia simulações mais realistas dessas feições estruturais, contribuindo para o seu melhor conhecimento. O presente trabalho teve por objetivo demonstrar a utilização de um modelo constitutivo anisotrópico no estudo da fundação da Barragem San Juan, localizada na República Dominicana, que foi concebida como uma estrutura tipo concreto-gravidade apoiada sobre solos residuais jovens altamente anisotrópicos. Nessa obra, apesar de sua pequena altura, a presença marcante de descontinuidades ensejou um estudo mais detalhado do comportamento tensão-deformação da fundação, levando em conta o levantamento detalhado da atitude das descontinuidades presentes no maciço e os resultados de ensaios de resistência em planos paralelos e normais às descontinuidades. Para a estimativa de deformações, os respectivos módulos de Young (Es) foram estimados com base em correlações com a resistência à penetração SPT desenvolvidas nesta dissertação, a partir de um estudo estatístico baseado em várias publicações disponíveis na literatura. As análises numéricas por elementos finitos foram desenvolvidas através do programa Plaxis 2D, utilizando-se como modelo constitutivo aquele denominado The Jointed Rock Model, que é particularmente recomendado para análises de estabilidade e deformação de materiais anisotrópicos. Os resultados das análises numéricas foram comparados com as análises de equilíbrio limite elaboradas para o projeto executivo da referida barragem, pelo programa Slope, utilizando o método rigoroso de Morgenstern e Price, que se mostrou conservador. Os resultados das análises numéricas mostraram sua inequívoca versatilidade para a escolha de opções de reforço da fundação, através de dentes que objetivavam o aumento das condições de estabilidade da barragem.

Analysis and simulation of combustion oscillations in a laboratory spray combustor

The unstable combustion that can occur in combustion chambers is a major problem for aeroengines and ground-based industrial gas turbines. Nowadays, CFD provides a flexible, low cost tool to supplement direct measurement. This paper presents simulations of combustion oscillations in a liquid-fuelled experimental rig at the University of Cambridge. Linear acoustic theory was used to describe the acoustic waves propagating upstream and downstream of the combustion zone and to develop inlet and outlet boundary conditions just upstream and downstream of the combustion region enabling the CFD calculation to be efficiently concentrated on the combustion zone. A combustion oscillation was found to occur with its predicted frequency in good agreement with experimental measurements. More details about the unstable combustion can be obtained from the simulation results. The approach developed here is expected to provide a powerful tool for the design and operation of stable combustion systems. Copyright © 2009 by ASME.