Numerical optimization,modeling and system evaluation of a thermophotovoltaic hybrid panel

Photovoltaic (PV) solar panels generally produce electricity in the 6% to 16% efficiency range, the rest being dissipated in thermal losses. To recover this amount, hybrid photovoltaic thermal systems (PVT) have been devised. These are devices that simultaneously convert solar energy into electricity and heat. It is thus interesting to study the PVT system globally from different point of views in order to evaluate advantages and disadvantages of this technology and its possible uses. In particular in Chapter II, the development of the PVT absorber numerical optimization by a genetic algorithm has been carried out analyzing different internal channel profiles in order to find a right compromise between performance and technical and economical feasibility. Therefore in Chapter III ,thanks to a mobile structure built into the university lab, it has been compared experimentally electrical and thermal output power from PVT panels with separated photovoltaic and solar thermal productions. Collecting a lot of experimental data based on different seasonal conditions (ambient temperature,irradiation, wind...),the aim of this mobile structure has been to evaluate average both thermal and electrical increasing and decreasing efficiency values obtained respect to separate productions through the year. In Chapter IV , new PVT and solar thermal equation based models in steady state conditions have been developed by software Dymola that uses Modelica language. This permits ,in a simplified way respect to previous system modelling softwares, to model and evaluate different concepts about PVT panel regarding its structure before prototyping and measuring it. Chapter V concerns instead the definition of PVT boundary conditions into a HVAC system . This was made trough year simulations by software Polysun in order to finally assess the best solar assisted integrated structure thanks to F_save(solar saving energy)factor. Finally, Chapter VI presents the conclusion and the perspectives of this PhD work.

Studio di uno scambiatore di calore per produzione istantanea di acqua calda per uso sanitario

In questo elaborato viene presentato lo studio ed ottimizzazione della geometria del serpentino di uno scambiatore di calore per la produzione di acqua sanitaria di tipo Puffer. L’analisi volta all’ottimizzazione del serpentino è stata eseguita con l’obiettivo di soddisfare i vincoli di progetto dello scambiatore, ovvero la portata elaborata e la temperatura di uscita dell’acqua sanitaria dallo scambiatore, ma cercando di ridurre la superficie del serpentino e quindi il costo dello scambiatore stesso, in particolare agendo su parametri geometrici quali il passo dell’elica H, il diametro dell’avvolgimento Db ed il diametro del tubo d. A tal fine è stato sviluppato un modello del processo di scambio termico all’interno dello scambiatore Puffer basato sulle equazioni di bilancio di energia e raffinato attraverso correlazioni teorico/sperimentali reperite in letteratura. In una prima fase l’ottimizzazione è stata svolta con l’ulteriore vincolo progettuale d=41mm e Db=510mm, al fine di garantire maggiore flessibilità nell’utilizzo del serpentino per altre tipologie di scambiatori. In questo caso, si è giunti ad un risparmio del 14% sull’area di scambio termico del serpentino rispetto al modello tuttora in produzione, quantificabile in una riduzione dei costi del 19% sul costo totale del Puffer. In una seconda fase si è proceduto ad una ottimizzazione libera dai vincoli d e Db, con l’obiettivo di valutare la massima riduzione di area di scambio termico del serpentino, stimata in circa il 23% nel caso in cui sia possibile in futuro valutare modifiche sostanziali alla geometria dello scambiatore. Lo studio completato dall’analisi dell’isolamento del corpo dello scambiatore, finalizzata a ridurre le dispersioni verso l’ambiente esterno. In particolare è stato valutato l’utilizzo di Isolmix, in alternativa all’esistente isolamento in pannelli di poliuretano, dimostrando come sia possibile ottenere una ulteriore riduzione del materiale impiegato e quindi dei costi di realizzazione dello scambiatore.

Studio preliminare di flusso attorno ad un pantografo per treno ad alta velocità

In questo elaborato di tesi viene presentata la comparazione tra due codici CFD, rispettivamente Fluent e OpenFOAM, mediante simulazioni che sono alla base di uno studio numerico di flusso attorno ad un pantografo per treno ad alta velocità. Si è apprezzato quindi la facilità d’uso di un software venduto tramite licenza e la difficoltà di un software open source come OpenFOAM, il quale però ha vantaggi in termini di adattamento ai casi più specifici. Sono stati quindi studiati due casi, scambio termico in regime laminare attorno ad un cilindro bidimensionale e flusso turbolento completamente sviluppato in un canale. Tutte le simulazioni numeriche hanno raggiunto convergenza e sono state validate positivamente mediante confronto con dati sperimentali. Il primo caso prevede un cilindro investito da un flusso a temperatura minore rispetto alla temperatura della superficie del cilindro; per avere più riscontri, sono state condotte diverse prove a valori differenti del numero di Prandtl, e per ogni simulazione è stato ricavato il corrispettivo numero di Nusselt, successivamente comparato con i dati sperimentali per la validazione delle prove. A partire dalla creazione della griglia di calcolo, è stato effettuato uno studio del fenomeno in questione, creando così una griglia di calcolo sviluppata a valle del cilindro avente maggior densità di celle a ridosso della parte del cilindro. In aggiunta, svolgendo le prove con schemi numerici sia del primo che del secondo ordine, si è constatata la miglior sensibilità degli schemi numerici del secondo ordine rispetto a quelli del primo ordine. La seconda tipologia di simulazioni consiste in un flusso turbolento completamente sviluppato all’interno di un canale; sono state svolte simulazioni senza e con l’uso delle wall functions, e quindi usate griglie di calcolo differenti per i due tipi di simulazioni, già disponibili per entrambi i software. I dati ottenuti mostrano uno sforzo computazionale maggiore per le simulazioni che non prevedono l’uso delle wall functions, e quindi una maggiore praticità per le simulazioni con le wall functions. Inoltre, le simulazioni di questo secondo caso sono state svolte con diversi modelli di turbolenza; in Fluent sono stati utilizzati i modelli k-ε e RSM mentre in OpenFOAM è stato utilizzato solo il modello k-ε in quanto il modello RSM non è presente. La validazione dei risultati è affidata alla comparazione con i dati sperimentali ricavati da Moser et all mediante simulazioni DNS, mettendo in risalto la minor accuratezza delle equazioni RANS.

Does the natural "microcosm" created by Tuber aestivum affect soil microarthropods? A new hypothesis based on Collembola in truffle culture

microarthropods play an important role in fungi dispersion, but little is still known about the interaction between truffle and soil microarthropods. The aim of this study was to investigate the ability of the truffle Tuber aestivum to modify soil biogeochemistry (i.e. create a zone of scarce vegetation around the host plant, called a burn or brûlé) and to highlight the effects of the brûlé on the soil fauna community. We compared soil microarthropod communities found in the soil inside versus outside the T. aestivum brûlé with the chemistry of soil collected inside versus outside the brûlé. The study was carried out in three Mediterranean areas, two in Italy and one in Spain. The results confirmed the ability of T. aestivum to modify soil biogeochemistry in the brûlé: pH was higher and total organic carbon tended to be lower inside the brûlé compared to outside. Soil fauna communities showed some interesting differences. Some groups, such as Symphyla and Pauropoda, adapted well to the soil; some Collembolan families, and biodiversity and soil quality indices were generally higher outside the brûlé. Folsomia sp. showed higher abundance in the soil of the brûlé compared to outside. The results suggest that some Collembola groups may be attracted by the fungal metabolites produced by T. aestivum, while other Collembola and other microarthropods may find an unfavourable environment in the soil of the brûlé. The next steps will be to confirm this hypothesis and to extend the study to other keys groups such as nematodes and earthworms and to link fluctuations of soil communities with the biological phases of truffle growth.

Designing conditions for in vitro formation of amyloid protofilaments and fibrils

We have been able to convert a small α/β protein, acylphosphatase, from its soluble and native form into insoluble amyloid fibrils of the type observed in a range of pathological conditions. This was achieved by allowing slow growth in a solution containing moderate concentrations of trifluoroethanol. When analyzed with electron microscopy, the protein aggregate present in the sample after long incubation times consisted of extended, unbranched filaments of 30–50 Å in width that assemble subsequently into higher order structures. This fibrillar material possesses extensive β-sheet structure as revealed by far-UV CD and IR spectroscopy. Furthermore, the fibrils exhibit Congo red birefringence, increased fluorescence with thioflavine T and cause a red-shift of the Congo red absorption spectrum. All of these characteristics are typical of amyloid fibrils. The results indicate that formation of amyloid occurs when the native fold of a protein is destabilized under conditions in which noncovalent interactions, and in particular hydrogen bonding, within the polypeptide chain remain favorable. We suggest that amyloid formation is not restricted to a small number of protein sequences but is a property common to many, if not all, natural polypeptide chains under appropriate conditions.

Synaptic vesicle endocytosis mediates the entry of tetanus neurotoxin into hippocampal neurons

Tetanus neurotoxin causes the spastic paralysis of tetanus by blocking neurotransmitter release at inhibitory synapses of the spinal cord. This is due to the penetration of the toxin inside the neuronal cytosol where it cleaves specifically VAMP/synaptobrevin, an essential component of the neuroexocytosis apparatus. Here we show that tetanus neurotoxin is internalized inside the lumen of small synaptic vesicles following the process of vesicle reuptake. Vesicle acidification is essential for the toxin translocation in the cytosol, which results in the proteolytic cleavage of VAMP/synaptobrevin and block of exocytosis.

Calcium-dependent switching of the specificity of phosphoinositide binding to synaptotagmin

The synaptic vesicle membrane protein synaptotagmin (tagmin) is essential for fast, calcium-dependent, neurotransmitter release and is likely to be the calcium sensor for exocytosis, because of its many calcium-dependent properties. Polyphosphoinositides are needed for exocytosis, but it has not been known why. We now provide a possible connection between these observations with the finding that the C2B domain of tagmin I binds phosphatidylinositol-4,5-bisphosphate (PIns-4,5-P2), its isomer phosphatidylinositol-3,4-bisphosphate and phosphatidylinositol-3,4,5-trisphosphate (PIns-3,4,5-P3). Calcium ions switch the specificity of this binding from PIns-3,4,5-P3 (at calcium concentrations found in resting nerve terminals) to PIns-4,5-P2 (at concentration of calcium required for transmitter release). Inositol polyphosphates, known blockers of neurotransmitter release, inhibit the binding of both PIns-4,5-P2 and PIns-3,4,5-P3 to tagmin. Our findings imply that tagmin may operate as a bimodal calcium sensor, switching bound lipids during exocytosis. This connection to polyphosphoinositides, compounds whose levels are physiologically regulated, could be important for long-term memory and learning.

ADP-ribosylation factor and phosphatidic acid levels in Golgi membranes during budding of coatomer-coated vesicles

The finding that ADP-ribosylation factor (ARF) can activate phospholipase D has led to debate as to whether ARF recruits coat proteins through direct binding or indirectly by catalytically increasing phosphatidic acid production. Here we test critical aspects of these hypotheses. We find that Golgi membrane phosphatidic acid levels do not rise—in fact they decline—during cell-free budding reactions. We confirm that the level of membrane-bound ARF can be substantially reduced without compromising coat assembly [Ktistakis, N. T., Brown, H. A., Waters, M. G., Sternweis, P. C. & Roth, M. G. (1996) J. Cell Biol. 134, 295–306], but find that under all conditions, ARF is present on the Golgi membrane in molar excess over bound coatomer. These results do not support the possibility that the activation of coat assembly by ARF is purely catalytic, and they are consistent with ARF forming direct interactions with coatomer. We suggest that ARF, like many other G proteins, is a multifunctional protein with roles in trafficking and phospholipid signaling.

Le pitture di Pellegrino Tibaldi e di Niccolò Abbati esistenti nell' Instituto di Bologna /

Most plates engraved by Bartolomeo Crivellari; ports. engraved by Joseph Wagner.

I quattro libri delle cose botaniche /

Contiene: Hieronymi Lagomarsini Societatis Jesu De origine fontium = Di Girolamo Lagomarsini della Compagnia di Gesú Dell' origine de' fonti ; con portadilla propia, de p. 1-56.