Effects of heat exchanger design on the performance of a solid state hydrogen storage device

Heat exchanger design plays a significant role in the performance of solid state hydrogen storage device. In the present study, a cylindrical hydrogen storage device with an embedded annular heat exchanger tube with radial circular copper fins, is considered. A 3-D mathematical model of the storage device is developed to investigate the sorption performance of metal hydride (MH). A prototype of the device is fabricated for 1 kg of MH alloy, LaNi5, and tested at constant supply pressure of hydrogen, validating the simulation results. Absorption characteristics of storage device have been examined by varying different operating parameters such as hydrogen supply pressure and cooling fluid temperature and velocity. Absorption process is completed in 18 min when these parameters are 15 bar, 298 K and 1 m/s respectively. A study of geometric parameters of copper fins (such as perforation, number and thickness of fin) has been carried out to investigate their effects on absorption process. Copyright (C) 2015, Hydrogen Energy Publications, LLC. Published by Elsevier Ltd. All rights reserved.

A thermal-elastic analysis on laser-induced reverse bulging and plugging in circular brass foil

A new failure mode is observed in circular brass foils induced by laser beam. The new failure is based on the following experimental facts : (1) the peripheries of the circular brass foils are fixed and the surfaces of the foils are radiated by laser beam ; (2) the laser beam used is considered to be non-Gaussian spatially, actually an approximately uniform distribution limited in a certain size spot ; (3) the pulse on time of laser beam should be 250 μs, i.e. so called long duration pulse laser. The failure process consists of three stages ; i.e. thermal bulging, localized shear deformation and perforation by plugging. The word reverse in reverse bulging and plugging mode means that bulging and plugging occur in the direction of incident laser beam. To study the newly-discovered type of failure quantitatively, analytical solutions for the axisymmetric temperature field and deflection curve are derived. The calculated results show that the newly discovered failure mode is attributed to the spatial structure effect of laser beam indeed.

高速高粘度液体射流的穿甲效果

为了研究射流粘度对穿甲的影响，用火药炮实验装置产生了速度为1．5～2．Okm／s的甘油射流，用曝光时间为180ns的可视化系统对高速甘油射流进行了流场显示。用甘油射流和水射流对4mm厚青铜板及3mm厚钢板进行了穿甲实验，验证了液体的粘弹性增加了射流的穿甲效果。实验还发现甘油的穿甲效果对甘油的体积分数有着依存关系，当体积分数为90％时效果最佳。

Shear deformation analysis on laser-induced reverse bulging and plugging

A new kind of failure mode is observed in circular brass foils in which their peripheries are fixed and their surfaces are subjected to a long pulsed laser over a central region. The failure is classified into three stages; they are referred to as thermal bulging, localized shear deformation and perforation by plugging. A distinct feature of the failure mode is that bulging and plugging occurred in the direction opposite to the incident laser beam. To study the failure mode, we investigate the non-linear response of heated, non-homogeneous circular plates. Based on the large deflection equations of Berger [J. Appl. Mech. 22 (3), 465-472 (1965)], Ohnabe and Mizuguchi [Int. J. Non-Linear Mech. 28 (4), 365-372 (1993)] and the parabolic shear deformation theory of Bhimaraddi and Stevens [J. Appl. Mech. 51 (1), 195-198 (1984)], we have derived new coupled governing equations of shear deformation and deflection. The new equations are solved, for the plate with a clamped edge, by the Galerkin and iterative methods. The numerical results for the shear deformation distribution are in good agreement with the experimental observation.

Long pulsed laser induced reverse bulging and plugging

A new kind of failure mode is observed in circular brass foils whose peripheries are fixed and whose surfaces are subjected to a long pulsed laser over a central region. The failure is classified into three stages; they are referred to as thermal bulging, localized shear deformation and perforation by plugging. A distinct feature of the failure mode is that bulging and plugging occurred in the direction opposite to the incident laser beam. The failure mode is different from the well-known types of laser induced material damage, such as spallation, melting and/or vaporization.

Circular brass foil failed by plugging opposite to direction of incident laser beam

The peripheries of circular foils of 30 mm in diameter and 0.1 mm thick are fixed while their surfaces are subjected to a long pulsed laser over a central region that may vary from 2 mm to 6 mm in diameter. Failure is observed and classified into three stages; they are referred to as thermal bulging, localized shear deformation, and perforation by plugging. A distinct feature of the failure mode is that bulging and plugging occurred in the direction opposite to the incident laser beam. Such a phenomenon can be expected to occur for a laser intensity threshold value of about 0.61 x 10(6) W/cm(2) beyond which local melting of the material begins to take place.

On laser-induced reverse plugging effect

A new kind of failure induced by long pulsed laser, named as reverse plugging effect (RPE), was experimentally observed in thin foil of brass. The whole failure process can be divided into three stages, namely thermal reverse bulging, shear deformation localization and reverse perforation. In this paper, a description of experimental and theoretical study on this newly discovered phenomenon is presented in detail.

Investigation of hypervelocity impact phenomena using real-time concurrent diagnostics

Hypervelocity impact of meteoroids and orbital debris poses a serious and growing threat to spacecraft. To study hypervelocity impact phenomena, a comprehensive ensemble of real-time concurrently operated diagnostics has been developed and implemented in the Small Particle Hypervelocity Impact Range (SPHIR) facility. This suite of simultaneously operated instrumentation provides multiple complementary measurements that facilitate the characterization of many impact phenomena in a single experiment. The investigation of hypervelocity impact phenomena described in this work focuses on normal impacts of 1.8 mm nylon 6/6 cylinder projectiles and variable thickness aluminum targets. The SPHIR facility two-stage light-gas gun is capable of routinely launching 5.5 mg nylon impactors to speeds of 5 to 7 km/s. Refinement of legacy SPHIR operation procedures and the investigation of first-stage pressure have improved the velocity performance of the facility, resulting in an increase in average impact velocity of at least 0.57 km/s. Results for the perforation area indicate the considered range of target thicknesses represent multiple regimes describing the non-monotonic scaling of target perforation with decreasing target thickness. The laser side-lighting (LSL) system has been developed to provide ultra-high-speed shadowgraph images of the impact event. This novel optical technique is demonstrated to characterize the propagation velocity and two-dimensional optical density of impact-generated debris clouds. Additionally, a debris capture system is located behind the target during every experiment to provide complementary information regarding the trajectory distribution and penetration depth of individual debris particles. The utilization of a coherent, collimated illumination source in the LSL system facilitates the simultaneous measurement of impact phenomena with near-IR and UV-vis spectrograph systems. Comparison of LSL images to concurrent IR results indicates two distinctly different phenomena. A high-speed, pressure-dependent IR-emitting cloud is observed in experiments to expand at velocities much higher than the debris and ejecta phenomena observed using the LSL system. In double-plate target configurations, this phenomena is observed to interact with the rear-wall several micro-seconds before the subsequent arrival of the debris cloud. Additionally, dimensional analysis presented by Whitham for blast waves is shown to describe the pressure-dependent radial expansion of the observed IR-emitting phenomena. Although this work focuses on a single hypervelocity impact configuration, the diagnostic capabilities and techniques described can be used with a wide variety of impactors, materials, and geometries to investigate any number of engineering and scientific problems.

Avaliação da influência do material de confecção das matrizes no teste de conversão monomérica por espectrometria no infravermelho de um compósito

Este estudo teve por objetivo avaliar, in vitro, a influência do material de confecção das matrizes, traçando um perfil da conversão monomérica de um compósito micro-híbrido, além de avaliar qual dos materiais testados mais se assemelha a uma matriz de dentina. A avaliação foi feita através da análise do grau de conversão (GC). Foram confeccionadas 3 matrizes bipartidas, sendo estas de teflon negro, tefon branco e aço inoxidável, ambas com 10mm de diâmetro e 2 mm de profundidade. Para o grupo controle foi utilizado um incisivo central bovino, o qual teve sua face vestibular aplainada em uma lixadeira sob refrigeração constante, com o auxílio de uma lixa de carbeto de silício, número 800. Após, este dente foi preparado com uma broca diamantada número 2294 (KG Sorensen) em alta rotação, própria para a preparação de cavidades padronizadas para ensaios de laboratório, apresentando um limitador de penetração. Em seguida, com um motor de baixa rotação foi realizado o acabamento das paredes, obtendo-se uma cavidade de 2,0 mm de profundidade por 9,0 mm de diâmetro. Pela palatina desse dente, com uma broca carbide cilíndrica de numeração 2056 (KG Sorensen), fez-se uma penetração até se obter uma parede de dentina extremamente fina, porém sem que esta fosse rompida. Assim, com uma agulha, fez-se uma pequena perfuração no centro dessa dentina para que este instrumental servisse como um pino para remoção do corpo de prova de dentro da matriz de dente. Os corpos de prova (CP) foram obtidos a partir da inserção do compósito no interior da perfuração das matrizes em um único incremento e cobertos na superfície externa com uma matriz de poliéster mais uma lamínula de vidro. Os CP foram fotopolimerizados por 40 s pela fonte de luz halógena Optilux 501 (Demetron), com 500 mW/cm. Imediatamente após a polimerização, os corpos de prova eram submetidos no topo e na base para a análise de espectrometria no infravermelho para a determinação da profundidade de polimerização, pela técnica do filme vazado para o compósito não polimerizado e pela técnica da pastilha de brometo de potássio (KBr) para o compósito polimerizado. Foram confeccionados 5 CP de cada grupo. Em cada grupo, o compósito da base e do topo das amostras foi moído até se obter de 1,5 a 2,0 mg de pó e misturado com 70 mg de KBr, para obtenção da pastilha de KBr. Foi feita a análise de espectrofotometria no infravermelho por Transformada de Fourier (FTIR). As absorções selecionadas para o cálculo foram 1610 cm-1 e 1637 cm-1, os picos dos espectros das ligações dos carbonos aromáticos e alifáticos, respectivamente. Os dados obtidos foram tratados estatisticamente. Os grupos Gr1B, Gr2B, Gr3B e Gr4B representam, respectivamente, as bases dos CP confeccionados pelas matrizes de DB, TN, TB e AI. Já os Gr1T, Gr2T, Gr3T e Gr4T representam os topos. Médias (%) e DP: Gr1T (46,461,99), Gr2T (39,864,51), Gr3T (44,053,44) e Gr4T (38,045,08). Gr1B (40,441,49), Gr2B (36,153,81), Gr3B (40,093,18) e Gr4B (35,593,35). Em posse dos resultados, pôde-se concluir que os grupos do teflon negro, teflon branco e aço inoxidável não apresentaram diferenças entre o grau de conversão do topo e da base, enquanto que o grupo da dentina apresentou maior conversão do topo. Comparando as matrizes entre elas, pôde-se perceber que no topo, o GC do dente bovino é maior que o GC do aço inoxidável e do que o de teflon negro, o GC do teflon branco é maior que o GC do aço inoxidável e do que o de teflon negro. Já o topo dos grupos de dente bovino e teflon banco foram semelhantes. Nas bases dos CPs, não houve diferença significativa entre os grupos testados. De acordo com os resultados obtidos no experimento, pôde-se concluir que nos grupos do teflon negro, teflon branco e aço inoxidável não houve diferença entre 0 e 2 mm, ou seja, topo e base, o que mostra que o material de confecção da matriz não influênciou o grau de conversão do compósito. Já para o grupo da matriz de dentina, o topo apresentou valor de conversão monomérica maior, mostrando que, neste caso, o material da matriz interferiu no grau de conversão. Pode-se perceber também que existe uma tendência da matriz de teflon branco se assemelhar mais a matriz de dentina, pois foi o único grupo que apresentou semelhança nos valores de conversão monomérica no topo das amostras. Porém analisando a base das amostras, percebe-se que todos os grupos se comportaram de forma semelhante, obtendo valores do grau de conversão sem diferença significante.

Avaliação do efeito de duas técnicas de instrumentação na zona de risco de molares inferiores curvos por microtomografia computadorizada e análise de imagens

O objetivo deste estudo foi avaliar a espessura mínima radicular remanescente e o desgaste porcentual do terço cervical em raízes mesiais de molares inferiores, após a instrumentação com as técnicas ProTaper Universal e Lima única F2. Foram obtidos 100 primeiros molares inferiores com raízes completamente separadas. Desse total, foram selecionados e incluídos no estudo somente 22 que possuíam dois canais distintos na raiz mesial, comprimento entre 20 e 22 mm e grau de curvatura da raiz mesial com angulação variando entre 10 e 20. Destes, 8 foram eliminados por possuírem uma anatomia muito discrepante, o que limitava o processamento e análise digital das imagens (PADI). Os dentes foram acessados e a patência apical foi realizada em todos os canais determinando o comprimento de trabalho. Em cada dente, cada canal mesial foi instrumentado por uma técnica diferente. As amostras foram posicionadas em um dispositivo de montagem e digitalizadas através de microtomografia computadorizada antes e depois de serem completamente instrumentadas. O volume de interesse, correspondente à região de zona de risco, com uma grande margem de tolerância, tanto em direção apical quanto em direção cervical, foi determinado por 234 fatias, totalizando um comprimento vertical de 3,5 mm, para avaliação quantitativa comparativa. Através de PADI mediu-se, de forma automática, a espessura mínima radicular nos dois canais mesiais, antes e após a instrumentação, para todas as fatias de todos os dentes. A partir destes dados foi calculado o desgaste porcentual. Após o tratamento estatístico das mais de 6500 medidas obtidas, pôde-se concluir que não existiu diferença no desgaste da zona de risco produzido pelas duas técnicas de instrumentação testadas. Em todos os casos a espessura radicular remanescente permaneceu dentro de uma margem de segurança, não havendo, portanto, nenhum caso de rasgo ou perfuração. Dessa forma, ambas as técnicas estudadas foram consideradas seguras quanto ao desgaste da zona de risco da raiz mesial dos molares inferiores.

Palinologia de espécies de Convolvulaceae Juss. ocorrentes na região Sudeste, Brasil - tribos Merremieae e Cuscuteae

A família Convolvulaceae é cosmopolita, com ampla distribuição nos trópicos e subtrópicos. No Brasil, ocorrem 18 gêneros e cerca de 340 espécies, sendo 151 endêmicas de campos rupestres, cerrados ou caatingas. Este trabalho refere-se ao estudo palinotaxonômico dos grãos de pólen de táxons de Convolvulaceae ocorrentes na região sudeste, Brasil tribos Merremieae e Cuscuteae. Foram analisados os grãos de pólen de 6 táxons de Cuscuta L., 12 táxons de Merremia Dennst. e 2 táxons de Operculina S. Manso. O material botânico utilizado foi obtido através de exsicatas depositadas nos principais herbários nacionais. Os grãos de pólen foram tratados pelo método de acetólise, sendo posteriormente mensurados, descritos, fotomicrografados em microscopia de luz. Para análise em microscópio eletrônico de varredura (MEV), as anteras foram rompidas e os grãos de pólen, não acetolisados, espalhados sobre uma fita de carbono. Os resultados obtidos neste estudo demonstraram que: na tribo Cuscuteae foram registrados pela primeira vez, grãos de pólen colporados; na tribo Merremieae, a morfologia polínica das espécies de Merremia mostraram variações já registradas em publicações anteriores porém, a ausência de polaridade em alguns táxons é um resultado inédito. O número, a forma das aberturas e a presença de opérculo, a ornamentação de base, ou seja, microrretículo, retículo ou perfuração e as supra ornamentações (grânulos, espinhos e microespinhos) também foram registros importantes aqui mencionados. No gênero Operculina, os resultados aqui expressos foram novos, uma vez que as poucas bibliografias anteriores fizeram menção apenas à quantidade de aberturas para o gênero.O Tamanho, a forma e a ornamentação da sexina características são descritas pela primeira vez neste estudo. Os resultados aqui obtidos permitem confirmar que Cuscuta, Merremia e Operculina puderam ser identificados através dos atributos polínicos bem como, suas espécies foram separadas na chave aqui elaborada. Confirma-se, assim, que os gêneros estudados são euripolínicos.

Eventos de vida produtores de estresse e acidentes de trabalho: Estudo Pró-Saúde, Rio de Janeiro - Brasil

A proposta desta tese consiste em um recorte de uma abordagem mais ampla da determinação dos acidentes de trabalho, e tem como objetivo geral investigar o perfil de acidentes de trabalho que acometem funcionários técnico-administrativos do quadro efetivo de uma universidade do Rio de Janeiro. Para o alcance do objetivo, esta tese está estruturada em dois artigos, e como tal pretende explorar o perfil sócio-demográfico e ocupacional de funcionários públicos na ocorrência de acidentes de trabalho (Artigo 1); e investigar a associação entre os eventos de vida produtores de estresse (EVPE) e a ocorrência de acidentes de trabalho (Artigo 2). Dados seccionais da fase 2 de um estudo de natureza prospectiva (Estudo Pró-Saúde) foram coletados entre 3572 funcionários. A história de acidentes de trabalho foi captada por meio de perguntas dicotômicas (sim vs. não) para cada um dos seguintes tipos de acidentes: perfuração com agulha; perfuração com outro objeto; corte; queimadura; choque elétrico; contusão ou distensão muscular; fratura, entorse ou luxação; e envenenamento ou intoxicação. O período de referência para aferição tanto dos EVPE quanto da ocorrência de acidente de trabalho correspondeu aos 12 meses anteriores a aplicação de questionário autopreenchível. No artigo 1 utilizou-se a técnica de análise de correspondência múltipla para delimitar agrupamentos de funcionários quanto ao perfil sócio-demográfico e ocupacional associado à ocorrência de acidente de trabalho, de acordo com as seguintes Característica : sexo, idade, escolaridade, renda per capita, ocupação, setor e local de trabalho. No artigo 2, a associação entre EVPE e acidentes de trabalho foi avaliada através de análise multivariada por meio de modelo lineares generalizados (logpoisson), sendo os resultados expressos através de razões de prevalência (RP) ajustadas e seus respectivos intervalos de 95% de confiança (IC95%). A prevalência total de acidentes no período de 12 meses foi de 25,6%. Dos tipos de acidentes referidos, o mais frequente foi a contusão ou fratura, com cerca de (10,2%) de relatos. Em seguida, aparecem as perfurações com agulha (6,5%). Os resultados da análise de correspondência revelam três grupos, destacando-se aquele formado pelos que sofreram perfuração com agulha com um perfil que abrange os auxiliares de enfermagem, trabalham no Hospital Universitário e setores adjacentes, especificamente em setores de terapia intensiva, emergência, cirurgia geral, clinica geral e ambulatório. Em relação à associação com EVPE, ter sido testemunha de agressão foi o evento mais fortemente associado com acidentes de trabalho (RP= 1,98, IC95%= 1,67; 2,34). Este estudo trouxe informações acerca da importância das características sócio-demográficas e de aspectos psicossociais na ocorrência dos acidentes de trabalho que podem ser úteis na elaboração de medidas para a prevenção desse importante problema de saúde pública.

Suelo de ocupación magdaleniense en la cueva de Praile Aitz I (Deba, Gipuzkoa): evidencias de arte mobiliar

[ES] La reciente excavación de la cueva de Praile Aitz I (Deba) ha identificado sucesivas breves ocupaciones del Tardiglaciar. Se estudian los materiales arqueológicos más significativos del Magdaleniense Inferior recuperados sobre un suelo preparado con cantitos de caliza. En él se localizaron, además de restos industriales líticos y faunísticos que no trataremos en esta ocasión, las siguientes evidencias: una azagaya, restos de ocre y un interesante lote de colgantes (cuatro cantos rodados perforados y tres incisivos de cabra con doble perforación).

Análise estrutural comparativa dos órgãos vegetativos em Zingiberaceae e implicações evolutivas do xilema

A família Zingiberaceae é a mais representativa da ordem Zingiberales, contendo mais de 1.000 espécies divididas em quatro subfamílias e seis tribos, amplamente distribuídas por todos os continentes. Nas últimas décadas houve um incremento nos estudos relativos à distribuição, o grau de especialização e a funcionalidade dos elementos de vaso em diversas famílias de monocotiledôneas. Entretanto, ainda existem poucos estudos que contribuam para o delineamento dos aspectos evolutivos e ecológicos das tribos de Zingiberaceae. Os objetivos desse trabalho são os de comparar a anatomia dos órgãos subterrâneos e aéreos de oito espécies de Zingiberaceae e estabelecer a distribuição dos elementos traqueais, bem como, o de determinar a especialização dos elementos de vaso de vinte e oito espécies pertencentes a três tribos Alpineae, Zingibereae e Globbeae. As espécies foram coletadas em áreas naturais protegidas e em áreas de cultivos particulares no estado do Rio de Janeiro. Os órgãos subterrâneos e aéreos foram processados de acordo com as técnicas usuais de microscopia óptica e eletrônica de varredura. A análise estrutural do eixo vegetativo das oito espécies pertencentes aos gêneros Alpinia, Renealmia, Curcuma, Hedychium e Zingiber indicam uma similaridade e mostram que os elementos de vaso estão restritos às raízes. Alguns caracteres estruturais dos elementos de vaso, como o tipo da placa de perfuração, o número de barras e o tipo de espessamento parietal se mostraram importantes para o estabelecimento da relação entre as subfamílias e tribos. Zingibereae e Globbeae reúnem estados de caracteres mais basais, como placa de perfuração escalariforme e espessamento parietal espiralado, e os mais derivados são encontrados na tribo Alpinieae, incluindo placa de perfuração simples e espessamento parietal parcialmente pontoado

Mechanisms of projectile penetration in Dyneema® encapsulated aluminum structures

Polymer composites comprising ultra-high molecular weight polyethylene (UHWMPE) fibers in a compliant matrix are now widely used in ballistic applications with varying levels of success. This is primarily due to a poor understanding of the mechanics of penetration of these composites in ballistic protection systems. In this study, we report experimental observations of the penetration mechanisms in four model systems impacted by a 12.7 mm diameter spherical steel projectile. The four model targets designed to highlight different penetration mechanisms in Dyneema® UHWMPE composites were: (i) a bare aluminum plate; (ii) the same plate fully encased in a 5.9 mm thick casing of Dyneema®; (iii) the fully encased plate with a portion of the Dyneema® removed from the front face so that the projectile impacts directly the Al plate; and (iv) the fully encased plate with a portion of the Dyneema® removed from the rear face so that the projectile can exit the Al plate without again interacting with the Dyneema®. A combination of synchronized high speed photography with three cameras, together with post-test examination of the targets via X-ray tomography and optical microscopy was used to elucidate the deformation and perforation mechanisms. The measurements show that the ballistic resistance of these targets increases in the order: bare Al plate, rear face cutout target, fully encased target and front face cutout target. These findings are explained based on the following key findings: (a) the ballistic performance of Dyneema® plates supported on a foundation is inferior to Dyneema® plates supported along their edges; (b) the apparent ballistic resistance of Dyneema® plates increases if the plates are given an initial velocity prior to the impact by the projectile, thereby reducing the relative velocity between the Dyneema® plate and projectile; and (c) when the projectile is fragmented prior to impact, the spatially and temporally distributed loading enhances the ballistic resistance of the Dyneema®. The simple model targets designed here have elucidated mechanisms by which Dyneema® functions in multi-material structures. © 2014 Elsevier Ltd.