Thermal fatigue on pistons induced by shaped high power laser. Part I: Experimental study of transient temperature field and temperature oscillation

Thermal fatigue behavior is one of the foremost considerations in the design and operation of diesel engines. It is found that thermal fatigue is closely related to the temperature field and temperature fluctuation in the structure. In this paper, spatially shaped high power laser was introduced to simulate thermal loadings on the piston. The incident Gaussian beam was transformed into concentric multi-circular beam of specific intensity distribution with the help of diffractive optical element (DOE), and the transient temperature fields in the piston similar to those under working conditions could be achieved by setting up appropriate loading cycles. Simulation tests for typical thermal loading conditions, i.e., thermal high cycle fatigue (HCF) and thermal shock (or thermal low cycle fatigue, LCF) were carried out. Several important parameters that affect the transient temperature fields and/or temperature oscillations, including controlling mode, intensity distribution of shaped laser, laser power, temporal profile of laser pulse, heating time and cooling time in one thermal cycle, etc., were investigated and discussed. The results show that as a novel method, the shaped high power laser can simulate thermal loadings on pistons efficiently, and it is helpful in the study of thermal fatigue behavior in pistons. (C) 2007 Elsevier Ltd. All rights reserved.

O biodiesel e a inclusão social

Consultoria Legislativa - Área XII - Recursos Minerais, Hídricos e Energéticos.

柴油、甲醇和水三组元乳化液滴微爆过程的研究

分别采用激光全息摄影技术和高速数字摄影技术观察了柴油、甲醇和水乳化液喷雾在高温高压(773K,3.1MPa)环境中发生微爆现象的瞬间和全过程,证实了微爆现象的存在.由于微爆机理的复杂性,尚难以用数学方法准确描述该过程.实验分析表明:若环境温度处于"最佳温度"范围内,乳化液滴表面首先形成"无水层",液滴内部形成一个水滴的概率很小,可能形成几个相对较大的水滴,只要其中一个较大水滴的蒸汽压力大于液滴的表面张力和环境压力之和,液滴就有可能发生微爆,微爆不仅与液滴直径、组分的质量分数和组分间的沸点差等乳化液的本身特性有关,而且环境温度和压力的影响也不容忽视.该研究可以为乳化液喷雾微爆过程的数学模拟提供参考.

柴油与水乳化液的流变特性

采用自行配置的复合型乳化剂，通过超声波方法制得了柴油和水乳化液，并进行了相应乳化液的黏度特性实验．乳化液在给定组分配比下近似为牛顿流体，乳化剂种类、质量分数以及乳化液组分等均对乳化液的流变特性具有显著的影响．组分相同的乳化液，黏度随着乳化剂质量分数和黏度的增加而增加；当乳化剂质量分数和黏度相同时，乳化液的黏度随着乳化液中柴油质量分数（柴油不少于50％）的减少而增加．

Innovative reaction systems for acetal (1,1 diethoxy butane) production from renewable sources

370 p.: il., graf.

车用柴油/天然气双燃料发动机的开发

为了降低发动机的有害排放物，以车用X6130柴油机为基础，研究开发了车用柴油/天然气双燃料发动机。首先确定双燃料发动机的技术方案，然后进行天然气/空气混合器的设计与实验，最后进行双燃料发动机的台架性能实验。实验结果表明：在全负荷时，与原型柴油机相比，双燃料发动机排气烟度明显降低，天然气替代率可超过70%，而输出转矩和输出功率并没有降低。同时证明提出的双燃料发动机技术方案是切实可行的。

The Droplet Group Micro-Explosions, Viscosity and Atomization Characteristics of W/O Emulsions

The spray of emulsified fuel, composed of diesel fuel, water and methanol can make micro-explosion under high temperature conditions, and the viscosity and the atomization characteristics of emulsion have significant effects on the micro- explosion of emulsions. To clarify the combustion mechanism of water-in-oil emulsion sprays, combustion bomb experiments were carried out, and the droplet group micro- explosions in W/O fuel emulsion sprays in a high-pressure, high-temperature bomb were observed clearly by a multi-pulsed, off-axis, image-plane ruby laser holocamera and continuously by a high-speed CCD camera.The viscosity and atomization characteristics of emulsions were also studied experimentally. The experimental results show that the higher concentration of the aqueous phase (water-methanol) (<50%) increases the viscosity of the emulsions, especially for higher agent concentration, and higher aqueous phase concentration and higher viscosity results in lager Sauter Mean Diameter (SMD). The experiment results also show that the different kinds of emulsifying agents, with different Hydrophile-Lipophile Balance (HLB) values, have significant influence on the viscosity of the emulsions.

Sustainable energy solutions for irrigation and harvesting in developing countries

One of the critical problems currently being faced by agriculture industry in developing nations is the alarming rate of groundwater depletion. Irrigation accounts for over 70% of the total groundwater withdrawn everyday. Compounding this issue is the use of polluting diesel generators to pump groundwater for irrigation. This has made irrigation not only the biggest consumer of groundwater but also one of the major contributors to green house gases. The aim of this thesis is to present a solution to the energy-water nexus. To make agriculture less dependent on fossil fuels, the use of a solar-powered Stirling engine as the power generator for on-farm energy needs is discussed. The Stirling cycle is revisited and practical and ideal Stirling cycles are compared. Based on agricultural needs and financial constraints faced by farmers in developing countries, the use of a Fresnel lens as a solar-concentrator and a Beta-type Stirling engine unit is suggested for sustainable power generation on the farms. To reduce the groundwater consumption and to make irrigation more sustainable, the conceptual idea of using a Stirling engine in drip irrigation is presented. To tackle the shortage of over 37 million tonnes of cold-storage in India, the idea of cost-effective solar-powered on-farm cold storage unit is discussed.

Secondary Organic Aerosol Composition Studies Using Mass Spectrometry

Trace volatile organic compounds emitted by biogenic and anthropogenic sources into the atmosphere can undergo extensive photooxidation to form species with lower volatility. By equilibrium partitioning or reactive uptake, these compounds can nucleate into new aerosol particles or deposit onto already-existing particles to form secondary organic aerosol (SOA). SOA and other atmospheric particulate matter have measurable effects on global climate and public health, making understanding SOA formation a needed field of scientific inquiry. SOA formation can be done in a laboratory setting, using an environmental chamber; under these controlled conditions it is possible to generate SOA from a single parent compound and study the chemical composition of the gas and particle phases. By studying the SOA composition, it is possible to gain understanding of the chemical reactions that occur in the gas phase and particle phase, and identify potential heterogeneous processes that occur at the surface of SOA particles. In this thesis, mass spectrometric methods are used to identify qualitatively and qualitatively the chemical components of SOA derived from the photooxidation of important anthropogenic volatile organic compounds that are associated with gasoline and diesel fuels and industrial activity (C12 alkanes, toluene, and o-, m-, and p-cresols). The conditions under which SOA was generated in each system were varied to explore the effect of NO_x and inorganic seed composition on SOA chemical composition. The structure of the parent alkane was varied to investigate the effect on the functionalization and fragmentation of the resulting oxidation products. Relative humidity was varied in the alkane system as well to measure the effect of increased particle-phase water on condensed-phase reactions. In all systems, oligomeric species, resulting potentially from particle-phase and heterogeneous processes, were identified. Imines produced by reactions between (NH₄)₂SO₄ seed and carbonyl compounds were identified in all systems. Multigenerational photochemistry producing low- and extremely low-volatility organic compounds (LVOC and ELVOC) was reflected strongly in the particle-phase composition as well.

Síntese e caracterização de biodiesel obtido via catálises homogênea e heterogênea de óleo extraído de sementes de Helianthus annuus

O biodiesel é definido como um mono alquil éster de ácidos graxos de cadeia longa derivado de fontes renováveis tais como óleos vegetais e gorduras animais. Sua importância esta associada ao uso como um combustível alternativo para motores do ciclo Diesel podendo ser utilizado puro ou em misturas com o diesel representando economia de petróleo e menor poluição ambiental. Em geral é obtido por meio da reação de transesterificação na qual os triacilgliceróis, principais constituintes dos óleos e gorduras reagem com álcool, em presença de um catalisador ácido ou básico, produzindo ésteres de ácidos graxos e glicerol. A transesterificação pode ser conduzida por catálise homogênea ou heterogênea. O grande desafio da indústria é otimizar o processo a fim de alcançar um produto e uma rota de produção tecnologicamente eficiente e ambientalmente correta. O objetivo desta pesquisa foi estudar a síntese do biodiesel utilizando o processo de transesterificação do óleo de girassol por catálises homogênea e heterogênea. Foram realizadas reações de transesterificação via rotas metílica e etílica, empregando como catalisador homogêneo alcóxido de potássio e como catalisador heterogêneo a resina comercial de troca iônica Amberlyst 26

Co-pirólise de polipropileno pós-consumo com gasóleo

O presente trabalho buscou avaliar o processo de co-pirólise de resíduos de polipropileno com gasóleo, variando a temperatura e a quantidade de polipropileno no meio reacional. A co-pirólise é uma rota promissora, uma vez que minimiza o impacto ambiental causado pela disposição do plástico de maneira inadequada, evita seu acúmulo em lixões e permite um melhor aproveitamento de um recurso natural não-renovável, o petróleo, matéria-prima importante para a geração de energia e obtenção de produtos químicos. As amostras de polipropileno e gasóleo foram submetidas à co-pirólise térmica em atmosfera inerte, em sistema de leito fixo, sob fluxo constante de nitrogênio, variando a temperatura de 400C a 500C e a quantidade de PP no meio reacional de 0,1 a 1,0 g. A influência do gasóleo no meio foi avaliada pelos testes na ausência de PP. Os líquidos pirolíticos obtidos foram caracterizados por cromatografia gasosa modificada, com o objetivo de avaliar a geração de frações na faixa da destilação do diesel. De uma maneira geral, pôde-se observar que o aumento da quantidade de PP no meio reacional favorece a redução do rendimento de líquido pirolítico e o aumento da quantidade de sólido gerado, efeito inverso ao do aumento da temperatura. Com relação ao rendimento geral de produtos na faixa de destilação do diesel na co-pirólise, a adição de PP ao meio não interfere muito no resultado. Já o aumento de temperatura favorece o aumento do rendimento de produtos nessa faixa de destilação. Os resultados obtidos comprovam o potencial da co-pirólise como método de reciclagem química de artefatos de polipropileno pós-consumo

Avaliação técnico-econômica da implementação de um sistema de cultivo de microalgas na usina termelétrica Barbosa Lima Sobrinho com vista à biofixação de CO2

Este estudo teve como finalidade levantar dados para uma avaliação das alternativas tecnológicas (cultivos de microalgas e reflorestamento) para a biofixação de CO2 da atmosfera próxima à usina termelétrica; tendo sido utilizada como referência a Usina Barbosa Lima Sobrinho. Já existe um projeto de avaliação do efeito do reflorestamento na fixação do CO2 nesta usina e, neste trabalho, foi avaliada a alternativa do cultivo de microalgas. Uma pesquisa inicial foi feita na literatura para verificar qual a espécie de microalga seria a mais adequada para ser utilizada no estudo, tendo sido a espécie Chlorella sp. a selecionada. Posteriormente os sistemas de cultivo de microalgas mais comumente empregados no mercado foram levantados e foi selecionado o cultivo em tanques abertos como referência para a modelagem do processo. Utilizando os dados da termelétrica e da literatura foi possível estimar a quantidade de CO2 que será retirada da atmosfera caso um sistema de cultivo seja efetivamente instalado na usina termelétrica. Uma análise econômica foi realizada para determinar a viabilidade do projeto. Os resultados indicam que a utilização deste tipo de tecnologia é promissora

Análise de viabilidade técnica e econômica da geração de energia através do biogás de lixo em aterros sanitários.

A geração de energia a partir do biogás do lixo em aterros sanitários é uma maneira de produzir energia elétrica renovável e limpa, reduzindo os impactos globais provocados pela queima dos resíduos sólidos urbanos. A contribuição ambiental mais relevante é a redução de emissões dos gases de efeito estufa (GEE), por meio da conversão do metano em dióxido de carbono, visto que o metano possui um potencial de aquecimento global cerca de 21 vezes maior, quando comparado ao dióxido de carbono (através da combustão do mesmo). De acordo com o Mecanismo de Desenvolvimento Limpo (MDL), os países ricos podem comprar créditos de carbono (CERs) dos países em desenvolvimento (que possuam projetos sustentáveis) para cumprir suas metas ambientais. O objetivo é transformar um passivo ambiental (destinação final dos resíduos sólidos urbanos) em um recurso energético, além do estudo da alternativa de obtenção de recursos financeiros através dos CERs. São analisadas as tecnologias de conversão energética (tecnologia de gás de lixo, incineração, entre outras), com a seleção da melhor alternativa para a geração de energia através do biogás de lixo em aterros sanitários. A metodologia utilizada é a recomendada pela Agência de Proteção Ambiental dos Estados Unidos - USEPA (2005). Serão apresentadas outras duas metodologias de cálculo da geração de metano: a do Banco Mundial e a do IPCC (Painel Intergovernamental sobre Mudanças Climáticas). São apresentados estudos comparativos demonstrando quando as turbinas a gás, motores de combustão interna (ciclos Otto ou Diesel) ou outras tecnologias de conversão energética serão viáveis na área técnica e econômica para implantação de Unidades Termoelétricas a biogás. No caso do Aterro de Gramacho, o projeto é viável com a utilização de motores a combustão interna e a obtenção de receitas com a venda da produção de energia e créditos de carbono. Por fim, será apresentada a alternativa do uso do biogás como substituto do gás natural para fins energéticos ou outros fins industriais.

Estudios sobre la distribución de recubrimientos NSR y SCR en catalizadores monolíticos de doble capa para la eliminación de NOx

Título: Estudios sobre la distribución de recubrimientos NSR y SCR en catalizadores monolíticos de doble capa para la eliminación de NOx. Resumen: el desarrollo tecnológico, la necesidad inherente del transporte y el crecimiento exponencial de la población en los últimos 50 años han incrementado el número de vehículos motorizados de forma masiva. Como consecuencia, la contaminación del aire cada vez más evidente se ha convertido en un problema crítico a nivel global que es necesario remediar. La principal problemática de los vehículos diesel es el incremento de las emisiones de NOx debido a sus condiciones de operación (atmosfera oxidante). Para el control de las emisiones de NOx y el cumplimiento de la normativa Euro 6 que está por llegar, se han desarrollado tecnologías como la basada en el almacenamiento y reducción de NOx (NSR) o la reducción catalítica selectiva (urea – SCR). Sin embargo, la tecnología NSR no es capaz de cumplir los estándares establecidos debido a la producción de NH3 nocivo como subproducto y la tecnología SCR requiere de un costoso y voluminoso tanque de urea difícil de incorporar en el sistema. Una alternativa para lidiar con ambos problemas es la combinación de ambas tecnologías a través de catalizadores monolíticos de doble capa NSR – SCR. Esta combinación es capaz de aprovechar el NH3 generado en el catalizador aguas abajo NSR para reducir una cantidad de NOx adicional en el catalizador aguas arriba SCR sin la necesidad de incorporar un sofisticado sistema de alimentación de urea para la completa eliminación. El objetivo principal de este trabajo es estudiar el mecanismo de eliminación de NOx en esta clase de catalizadores combinados.