972 resultados para thermomagnetic convection


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The development of accurate structural/thermal numerical models of complex systems, such as aircraft fuselage barrels, is often limited and determined by the smallest scales that need to be modelled. The development of reduced order models of the smallest scales and consequently their integration with higher level models can be a way to minimise the bottle neck present, while still having efficient, robust and accurate numerical models. In this paper a methodology on how to develop compact thermal fluid models (CTFMs) for compartments where mixed convection regimes are present is demonstrated. Detailed numerical simulations (CFD) have been developed for an aircraft crown compartment and validated against experimental data obtained from a 1:1 scale compartment rig. The crown compartment is defined as the confined area between the upper fuselage and the passenger cabin in a single aisle commercial aircraft. CFD results were utilised to extract average quantities (temperature and heat fluxes) and characteristic parameters (heat transfer coefficients) to generate CTFMs. The CTFMs have then been compared with the results obtained from the detailed models showing average errors for temperature predictions lower than 5%. This error can be deemed acceptable when compared to the nominal experimental error associated with the thermocouple measurements.

The CTFMs methodology developed allows to generate accurate reduced order models where accuracy is restricted to the region of Boundary Conditions applied. This limitation arises from the sensitivity of the internal flow structures to the applied boundary condition set. CTFMs thus generated can be then integrated in complex numerical modelling of whole fuselage sections.

Further steps in the development of an exhaustive methodology would be the implementation of a logic ruled based approach to extract directly from the CFD simulations numbers and positions of the nodes for the CTFM.

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There has been much debate in the literature over the past 60 years regarding an appropriate oven-drying temperature for water content determinations in peat and other organic soils. For inorganic soils, the water content is usually based on the equilibrium dry mass corresponding to drying temperatures in the range 100-110°C. However, for peat and other organic soils, several researchers have recommended lower drying temperatures in the range 60-90°C in an attempt to prevent possible charring, oxidation, and/or vaporization of substances other than pore water. However, all of the relevant water is not fully evaporated at too low a temperature, and because specimen dry mass is a function of drying temperature, the resulting water content values are lower than those determined for the temperature range 100-110°C. Experimental data reported in this article show that oven drying of peat and other organic soils at 100-110°C using either gravity-convection or forced-draft ovens is acceptable for routine water content determinations. Because a standardized oven temperature is desirable when correlating water content with other material properties, it is recommended that oven drying of peat and other organic soils be performed over temperature ranges of either 105-110°C or 105 ± 5°C, in line with standardized ranges for inorganic soils. © 2014 Copyright Taylor & Francis Group, LLC.

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A near-isothermal micro-trickle bed reactor operated under radio frequency heating was developed. The reactor bed was packed with nickel ferrite micro-particles of 110. μm diameter, generating heat by the application of RF field at 180. kHz. Hydrodynamics in a co-current configuration was analysed and heat transfer rates were determined at temperature ranging from 55 to 100. °C. A multi-zone reactor bed of several heating and catalytic zones was proposed in order to achieve near-isothermal operations. Exact positioning, number of the heating zones and length of the heating zones composed of a mixture of nickel ferrite and a catalyst were determined by solving a one dimensional model of heat transfer by conduction and convection. The conductive losses contributed up to 30% in the total thermal losses from the reactor. Three heating zones were required to obtain an isothermal length of 50. mm with a temperature non-uniformity of 2. K. A good agreement between the modelling and experimental results was obtained for temperature profiles of the reactor. © 2013 Elsevier B.V.

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Cooling and sinking of dense saline water in the Norwegian–Greenland Sea is essential for the formation of North Atlantic Deep Water. The convection in the Norwegian–Greenland Sea allows for a northward flow of warm surface water and southward transport of cold saline water. This circulation system is highly sensitive to climate change and has been shown to operate in different modes. In ice cores the last glacial period is characterized by millennial-scale Dansgaard–Oeschger (D–O) events of warm interstadials and cold stadials. Similar millennial-scale variability (linked to D–O events) is evident from oceanic cores, suggesting a strong coupling of the atmospheric and oceanic circulations system. Particularly long-lasting cold stadials correlate with North Atlantic Heinrich events, where icebergs released from the continents caused a spread of meltwater over the northern North Atlantic and Nordic seas. The meltwater layer is believed to have caused a stop or near-stop in the deep convection, leading to cold climate. The spreading of meltwater and changes in oceanic circulation have a large influence on the carbon exchange between atmosphere and the deep ocean and lead to profound changes in the 14C activity of the surface ocean. Here we demonstrate marine 14C reservoir ages (R) of up to c. 2000 years for Heinrich event H4. Our R estimates are based on a new method for age model construction using identified tephra layers and tie-points based on abrupt interstadial warmings.

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Context. Bright points (BPs) are small-scale, magnetic features ubiquitous across the solar surface. Previously, we have observed and noted their properties for quiet Sun regions. Here, we determine the dynamic properties of BPs using simultaneous quiet Sun and active region data.

Aims. The aim of this paper is to compare the properties of BPs in both active and quiet Sun regions and to determine any difference in the dynamics and general properties of BPs as a result of the varying magnetic activity within these two regions.

Methods. High spatial and temporal resolution G-band observations of active region AR11372 were obtained with the Rapid Oscillations in the Solar Atmosphere instrument at the Dunn Solar Telescope. Three subfields of varying polarity and magnetic flux density were selected with the aid of magnetograms obtained from the Helioseismic and Magnetic Imager on board the Solar Dynamics Observatory. Bright points within these subfields were subsequently tracked and analysed.

Results. It is found that BPs within active regions display attenuated velocity distributions with an average horizontal velocity of ~0.6 km s-1, compared to the quiet region which had an average velocity of 0.9 km s-1. Active region BPs are also ~21% larger than quiet region BPs and have longer average lifetimes (~132 s) than their quiet region counterparts (88 s). No preferential flow directions are observed within the active region subfields. The diffusion index (γ) is estimated at ~1.2 for the three regions.

Conclusions. We confirm that the dynamic properties of BPs arise predominately from convective motions. The presence of stronger field strengths within active regions is the likely reason behind the varying properties observed. We believe that larger amounts of magnetic flux will attenuate BP velocities by a combination of restricting motion within the intergranular lanes and by increasing the number of stagnation points produced by inhibited convection. Larger BPs are found in regions of higher magnetic flux density and we believe that lifetimes increase in active regions as the magnetic flux stabilises the BPs.

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We investigate the generation mechanisms of MHD Poynting flux in the magnetized solar photosphere. Using radiative MHD modeling of the solar photosphere with initial magnetic configurations that differ in their field strength and geometry, we show the presence of two different mechanisms for MHD Poynting flux generation in simulations of solar photospheric magnetoconvection. The weaker mechanism is connected to vertical transport of weak horizontal magnetic fields in the convectively stable layers of the upper photosphere, while the stronger is the production of Poynting flux in strongly magnetized intergranular lanes experiencing horizontal vortex motions. These mechanisms may be responsible for the energy transport from the solar convection zone to the higher layers of the solar atmosphere.

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Despite the lack of a shear-rich tachocline region, low-mass fully convective (FC) stars are capable of generating strong magnetic fields, indicating that a dynamo mechanism fundamentally different from the solar dynamo is at work in these objects. We present a self-consistent three-dimensional model of magnetic field generation in low-mass FC stars. The model utilizes the anelastic magnetohydrodynamic equations to simulate compressible convection in a rotating sphere. A distributed dynamo working in the model spontaneously produces a dipole-dominated surface magnetic field of the observed strength. The interaction of this field with the turbulent convection in outer layers shreds it, producing small-scale fields that carry most of the magnetic flux. The Zeeman–Doppler-Imaging technique applied to synthetic spectropolarimetric data based on our model recovers most of the large-scale field. Our model simultaneously reproduces the morphology and magnitude of the large-scale field as well as the magnitude of the small-scale field observed on low-mass FC stars.

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When a planet transits its host star, it blocks regions of the stellar surface from view; this causes a distortion of the spectral lines and a change in the line-of-sight (LOS) velocities, known as the Rossiter-McLaughlin (RM) effect. Since the LOS velocities depend, in part, on the stellar rotation, the RM waveform is sensitive to the star-planet alignment (which provides information on the system’s dynamical history). We present a new RM modelling technique that directly measures the spatially-resolved stellar spectrum behind the planet. This is done by scaling the continuum flux of the (HARPS) spectra by the transit light curve, and then subtracting the infrom the out-of-transit spectra to isolate the starlight behind the planet. This technique does not assume any shape for the intrinsic local profiles. In it, we also allow for differential stellar rotation and centre-to-limb variations in the convective blueshift. We apply this technique to HD 189733 and compare to 3D magnetohydrodynamic (MHD) simulations. We reject rigid body rotation with high confidence (>99% probability), which allows us to determine the occulted stellar latitudes and measure the stellar inclination. In turn, we determine both the sky-projected (λ ≈ −0.4 ± 0.2◦) and true 3D obliquity (ψ ≈ 7+12 −4 ◦ ). We also find good agreement with the MHD simulations, with no significant centre-to-limb variations detectable in the local profiles. Hence, this technique provides a new powerful tool that can probe stellar photospheres, differential rotation, determine 3D obliquities, and remove sky-projection biases in planet migration theories. This technique can be implemented with existing instrumentation, but will become even more powerful with the next generation of high-precision radial velocity spectrographs.

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bservations of the Rossiter–McLaughlin (RM) effect provide information on star–planet alignments, which can inform planetary migration and evolution theories. Here, we go beyond the classical RM modeling and explore the impact of a convective blueshift that varies across the stellar disk and non-Gaussian stellar photospheric profiles. We simulated an aligned hot Jupiter with a four-day orbit about a Sun-like star and injected center-to-limb velocity (and profile shape) variations based on radiative 3D magnetohydrodynamic simulations of solar surface convection. The residuals between our modeling and classical RM modeling were dependent on the intrinsic profile width and v sin i; the amplitude of the residuals increased with increasing v sin i and with decreasing intrinsic profile width. For slowly rotating stars the center-to-limb convective variation dominated the residuals (with amplitudes of 10 s of cm s−1 to ~1 m s−1); however, for faster rotating stars the dominant residual signature was due a non-Gaussian intrinsic profile (with amplitudes from 0.5 to 9 m s−1). When the impact factor was 0, neglecting to account for the convective center-to-limb variation led to an uncertainty in the obliquity of ~10°–20°, even though the true v sin i was known. Additionally, neglecting to properly model an asymmetric intrinsic profile had a greater impact for more rapidly rotating stars (e.g., v sin i = 6 km s−1) and caused systematic errors on the order of ~20° in the measured obliquities. Hence, neglecting the impact of stellar surface convection may bias star–planet alignment measurements and consequently theories on planetary migration and evolution.

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O objectivo deste trabalho científico é o estudo do transporte vertical de momento linear horizontal (CMT) realizado por sistemas de nuvens de convecção profunda sobre o oceano tropical. Para realizar este estudo, foram utilizadas simulações tridimensionais produzidas por um modelo explícito de nuvens (CRM) para os quatro meses de duração da campanha observacional TOGA COARE que ocorreu sobre as águas quentes do Pacífico ocidental. O estudo foca essencialmente as características estatísticas e à escala da nuvem do CMT durante um episódio de fortes ventos de oeste e durante um período de tempo maior que incluí este evento de convecção profunda. As distribuições verticais e altitude-temporais de campos atmosféricos relacionados com o CMT são avaliadas relativamente aos campos observacionais disponíveis, mostrando um bom acordo com os resultados de estudos anteriores, confirmando assim a boa qualidade das primeiras e fornecendo a confiança necessária para continuar a investigação. A sensibilidade do CMT em relação do domínio espacial do model é analisada, utilizando dois tipos de simulações tridimensionais produzidas por domínios horizontais de diferente dimensão, sugerindo que o CMT não depende da dimensão do domínio espacial horizontal escolhido para simular esta variável. A capacidade da parameterização do comprimento de mistura simular o CMT é testada, destacando as regiões troposféricas onde os fluxos de momento linear horizontal são no sentido do gradiente ou contra o gradiente. Os fluxos no sentido do gradiente apresentam-se relacionados a uma fraca correlação entre os campos atmosféricos que caracterizam esta parameterização, sugerindo que as formulações dos fluxos de massa dentro da nuvem e o fenómeno de arrastamento do ar para dentro da nuvem devem ser revistos. A importância do ar saturado e não saturado para o CMT é estudada com o objectivo de alcançar um melhor entendimento acerca dos mecanismos físicos responsáveis pelo CMT. O ar não saturado e saturado na forma de correntes descendentes contribuem de forma determinante para o CMT e deverão ser considerados em futuras parameterizações do CMT e da convecção em nuvens cumulus. Métodos de agrupamento foram aplicados às contribuições do ar saturado e não saturado, analisando os campos da força de flutuação e da velocidade vertical da partícula de ar, concluindo-se a presença de ondas gravíticas internas como mecanismo responsável pelo ar não saturado. A força do gradiente de pressão dentro da nuvem é também avaliada, utilizando para este efeito a fórmula teórica proposta por Gregory et al. (1997). Uma boa correlação entre esta força e o produto entre efeito de cisalhamento do vento e a perturbação da velocidade vertical é registada, principalmente para as correntes ascendentes dentro da nuvem durante o episódio de convecção profunda. No entanto, o valor ideal para o coeficiente empírico c*, que caracteriza a influência da força do gradiente de pressão dentro da nuvem sobre a variação vertical da velocidade horizontal dentro da nuvem, não é satisfatoriamente alcançado. Bons resultados são alcançados através do teste feito à aproximação do fluxo de massa proposta por Kershaw e Gregory (1997) para o cálculo do CMT total, revelando mais uma vez a importância do ar não saturado para o CMT.

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Senior thesis written for Oceanography 445

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Inventories and vertical distribution of (137)Cs were determined in La Plata region undisturbed soils, Argentina. A mean inventory value of 891 ± 220 Bq/m(2) was established, which is compatible with the values expected from atmospheric weapon tests fallout. The study was complemented with pH, organic carbon fraction, texture and mineralogical soil analyses. Putting together Southern Hemisphere (137)Cs inventory data, it is possible to correlate these data with the mean annual precipitations. The large differences in (137)Cs concentration profiles were attributed to soil properties, especially the clay content and the pH values. A convection-dispersion model with irreversible retention was used to fit the activity concentration profiles. The obtained effective diffusion coefficient and effective convection velocity parameters values were in the range from 0.2 cm(2)/y to 0.4 cm(2)/y and from 0.23 cm/y to 0.43 cm/y, respectively. These data are in agreement with values reported in literature. In general, with the growth of clay content in the soil, there was an increase in the transfer rate from free to bound state. Finally, the highest transfer rate from free to bound state was obtained for soil pH value equal to 8.

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Esta dissertação teve como objetivo fundamental a otimização energética do sistema de refrigeração da máquina de impregnar tela ZELL e, como objetivo adicional, a avaliação da qualidade da água do circuito, justificada pela acentuada degradação dos rolos devido à corrosão provocada pela recirculação da água de arrefecimento. Inicialmente fez-se o levantamento de informações do processo produtivo para caracterizar o funcionamento do sistema de refrigeração, tendo-se selecionado duas telas de poliéster designadas neste estudo por P1 e P2 e, também, uma tela de nylon designada por N. Foram efetuados ensaios, um para cada tela, para a atual temperatura de setpoint da água à saída da torre de arrefecimento (30ºC). Realizou-se outro ensaio para a tela N mas com uma temperatura de setpoint de 37ºC, ao qual se chamou N37. Deste modo, determinou-se as potências térmicas removidas pela água de refrigeração e as potências térmicas perdidas por radiação e por convecção, tendo-se verificado que na generalidade dos rolos as referências P1 e P2 apresentam valores mais elevados. Em termos percentuais, a potência térmica removida pela água de refrigeração nos grupos tratores 1 e 3 e no conjunto de rolos de R1 a R29 corresponde a 48%, 10% e 70%, respetivamente. Com a avaliação às necessidades de arrefecimento da máquina ZELL, confirmou-se que os caudais atuais de refrigeração dos rolos garantem condições, mais que suficientes, de funcionamento dos rolamentos. Assim sendo, fez-se uma análise no sentido da diminuição do caudal total que passou de 10,25 L/s para 7,65 L/s. Considerando esta redução, determinou-se o caudal de ar húmido a ser introduzido na torre de arrefecimento. O valor determinado foi de 4,6 m3ar húmido/s, o que corresponde a uma redução de cerca de 32% em relação ao caudal atual que é de 6,8 m3ar húmido/s. Com os resultados das análises efetuadas à água do circuito de refrigeração, concluiu-se que a água de reposição e a água de recirculação possuem má qualidade para uso na generalidade dos sistemas de refrigeração, principalmente devido aos elevados valores de concentração de ferro e condutividade elétrica, responsáveis pela intensificação da corrosão no interior dos rolos.

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As caldeiras são equipamentos de extrema importância na maioria das indústrias portuguesas. É prática frequente os projectos de caldeiras possuírem apenas cálculos de materiais ou estruturais, nunca abordando as questões térmicas das mesmas. Neste contexto surge o presente trabalho que teve como principal objectivo estudar e modelar o comportamento térmico de uma caldeira alimentada a biomassa florestal. A caldeira em estudo é uma caldeira tubos de fumo com ante-fornalha, alimentada a biomassa e com pressão de funcionamento de 10 bar. A primeira parte do trabalho consistiu no levantamento de toda a informação relativa aos aspectos construtivos da caldeira e as condições de operação da mesma, através da consulta do seu projecto. O estudo do comportamento térmico da caldeira foi dividido em 2 partes: a modelação do comportamento térmico na ante-fornalha seguido da modelação do comportamento térmico do feixe tubular. Na ante fornalha admitiu-se que o calor seria transferido do gás para as paredes da mesma por convecção e por radiação, tendo-se utilizado o Método de Hottel para modelar a transferência de calor por radiação. No feixe tubular a transferência de calor por radiação foi desprezada, tendo-se considerado apenas transferência de calor por condução e convecção entre os gases quentes e a água. Os resultados obtidos mostram que, na ante-fornalha, o peso da potência transferida por radiação (96%) é muito superior à potência transferida por convecção (4%), tendo-se obtido os valores de 384,8 kW e de 16,0 kW para a potência térmica transferida por radiação e por convecção, respectivamente. O valor obtido para a temperatura dos gases na ante-fornalha foi de 1085 K. No feixe tubular a potência térmica transferida por convecção foi de 2559 kW tendo-se obtido o valor de 240ºC para a temperatura de exaustão dos gases pela chaminé. As perdas para o exterior foram estimadas em 1,5 %. O balanço global de energia à caldeira indicou um peso para a potência transferida por convecção de 86,3% e para a potência transferida por radiação de 13,6%. O rendimento da caldeira foi calculado pelo método das perdas tendo-se obtido o valor de 39%.

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A procura por alternativas ao atual paradigma energético, que se caracteriza por uma predominância indiscutível das fontes combustíveis fósseis, é o motivo primário desta investigação. A energia emitida pelo Sol que chega à Terra diariamente ultrapassa em várias ordens de grandeza a energia que a nossa sociedade atual necessita. O efeito chaminé é uma das formas de aproveitar essa energia. Este efeito tem origem no diferencial de temperaturas existente entre o interior e o exterior de uma chaminé, que provoca um gradiente nas massas volúmicas do fluido entre o interior e o exterior da chaminé, induzindo assim um fluxo de ar. Esta diferença de temperaturas radica na exposição da face exterior da chaminé à radiação solar. No sistema que nos propomos estudar, o ar entra na chaminé por pequenos orifícios situados na sua base, e, ao tomar contacto com as paredes internas da chaminé, aquece desde a temperatura ambiente, Ta, até à temperatura interna, Ti . Este aumento de temperatura torna o ar dentro da chaminé mais “leve” em comparação com o ar mais frio do exterior levando-o a ascender ao longo do interior da chaminé. Este escoamento contém energia cinética que pode, por exemplo, ser transformada em energia elétrica por intermédio de turbinas. A eficiência de conversão da energia será tanto maior quanto menor for a velocidade do ar a jusante da turbina. Esta tecnologia poderá ser instalada de forma descentralizada, como acontece com as atuais centrais concentradoras solares térmicas e fotovoltaicas localizadas na periferia de grandes cidades ou, alternativamente, poderá ser inserida no próprio tecido urbanístico. A investigação demonstra que as dimensões da chaminé, a irradiação e a temperatura do ar são os fatores com maior impacto na potência hidráulica gerada.