Mechanisms of heat and mass transfer to and from single drops freely-suspended in an air stream

A specially-designed vertical wind tunnel was used to freely suspend individual liquid drops of 5 mm initial diameter to investigate drop dynamics, terminal velocity and heat and mass transfer rates. Droplets of distilled, de-ionised water, n-propanol, iso-butanol, monoethanolamine and heptane were studied over a temperature range of 50oC to 82oC. The effects of substances that may provide drop surface rigidity (e.g. surface active agents, binders and polymers) on mass transfer rates were investigated by doping distilled de-ionised water drops with sodium di-octyl sulfo-succinate surfactant. Mass transfer rates decreased with reduced drop oscillation as a result of surfactant addition, confirming the importance of droplet surface instability. Rigid naphthalene spheres and drops which formed a skin were also studied; the results confirmed the reduced transfer rates in the absence of drop fluidity. Following consideration of fundamental drop dynamics in air and experimental results from this study, a novel dimensionless group, the Oteng-Attakora, (OT), number was included in the mass transfer equation to account for droplet surface behaviour and for prediction of heat and mass transfer rates from single drops which exhibit surface instability at Re>=500. The OT number and the modified mass transfer equation are respectively: OT=(ava2/d).de1.5(d/) Sh = 2 + 0.02OT0.15Re0.88Sc0.33 Under all conditions drop terminal velocity increased linearly with the square root of drop diameter and the drag coefficient was 1. The data were correlated with a modified equation by Finlay as follows: CD=0.237.((Re/P0.13)1.55(1/We.P0.13) The relevance of the new model to practical evaporative spray processes is discussed.

Band-limited airy pulses for invariant propagation in single mode fibers

By spectral analysis, and using joint time-frequency representations, we present the theoretical basis to design invariant band-limited Airy pulses with an arbitrary degree of robustness, and an arbitrary range of single mode fiber chromatic dispersion. The numerically simulated examples confirm the theoretically predicted pulse partial invariance in the propagation of the pulse in the fiber.

Activity and affect:repeated within-participant assessment in people after joint replacement surgery

Objective: Between-participant research has shown that high negative affectivity predicts greater activity limitations and vice versa. This study examined both between- and within-participant associations of negative and positive affectivity with activity levels using ecological momentary assessment. Method: Participants were 25 people who had undergone joint replacement surgery 12 months previously. Participants made multiple reports of their activity and positive and negative affectivity over a single day using, a computerized diary. Activity was also objectively recorded using an activity monitor. The following day, participants made a self-report of their activity over the measurement day and general positive and negative affectivity levels were recorded. Results: Higher self-reported walking time over the whole measurement day was associated with higher general positive affectivity but not negative affectivity. However, using ecological momentary assessment, higher diary reports of negative affectivity predicted increased activity levels while positive affectivity neither predicted nor was predicted by activity. Conclusion: These findings demonstrate the importance of within-participant methodology in detecting subtle and immediate effects of individuals' mood on behavior that may differ from findings investigating between-participant effects over longer time periods.

Increased rate of cholecystectomies performed with doubtful or no indications after laparoscopy introduction: a single center experience

Background During recent years laparoscopic cholecystectomy has dramatically increased, sometimes resulting in overtreatment. Aim of this work was to retrospectively analyze all laparoscopic cholecystectomies performed in a single center in order to find the percentage of patients whose surgical treatment may be explained with this general trend, and to speculate about the possible causes. Methods 831 patients who underwent a laparoscopic cholecystectomy from 1999 to 2008 were retrospectively analyzed. Results At discharge, 43.08% of patients were operated on because of at least one previous episode of biliary colic before the one at admission; 14.08% of patients presented with acute lithiasic cholecystitis; 14.68% were operated on because of an increase in bilirubin level; 1.56% were operated on because of a previous episode of jaundice with normal bilirubin at admission; 0.72% had gallbladder adenomas, 0.72% had cholangitis, 0.36% had biliodigestive fistula and one patient (0.12%) had acalculous cholecystitis. By excluding all these patients, 21.18% were operated on without indications. Conclusions The broadening of indications for laparoscopic cholecystectomy is undisputed and can be considered a consequence of new technologies that have been introduced, increased demand from patients, and the need for practice by inexperienced surgeons. If not prevented, this trend could continue indefinitely.

Studio stratigrafico e vulcanologico della successione piroclastica di Rocche Rosse

Lo scopo del lavoro di tesi è l’analisi stratigrafica e vulcanologica dei depositi della successione piroclastica di Rocche Rosse relativi all’ultima fase di attività esplosiva in età olocenica dell’isola di Lipari (Isole Eolie). L’attività di Rocche Rosse si caratterizza per l’emissione di una colata riolitica ossidianacea ben nota nella letteratura vulcanologica, che viene preceduta da un episodio di attività esplosiva a bassa magnitudo tale da costituire un basso cratere piroclastico sulla sommità dell’edificio di Monte Pilato, nel settore NE di Lipari (Forni et al., 2013). L’attività eruttiva di Rocche Rosse è datata in età Medievale (1220 AD). Recentemente è stata proposta la correlazione con l’unità di Rocche Rosse di un tefra affiorante all’interno della sequenza stratigrafica del cono di La Fossa di Vulcano, utilizzato come elemento cronostratigrafico per la ricostruzione della storia eruttiva di tale edificio (Fusillo et al, 2015). Anche alla luce di questa ipotesi, l’analisi stratigrafica e vulcanologica di dettaglio della successione piroclastica di Rocche Rosse può consentire di evidenziarne lo stile eruttivo, i meccanismi di trasporto e deposizione e la capacità di dispersione. Lo studio è stato effettuato in tre sezioni stratigrafiche puntuali descritte in aree prossimali e medio-prossimali, in corrispondenza del bordo del cratere di Rocche Rosse, sul bordo ed all’esterno del cratere di Monte Pilato. Sono state inoltre effettuate diverse osservazioni in altre sezioni lungo gran parte del settore centro-settentrionale dell’isola di Lipari, evidenziando l’assenza di depositi riconducibili alla successione di Rocche Rosse. Nell’insieme si propone uno studio stratigrafico della successione di Rocche Rosse suddivisa in diverse unità deposizionali ed una valutazione generica della dispersione di questi depositi.

Architettura cloud per lo sviluppo multi-piattaforma di Sistemi Operativi: Applicazioni specifiche

Il mondo dell’Internet of Things e del single board computing sono settori in forte espansione al giorno d’oggi e le architetture ARM sono, al momento, i dominatori in questo ambito. I sistemi operativi e i software si stanno evolvendo per far fronte a questo cambiamento e ai nuovi casi d’uso che queste tecnologie introducono. In questa tesi ci occuperemo del porting della distribuzione Linux Sabayon per queste architetture, la creazione di un infrastruttura per il rilascio delle immagini e la compilazione dei pacchetti software.

I materiali a memoria di forma: caratterizzazione e applicazione nel mondo dell'automazione

L'obiettivo di questo lavoro di tesi è stato studiare le caratteristiche, le proprietà, le applicazioni con conseguenti vantaggi e svantaggi di un particolare tipo di smart materials: i materiali a memoria di forma. Il capitolo 1 tratterà delle leghe metalliche a memoria di forma, il successivo si concentrerà invece sui polimeri a memoria di forma. In ognuno di questi, relativamente al materiale affrontato, si presterà particolare attenzione agli “effetti” che contraddistinguono tali materiali da quelli più comuni, come l’effetto memoria di forma o la superelasticità. Successivamente, nei vari sottoparagrafi, l’attenzione si sposterà sulle tecniche di caratterizzazione, utili per capire le proprietà di una lega o di un polimero rispetto ad un altro, e sulle conseguenti classificazioni di entrambi. Per quanto riguarda i polimeri, si accenneranno certi parametri fondamentali di cui è necessario tener conto per conoscere bene il polimero considerato. La trattazione, in ambedue i casi, terminerà con un focus sulle applicazioni più diffuse e su quelle più interessanti di tali materiali, fornendo dettagli sulle tecnologie utilizzate e sugli stimoli dettati per eccitare i sistemi.

Valutazione della localizzazione e della tossicità di nanoparticelle di silice fluorescenti su linee cellulari tumorali umane

Lo scopo di questa tesi è valutare l’attività di uptake delle cellule nei confronti di nanoparticelle di silice fluorescenti e il loro possibile effetto citotossico. Per verificare l’attività di uptake delle cellule abbiamo utilizzato 4 diverse linee cellulari tumorali umane e abbiamo studiato il comportamento delle nanoparticelle all’interno delle cellule grazie all’utilizzo del microscopio a fluorescenza, con cui abbiamo potuto valutare se le particelle sono in grado di penetrare nel nucleo, soprattutto ad alte concentrazioni o a lunghi tempi di incubazione. Per questa valutazione abbiamo effettuato incubazioni a concentrazioni crescenti di nanoparticelle e a tempi di incubazione sempre più lunghi. Inoltre, abbiamo coltivato le cellule sia in condizioni di crescita ottimali, addizionando il terreno con FBS, che in condizioni subottimali, senza l’aggiunta di FBS nel terreno, perché abbiamo ipotizzato che le proteine presenti nell’FBS potessero disporsi come una corona esternamente alle cellule, ostacolando l’uptake delle nanoparticelle. Infine, abbiamo valutato se le diverse linee cellulari avessero dei comportamenti diversi nei confronti dell’internalizzazione delle nanoparticelle. Per quanto riguarda la valutazione di un possibile effetto citotossico delle nanoparticelle, invece, abbiamo effettuato dei saggi di vitalità cellulare, anche in questo caso utilizzando 4 linee cellulari differenti. Come per l’analisi in microscopia, abbiamo effettuato l’incubazione a concentrazioni crescenti di nanoparticelle, a tempi di incubazione sempre più lunghi e in condizioni ottimali, aggiungendo FBS al terreno, o subottimali, senza FBS. Queste variazioni nelle condizioni di incubazione erano necessarie per capire se la vitalità cellulare potesse dipendere da un’alta concentrazione di nanoparticelle, da lunghi tempi di incubazione e dalla presenza o assenza di FBS e se l’effetto fosse diverso a seconda della linea cellulare sottoposta al trattamento.

Costruzione del quadro conoscitivo della Conoide Enza al fine di una gestione sostenibile della risorsa idrica

Il lavoro di tesi ha l'obiettivo di fornire un quadro conoscitivo preliminare della Conoide Enza, importante corpo idrico sotterraneo situato nella provincia di Reggio-Emilia. Unitamente viene data una sua rappresentazione cartografica digitale attraverso software GIS, utile a geo-referenziare l'acquifero. Tale lavoro permette di convogliare ed archiviare in un sistema informativo territoriale le osservazioni e i dati necessari a successive indagini quantitative sulla Conoide. In tal senso, viene fornito un esempio di modellazione di flusso nell'acquifero tramite software MODFLOW, così da mostrare l'analisi di uno scenario di prelievo a partire dai dati forniti. In particolare, è simulato il comportamento dell'acquifero in presenza di un pozzo di estrazione, valutando il conseguente effetto indotto sulla piezometria.

Analisi e caratterizzazione dei materiali di rinforzo nelle sovrastrutture stradali

Nel presente elaborato è stato studiato l'effetto prodotto dall'inserimento di interstrati di rinforzo tra strati legati di una pavimentazione. Si è realizzato un confronto tra due pavimentazioni, una rinforzata e l'altra di controllo, mediante il software di calcolo OLCRACK, aventi le medesime caratteristiche geometriche e gli stessi materiali. In questo modo è stato possibile osservare l'effetto della griglia di rinforzo nel contrastare e ritardare il fenomeno del reflective cracking. Parallelamente è stata effettuata un'indagine sperimentale in laboratorio su travetti bi-strato rinforzati con due tipologie differenti di griglie. I risultati hanno evidenziato l'importanza del ricoprimento sulla griglia, poiché i travetti più spessi hanno dato una risposta migliore alla vita a fatica. In più è stata osservata l'importanza della resistenza a trazione della griglia nell'incremento dei cicli a rottura dei provini.

MIMU sensors for joint kinematic estimation: anatomical landmarking and frame correction

The ability to capture human motion allows researchers to evaluate an individual’s gait. Gait can be measured in different ways, from camera-based systems to Magnetic and Inertial Measurement Units (MIMU). The former uses cameras to track positional information of photo-reflective markers, while the latter uses accelerometers, gyroscopes, and magnetometers to measure segment orientation. Both systems can be used to measure joint kinematics, but the results vary because of their differences in anatomical calibrations. The objective of this thesis was to study potential solutions for reducing joint angle discrepancies between MIMU and camera-based systems. The first study worked to correct the anatomical frame differences between MIMU and camera-based systems via the joint angles of both systems. This study looked at full lower body correction versus correcting a single joint. Single joint correction showed slightly better alignment of both systems, but does not take into account that body segments are generally affected by more than one joint. The second study explores the possibility of anatomical landmarking using a single camera and a pointer apparatus. Results showed anatomical landmark position could be determined using a single camera, as the anatomical landmarks found from this study and a camera-based system showed similar results. This thesis worked on providing a novel way for obtaining anatomical landmarks with a single point-and-shoot camera, as well aligning anatomical frames between MIMUs and camera-based systems using joint angles.

An investigation of lower limb joint powers as a predictive measure of countermovement vertical jump height.

Measuring and tracking athletic performance is crucial to an athlete’s development and the countermovement vertical jump is often used to measure athletic performance, particularly lower limb power. The linear power developed in the lower limb is estimated through jump height. However, the relationship between angular power, produced by the joints of the lower limb, and jump height is not well understood. This study examined the contributions of the kinetic value of angular power, and its kinematic component, angular velocity, of the lower limb joints to jump height in the countermovement vertical jump. Kinematic and kinetic data were gathered from twenty varsity-level basketball and volleyball athletes as they performed six maximal effort jumps in four arm swing conditions: no-arm involvement, single-non-dominant arm swing, single-dominant arm swing, and two-arm swing. The displacement of the whole body centre of mass, peak joint powers, peak angular velocity, and locations of the peaks as a percentage of the jump’s takeoff period, were computed. Linear regressions assessed the relationship of the variables to jump height. Results demonstrated that knee peak power (p = 0.001, ß = 0.363, r = 0.363), its location within takeoff period (p = 0.023, ß = -0.256, r = 0.256), and peak knee peak angular velocity (p = 0.005, ß = 0.310, r = 0.310) were moderately linked to increased jump height. Additionally, the location, within the takeoff period, of the peak angular velocities of the hip (p = 0.003, ß = -0.318, r = 0.419) and ankle (p = 0.011, ß = 0.270, r = 0.419) were positively linked to jump height. These results highlight the importance of training the velocity and timing of joint motion beyond traditional power training protocols as well as the importance of further investigation into appropriate testing protocol that is sensitive to the contributions by individual joints in maximal effort jumping.

Advances in single-shot, dry drilling of composite/metal stacks

Carbon fibre reinforced polymers (CFRP) are increasingly being used in the aerospace, automotive and defence industry due to their high specific stiffness and good corrosion resistance. In a modern aircraft, 50-60% of its structure is made up of CFRP material while the remainder is mostly a combination of metallic alloys (typically aluminium or titanium alloys). Mechanical fastening (bolting or riveting) of CFRP and metallic components has thus created a pressing requirement of drilling several thousand holes per aircraft. Drilling of stacks in a single-shot not only saves time, but also ensures proper alignment when fasteners are inserted, achieving tighter geometric tolerances. However, this requirement poses formidable manufacturing challenges due to the fundamental differences in the material properties of CFRP and metals e.g. a drill bit entering into the stack encounters brittle and abrasive CFRP material as well as the plastic behaviour of the metallic alloy, making the drilling process highly non-linear.

Over the past few years substantial efforts have been made in this direction and majority of the research has tried to establish links between how the process parameters (feed, depth of cut, cutting speed), tooling (geometry, material and coating) and the wear of the cutting tool affect the hole quality. Similarly, multitudes of investigations have been conducted to determine the effects of non-traditional drilling methods (orbital, helical and vibration assisted drilling), cutting zone temperatures and efficiency of chip extraction on the hole quality and rate of tool wear during single shot drilling of CFRP/alloy stacks.

In a timely effort, this paper aims at reviewing the manufacturing challenges and barriers faced when drilling CFRP/alloy stacks and to summarise various factors influencing the drilling process while detailing the advances made in this fertile research area of single-shot drilling of stack materials. A survey of the key challenges associated with avoiding workpiece damage and the effect these challenges have on tool design and process optimisation is presented. An in depth critique of suitable hole making methods and their aptness for commercialisation follows. The paper concludes by summarising the future work required to achieve repeatable, high quality single shot drilled holes in CFRP/alloy stacks.

Wireless Networks with Energy Harvesting and Power Transfer: Joint Power and Time Allocation

In this letter, we consider wireless powered communication networks which could operate perpetually, as the base station (BS) broadcasts energy to the multiple energy harvesting (EH) information transmitters. These employ “harvest then transmit” mechanism, as they spend all of their energy harvested during the previous BS energy broadcast to transmit the information towards the BS. Assuming time division multiple access (TDMA), we propose a novel transmission scheme for jointly optimal allocation of the BS broadcasting power and time sharing among the wireless nodes, which maximizes the overall network throughput, under the constraint of average transmit power and maximum transmit power at the BS. The proposed scheme significantly outperforms “state of the art” schemes that employ only the optimal time allocation. If a single EH transmitter is considered, we generalize the optimal solutions for the case of fixed circuit power consumption, which refers to a much more practical scenario.

Emissione di Compton inverso e applicazioni astrofisiche

Nell'elaborato viene affrontato il processo di diffusione di fotoni denominato Compton Inverso. Per prima cosa c'è una breve introduzione dove vengono elencati i vari processi di diffusione di radiazione e alcune applicazioni astrofisiche del Compton inverso che saranno poi affrontate nella seconda parte. Nel capitolo 1 viene fatta una trattazione fisica del processo e vengono analizzati potenza emessa e spettro risultante. Infine nel capitolo finale vengono approfondite le applicazioni astrofisiche più importanti del Compton inverso: Comptonizzazione, effetto Sunyaev-Zeldovich e Synchrotron Self Compton.