Solvent effects in the hydrogenation of 2-butanone

In liquid-phase reaction systems, the role of the solvent is often limited to the simple requirement of dissolving and/or diluting substrates. However, the correct choice, either pure or mixed, can significantly influence both reaction rate and selectivity. For multi-phase heterogeneously catalysed reactions observed variations may be due to changes in mass transfer rates, reaction mechanism, reaction kinetics, adsorption properties and combinations thereof. The liquid-phase hydrogenation of 2-butanone to 2-butanol over a Ru/SiO catalyst, for example, shows such complex rate behaviour when varying water/isopropyl alcohol (IPA) solvent ratios. In this paper, we outline a strategy which combines measured rate data with physical property measurements and molecular simulation in order to gain a more fundamental understanding of mixed solvent effects for this heterogeneously catalysed reaction. By combining these techniques, the observed complex behaviour of rate against water fraction is shown to be a combination of both mass transfer and chemical effects. © 2012 Elsevier Inc. All rights reserved.

Modulational instability in asymmetric coupled wave functions

The evolution of the amplitude of two nonlinearly interacting waves is considered, via a set of coupled nonlinear Schrödinger-type equations. The dynamical profile is determined by the wave dispersion laws (i.e. the group velocities and the group velocity dispersion terms) and the nonlinearity and coupling coefficients, on which no assumption is made. A generalized dispersion relation is obtained, relating the frequency and wave-number of a small perturbation around a coupled monochromatic (Stokes') wave solution. Explicitly stability criteria are obtained. The analysis reveals a number of possibilities. Two (individually) stable systems may be destabilized due to coupling. Unstable systems may, when coupled, present an enhanced instability growth rate, for an extended wave number range of values. Distinct unstable wavenumber windows may arise simultaneously.

How much gas can we get from grass?

Grass biomethane has been shown to be a sustainable gaseous transport biofuel, with a good energy balance, and significant potential for economic viability. Of issue for the designer is the variation in characteristics of the grass depending on location of source, time of cut and species. Further confusion arises from the biomethane potential tests (BMP) which have a tendency to give varying results. This paper has dual ambitions. One of these is to highlight the various results for biomethane potential that may be obtained from the same grass silage. The results indicated that methane potential from the same grass silage varied from 350 to 493 L CH4 kg−1 VS added for three different BMP procedures. The second ambition is to attempt to compare two distinct digestion systems again using the same grass: a two stage continuously stirred tank reactor (CSTR); and a sequentially fed leach bed reactor connected to an upflow anaerobic sludge blanket (SLBR–UASB). The two engineered systems were designed, fabricated, commissioned and operated at small pilot scale until stable optimal operating conditions were reached. The CSTR system achieved 451 L CH4 kg−1 VS added over a 50 day retention period. The SLBR–UASB achieved 341 L CH4 kg−1 VS added at a 30 day retention time.

Numerically Investigating the Effects of Cross-Links in Scaled Microchannel Heat Sinks

Thermal management as a method of heightening performance in miniaturized electronic devices using microchannel heat sinks has recently become of interest to researchers and the industry. One of the current challenges is to design heat sinks with uniform flow distribution. A number of experimental studies have been conducted to seek appropriate designs for microchannel heat sinks. However, pursuing this goal experimentally can be an expensive endeavor. The present work investigates the effect of cross-links on adiabatic two-phase flow in an array of parallel channels. It is carried out using the three dimensional mixture model from the computational fluid dynamics software, FLUENT 6.3. A straight channel and two cross-linked channel models were simulated. The cross-links were located at 1/3 and 2/3 of the channel length, and their widths were one and two times larger than the channel width. All test models had 45 parallel rectangular channels, with a hydraulic diameter of 1.59 mm. The results showed that the trend of flow distribution agrees with experimental results. A new design, with cross-links incorporated, was proposed and the results showed a significant improvement of up to 55% on flow distribution compared with the standard straight channel configuration without a penalty in the pressure drop. Further discussion about the effect of cross-links on flow distribution, flow structure, and pressure drop was also documented.

The expression of pain in infants and toddlers:developmental changes in facial action

Age-related changes in the facial expression of pain during the first 18 months of life have important implications for our understanding of pain and pain assessment. We examined facial reactions video recorded during routine immunization injections in 75 infants stratified into 2-, 4-, 6-, 12-, and 18-month age groups. Two facial coding systems differing in the amount of detail extracted were applied to the records. In addition, parents completed a brief questionnaire that assessed child temperament and provided background information. Parents' efforts to soothe the children also were described. While there were consistencies in facial displays over the age groups, there also were differences on both measures of facial activity, indicating systematic variation in the nature and severity of distress. The least pain was expressed by the 4-month age group. Temperament was not related to the degree of pain expressed. Systematic variations in parental soothing behaviour indicated accommodation to the age of the child. Reasons for the differing patterns of facial activity are examined, with attention paid to the development of inhibitory mechanisms and the role of negative emotions such as anger and anxiety.

Protecting group and switchable pore-discriminating adsorption properties of a hydrophilic-hydrophobic metal-organic framework

Formed by linking metals or metal clusters through organic linkers, metal-organic frameworks are a class of solids with structural and chemical properties that mark them out as candidates for many emerging gas storage, separation, catalysis and biomedical applications. Important features of these materials include their high porosity and their flexibility in response to chemical or physical stimuli. Here, a copper-based metal-organic framework has been prepared in which the starting linker (benzene-1,3,5-tricarboxylic acid) undergoes selective monoesterification during synthesis to produce a solid with two different channel systems, lined by hydrophilic and hydrophobic surfaces, respectively. The material reacts differently to gases or vapours of dissimilar chemistry, some stimulating subtle framework flexibility or showing kinetic adsorption effects. Adsorption can be switched between the two channels by judicious choice of the conditions. The monoesterified linker is recoverable in quantitative yield, demonstrating possible uses of metal-organic frameworks in molecular synthetic chemistry as 'protecting groups' to accomplish selective transformations that are difficult using standard chemistry techniques.

LIBERO:A framework for autonomic management of multiple non-functional concerns

We describe a lightweight prototype framework (LIBERO) designed for experimentation with behavioural skeletons-components implementing a well-known parallelism exploitation pattern and a rule-based autonomic manager taking care of some non-functional feature related to pattern computation. LIBERO supports multiple autonomic managers within the same behavioural skeleton, each taking care of a different non-functional concern. We introduce LIBERO-built on plain Java and JBoss-and discuss how multiple managers may be coordinated to achieve a common goal using a two-phase coordination protocol developed in earlier work. We present experimental results that demonstrate how the prototype may be used to investigate autonomic management of multiple, independent concerns. © 2011 Springer-Verlag Berlin Heidelberg.

Diabetes management in patients receiving palliative care

A literature review revealed no evidence-based guidelines specific to managing diabetes in the context of palliative care. The purpose of the current project was to describe the management practices of doctors and nurses caring for people with diabetes and advanced disease. Palliative care doctors, palliative care nurses, endocrinologists, and diabetes nurse educators participated in this study. A two-phase project was undertaken: 1) two focus groups, and 2) a cross-sectional survey using a self-completed questionnaire. The focus group and questionnaire data identified that doctors and nurses used a range of practices and blood glucose testing frequencies to control blood glucose based on experience and not according to a robust evidence base. Implications for practice include the importance of collaboration between diabetes and palliative care specialists, and the need to develop clinical management guidelines.

Comparison of lagrangian and eulerian simulations of slurry flows in a sudden expansion

From a review of technical literature, it was not apparent if the Lagrangian or the Eulerian dispersed phase modeling approach was more valid to simulate dilute erosive slurry flow. In this study, both modeling approaches were employed and a comparative analysis of performances and accuracy between the two models was carried out. Due to an impossibility to define, for the Eulerian model already implemented in FLUENT, a set of boundary conditions consistent with the Lagrangian impulsive equations, an Eulerian dispersed phase model was integrated in the FLUENT code using subroutines and user-defined scalar equations. Numerical predictions obtained from the two different approaches for two-phase flow in a sudden expansion were compared with the measured data. Excellent agreement was attained between the predicted and observed fluid and particle velocity in the axial direction and for the kinetic energy. Erosion profiles in a sudden expansion computed using the Lagrangian scheme yielded good qualitative agreement with measured data and predicted a maximum impact angle of 29 deg at the fluid reattachment point. The Eulerian model was adversely affected by the reattachment of the fluid phase to the wall and the simulated erosion profiles were not in agreement with the Lagrangian or measured data. Furthermore, the Eulerian model under-predicted the Lagrangian impact angle at all locations except the reattachment point. © 2010 American Society of Mechanical Engineers.

A review of behaviour change theories and techniques used in group based self-management programmes for chronic low back pain and arthritis

Background: Medical Research Council (MRC) guidelines recommend applying theory within complex interventions to explain how behaviour change occurs. Guidelines endorse self-management of chronic low back pain (CLBP) and osteoarthritis (OA), but evidence for its effectiveness is weak. Objective: This literature review aimed to determine the use of behaviour change theory and techniques within randomised controlled trials of group-based self-management programmes for chronic musculoskeletal pain, specifically CLBP and OA. Methods: A two-phase search strategy of electronic databases was used to identify systematic reviews and studies relevant to this area. Articles were coded for their use of behaviour change theory, and the number of behaviour change techniques (BCTs) was identified using a 93-item taxonomy, Taxonomy (v1). Results: 25 articles of 22 studies met the inclusion criteria, of which only three reported having based their intervention on theory, and all used Social Cognitive Theory. A total of 33 BCTs were coded across all articles with the most commonly identified techniques being '. instruction on how to perform the behaviour', '. demonstration of the behaviour', '. behavioural practice', '. credible source', '. graded tasks' and '. body changes'. Conclusion: Results demonstrate that theoretically driven research within group based self-management programmes for chronic musculoskeletal pain is lacking, or is poorly reported. Future research that follows recommended guidelines regarding the use of theory in study design and reporting is warranted.

Differential evolution combined with clonal selection for dynamic economic dispatch

Dynamic economic load dispatch (DELD) is one of the most important steps in power system operation. Various optimisation algorithms for solving the problem have been developed; however, due to the non-convex characteristics and large dimensionality of the problem, it is necessary to explore new methods to further improve the dispatch results and minimise the costs. This article proposes a hybrid differential evolution (DE) algorithm, namely clonal selection-based differential evolution (CSDE), to solve the problem. CSDE is an artificial intelligence technique that can be applied to complex optimisation problems which are for example nonlinear, large scale, non-convex and discontinuous. This hybrid algorithm combines the clonal selection algorithm (CSA) as the local search technique to update the best individual in the population, which enhances the diversity of the solutions and prevents premature convergence in DE. Furthermore, we investigate four mutation operations which are used in CSA as the hyper-mutation operations. Finally, an efficient solution repair method is designed for DELD to satisfy the complicated equality and inequality constraints of the power system to guarantee the feasibility of the solutions. Two benchmark power systems are used to evaluate the performance of the proposed method. The experimental results show that the proposed CSDE/best/1 approach significantly outperforms nine other variants of CSDE and DE, as well as most other published methods, in terms of the quality of the solution and the convergence characteristics.

Secure Switch-and-Stay Combining (SSSC) for Cognitive Relay Networks

In this paper, we study a two-phase underlay cognitive relay network, where there exists an eavesdropper who can overhear the message. The secure data transmission from the secondary source to secondary destination is assisted by two decode-and-forward (DF) relays. Although the traditional opportunistic relaying technique can choose one relay to provide the best secure performance, it needs to continuously have the channel state information (CSI) of both relays, and may result in a high relay switching rate. To overcome these limitations, a secure switch-and-stay combining (SSSC) protocol is proposed where only one out of the two relays is activated to assist the secure data transmission, and the secure relay switching occurs when the relay cannot support the secure communication any longer. This security switching is assisted by either instantaneous or statistical eavesdropping CSI. For these two cases, we study the system secure performance of SSSC protocol, by deriving the analytical secrecy outage probability as well as an asymptotic expression for the high main-to-eavesdropper ratio (MER) region. We show that SSSC can substantially reduce the system complexity while achieving or approaching the full diversity order of opportunistic relaying in the presence of the instantaneous or statistical eavesdropping CSI.

Hydraulics of stepped chutes: experimental-numerical-theoretical study

O estudo de escoamentos turbulentos em descarregadores em degraus tem sido um desafio para os investigadores. A macro-rugosidade do leito, a ondulação da superfície livre, a intermitência da localização da secção inicial de entrada de ar e o escoamento bi-fásico a jusante da secção inicial de entrada de ar fazem com que a caracterização do escoamento deslizante sobre turbilhões em descarregadores em degraus não seja simples. Actualmente, é possível combinar técnicas de medição fiáveis com simulações numéricas e análise teórica. Nesta dissertação, o estudo experimental baseia-se em resultados experimentais obtidos em duas instalações experimentais: a instalação A, do Laboratório Nacional de Engenharia Civil (LNEC), dotada de um descarregador em degraus com declive de 1V:0.75H e a instalação B, do Instituto Superior Técnico (IST), dotada de um descarregador em degraus com declive de 1V:2H. Uma sonda de ar, um tubo de Pitot modificado e vários hidrómetros permitiram o estudo do escoamento deslizante sobre turbilhões mono- e bifásico ao longo do descarregador em degraus da instalação A. Na bacia de dissipação de energia, a observação visual do escoamento foi auxiliada pelas leituras efectuadas em tomadas de pressão localizadas na soleira da bacia e pelas leituras da altura do escoamento efectuadas em réguas graduadas localizadas nas paredes da bacia. Na instalação B foram utilizados um tubo de Pitot e vários hidrómetros para estudar a região não arejada do escoamento deslizante sobre turbilhões no descarregador em degraus. O estudo numérico é baseado em simulações numéricas da região não arejada do escoamento deslizante sobre turbilhões sobre descarregadores em degraus com o código comercial de CFD FLOW-3D® de modo a reproduzir as condições ensaiadas experimentalmente. As simulações beneficiaram da técnica de blocos múltiplos (multi-block) num sistema de coordenadas cartesianas, da determinação da superfície livre pelo método TruVOF e da utilização de dois modelos de turbulência: os modelos k- e RNG k-. Por último, o estudo teórico consistiu em desenvolver um modelo simplificado 1D para determinar as características hidráulicas principais do trecho não arejado do escoamento deslizante sobre turbilhões em descarregadores em degraus. O modelo foi desenvolvido a partir das equações de Navier-Stokes, conjuntamente com resultados experimentais e numéricos. Os resultados apresentados nesta dissertação contribuem para o conhecimento do escoamento deslizante sobre turbilhões em descarregadores em degraus, nomeadamente na região não arejada, na secção inicial de entrada de ar e na região arejada. A hidráulica dos dissipadores de energia a jusante de descarregadores em degraus, em particular das bacias tipo III do USBR, é também objecto de estudo. Em relação à região não arejada do escoamento em descarregadores com declive acentuado, e com base em resultados experimentais e numéricos, são propostas expressões para estimar o desenvolvimento da altura equivalente de água, da espessura da camada limite, da concentração média de ar, do coeficiente de energia cinética, da dissipação de energia, do factor de resistência e do coeficiente n da fórmula de Manning. São ainda propostas expressões adimensionais para a energia cinética turbulenta e sua dissipação. Para declives moderados, são propostas expressões para estimar o desenvolvimento da altura equivalente de água, do coeficiente de energia cinética e da energia específica residual. São ainda apresentados valores do expoente 1/N da expressão adimensional da distribuição de velocidades, quer para descarregadores com declive acentuado quer com declive moderado. Em conformidade com outros estudos centrados em escoamentos de parede e com derivações teóricas, para a região não arejada do escoamento em descarregadores em degraus de acentuado declive, observa-se que o factor de resistência depende da macro-rugosidade criada pelos degraus e da geometria da secção transversal e que o coeficiente n da fórmula de Manning aumenta com a rugosidade. A descrição estatística da turbulência do escoamento é igualmente explorada, contribuindo para o conhecimento da estrutura do escoamento. Observou-se que para números de Reynolds rugoso não superiores a 6.8x104 a energia cinética turbulência e a sua dissipação cumprem leis de semelhança. Estas expressões adimensionais estão de acordo com os resultados obtidos por outros autores para escoamentos completamente desenvolvidos em canais abertos e no escoamento em rios com leito de gravilha. Em acréscimo, a taxa de dissipação de energia, quer para descarregadores de declive acentuado quer de moderado declive, é baixa. Por último, observa-se que os valores da média temporal da concentração de ar entre 0 e 1 medidos na região não arejada do escoamento dizem respeito não só ao ar capturado entre ondas de água, na zona de ondulação da superfície livre, mas também ao ar emulsionado no escoamento, i.e., sob a forma de bolhas de ar, quando perto da secção média inicial de entrada de ar, devido à diferença entre localizações instantânea e média temporal. Foram revistas metodologias e fórmulas para estimar a localização da secção inicial de entrada de ar e apresentadas expressões para estimar a concentração média de ar e a altura equivalente de água nessa secção. Relativamente à região de escoamento arejado em descarregadores em degraus com declive acentuado, os resultados experimentais apresentados nesta dissertação permitiram estimar a influência da definição da superfície livre nos parâmetros hidráulicos da região do escoamento arejado e estimar a máxima elevação do escoamento nesta região do escoamento. Com base nos resultados experimentais obtidos na bacia de dissipação de energia do tipo III do USBR localizada a jusante do descarregador em degraus da instalação A, observou-se que os perfis da altura piezométrica e da altura do escoamento tendem a seguir o perfil recomendado pelo USBR para bacias tipo III. A excepção ocorre à entrada da bacia, onde as alturas piezométricas apresentadas nesta dissertação excedem largamente as apresentadas pelo USBR. É ainda observado que, tal como entre as bacias tipo I e tipo III do USBR, o ressalto hidráulico estabiliza muito mais rapidamente numa bacia tipo III a jusante de um descarregador em degraus do que uma bacia tipo I a jusante do mesmo descarregador em degraus. Finalmente, observa-se que os blocos de amortecimento a colocar no descarregador não têm influência visível nos resultados da altura piezométrica nem da altura do escoamento ao longo da bacia. Relativamente às simulações numéricas do escoamento não arejado, a proximidade entre resultados experimentais e numéricos permite validar o modelo teórico e a integração numérica usados no FLOW-3D®. As simulações desenvolvidas também mostraram que o modelo de turbulência k- permite representar as características do escoamento não arejado em descarregadores em degraus, uma vez que não foram observadas diferenças significativas entre as simulações com este modelo e com o modelo RNG k-. Finalmente, observou-se que o modelo de entrada de ar usado no FLOW-3D® é válido para estimar a localização da secção inicial de entrada de ar. Por último, a proximidade entre os resultados obtidos da aplicação do modelo teórico desenvolvido no âmbito desta dissertação e os resultados experimentais indica que as hipóteses e simplificações consideradas no desenvolvimento do modelo são adequadas.

Do grafema ao gesto : contributos linguísticos para um sistema de síntese de base articulatória

Motivados pelo propósito central de contribuir para a construção, a longo prazo, de um sistema completo de conversão de texto para fala, baseado em síntese articulatória, desenvolvemos um modelo linguístico para o português europeu (PE), com base no sistema TADA (TAsk Dynamic Application), que visou a obtenção automática da trajectória dos articuladores a partir do texto de entrada. A concretização deste objectivo ditou o desenvolvimento de um conjunto de tarefas, nomeadamente 1) a implementação e avaliação de dois sistemas de silabificação automática e de transcrição fonética, tendo em vista a transformação do texto de entrada num formato adequado ao TADA; 2) a criação de um dicionário gestual para os sons do PE, de modo a que cada fone obtido à saída do conversor grafema-fone pudesse ter correspondência com um conjunto de gestos articulatórios adaptados para o PE; 3) a análise do fenómeno da nasalidade à luz dos princípios dinâmicos da Fonologia Articulatória (FA), com base num estudo articulatório e perceptivo. Os dois algoritmos de silabificação automática implementados e testados fizeram apelo a conhecimentos de natureza fonológica sobre a estrutura da sílaba, sendo o primeiro baseado em transdutores de estados finitos e o segundo uma implementação fiel das propostas de Mateus & d'Andrade (2000). O desempenho destes algoritmos – sobretudo do segundo – mostrou-se similar ao de outros sistemas com as mesmas potencialidades. Quanto à conversão grafema-fone, seguimos uma metodologia baseada em regras de reescrita combinada com uma técnica de aprendizagem automática. Os resultados da avaliação deste sistema motivaram a exploração posterior de outros métodos automáticos, procurando também avaliar o impacto da integração de informação silábica nos sistemas. A descrição dinâmica dos sons do PE, ancorada nos princípios teóricos e metodológicos da FA, baseou-se essencialmente na análise de dados de ressonância magnética, a partir dos quais foram realizadas todas as medições, com vista à obtenção de parâmetros articulatórios quantitativos. Foi tentada uma primeira validação das várias configurações gestuais propostas, através de um pequeno teste perceptual, que permitiu identificar os principais problemas subjacentes à proposta gestual. Este trabalho propiciou, pela primeira vez para o PE, o desenvolvimento de um primeiro sistema de conversão de texto para fala, de base articulatória. A descrição dinâmica das vogais nasais contou, quer com os dados de ressonância magnética, para caracterização dos gestos orais, quer com os dados obtidos através de articulografia electromagnética (EMA), para estudo da dinâmica do velo e da sua relação com os restantes articuladores. Para além disso, foi efectuado um teste perceptivo, usando o TADA e o SAPWindows, para avaliar a sensibilidade dos ouvintes portugueses às variações na altura do velo e alterações na coordenação intergestual. Este estudo serviu de base a uma interpretação abstracta (em termos gestuais) das vogais nasais do PE e permitiu também esclarecer aspectos cruciais relacionados com a sua produção e percepção.

Multilayered non-invasive temperature estimation from backscattered ultrasound

Roughly one in four breast cancer survivors report some degree of arm oedema. Lymphoedema is a build-up of excess lymph fluids in the tissues. Persistent lymphoedema leads to pain, diminished limb function, increased risk of infection, soft tissue fibrosis, and severe cases can be grossly disfiguring. From a mechanics perspective, the lymphoedemous tissue may be thought of as a two phase composite, consisting of both fluid and solid phases. Here we discuss the use of composites mixture theory to model the mechanics of lymphoedemous tissues. By treating the tissue as a fluid-solid composite, rules-of-mixtures may be used to estimate the effective moduli in terms of the properties of the individual components and their respective volume fractions in these two states.