Identification of Dynamics of Surface Suction Over an Airfoil at Low Reynolds Numbers

This paper deals with identification of dynamics in suction control of airfoils for low Reynolds number regimes (8 x 10^4 - 5 x 10^5). In particular, the dynamics of interest is the map that relates suction pressure and surface pressure. Identification of such dynamics is of use to a variety of active control applications including suction control in small/medium wind turbines which operate in these Reynolds number regimes. Prior research has largely focused on higher Reynolds number regimes, creating a need for such a study. Towards identifying the said dynamic relations, experiments were conducted on NACA0012 airfoil in a wind tunnel. The dynamic relation between suction and surface pressure was identified as an overdamped second order system.

Element-Free Galerkin Modelling of Crack Migration in Composite Laminates

The development of a virtual testing environment, as a cost-effective industrial design tool in the design and analysis of composite structures, requires the need to create models efficiently, as well as accelerate the analysis by reducing the number of degrees of freedom, while still satisfying the need for accurately tracking the evolution of a debond, delamination or crack front. The eventual aim is to simulate both damage initiation and propagation in components with realistic geometrical features, where crack propagation paths are not trivial. Meshless approaches, and the Element-Free Galerkin (EFG) method, are particularly suitable for problems involving changes in topology and have been successfully applied to simulate damage in homogeneous materials and concrete. In this work, the method is utilized to model initiation and mixed-mode propagation of cracks in composite laminates, and to simulate experimentally-observed crack migration which is difficult to model using standard finite element analysis. N

Improving composite damage modelling through automatic placement of cohesive elements

Numerous experimental studies of damage in composite laminates have shown that intralaminar (in-plane) matrix cracks lead to interlaminar delamination (out-of-plane) at ply interfaces. The smearing of in-plane cracks over a volume, as a consequence of the use of continuum damage mechanics, does not always effectively capture the full extent of the interaction between the two failure mechanisms. A more accurate representation is obtained by adopting a discrete crack approach via the use of cohesive elements, for both in-plane and out-of-plane damage. The difficulty with cohesive elements is that their location must be determined a priori in order to generate the model; while ideally the position of the crack migration, and more generally the propagation path, should be obtained as part of the problem’s solution. With the aim of enhancing current modelling capabilities with truly predictive capabilities, a concept of automatic insertion of interface elements is utilized. The consideration of a simple traction criterion in relation to material strength, evaluated at each node of the model (or of the regions of the model where it is estimated cracks might form), allows for the determination of initial crack location and subsequent propagation by the insertion of cohesive elements during the course of the analysis. Several experimental results are modelled using the commercial package ABAQUS/Standard with an automatic insertion subroutine developed in this work, and the results are presented to demonstrate the capabilities of this technique.

The Reliability of the Arc-Length Method in the Analysis of Mode-Jumping Problems

The Arc-Length Method is a solution procedure that enables a generic non-linear problem to pass limit points. Some examples are provided of mode-jumping problems solutions using a commercial nite element package, and other investigations are carried out on a simple structure of which the numerical solution can be compared with an analytical one. It is shown that Arc-Length Method is not reliable when bifurcations are present in the primary equilibrium path; also the presence of very sharp snap-backs or special boundary conditions may cause convergence diÆculty at limit points. An improvement to the predictor used in the incremental procedure is suggested, together with a reliable criteria for selecting either solution of the quadratic arc-length constraint. The gap that is sometimes observed between the experimantal load level of mode-jumping and its arc-length prediction is explained through an example.

Transition Between Open and Closed Wake in 3D Linear Aerospike Nozzles

Linear aerospike nozzles are envisaged as a possible device able to improve launcher engine performance. One of the most interesting properties of these nozzles is the possibility of a good integration with the vehicle. Tb improve the knowledge of the flow-field and performance of aerospike nozzles, they are studied numerically, with particular attention to the differences between the basic two-dimensional nozzle, usually considered in the design phase, and the more realistic three-dimensional nozzle. The study considers different plug lengths and ambient pressures to assess the role of the linear plug side truncation on the base pressure behavior. Numerical tests are carried out at supersonic flight Mach number. Copyright © 2005 by M. Geron and R. Paciorri.F. Nasuti, F. Sabetta, E. Martelli.

A Review of Numerical Modelling of Wave Energy Converter Arrays

Large-scale commercial exploitation of wave energy is certain to require the deployment of wave energy converters (WECs) in arrays, creating ‘WEC farms’. An understanding of the hydrodynamic interactions in such arrays is essential for determining optimum layouts of WECs, as well as calculating the area of ocean that the farms will require. It is equally important to consider the potential impact of wave farms on the local and distal wave climates and coastal processes; a poor understanding of the resulting environmental impact may hamper progress, as it would make planning consents more difficult to obtain. It is therefore clear that an understanding the interactions between WECs within a farm is vital for the continued development of the wave energy industry.To support WEC farm design, a range of different numerical models have been developed, with both wave phase-resolving and wave phase-averaging models now available. Phase-resolving methods are primarily based on potential flow models and include semi-analytical techniques, boundary element methods and methods involving the mild-slope equations. Phase-averaging methods are all based around spectral wave models, with supra-grid and sub-grid wave farm models available as alternative implementations.The aims, underlying principles, strengths, weaknesses and obtained results of the main numerical methods currently used for modelling wave energy converter arrays are described in this paper, using a common framework. This allows a qualitative comparative analysis of the different methods to be performed at the end of the paper. This includes consideration of the conditions under which the models may be applied, the output of the models and the relationship between array size and computational effort. Guidance for developers is also presented on the most suitable numerical method to use for given aspects of WEC farm design. For instance, certain models are more suitable for studying near-field effects, whilst others are preferable for investigating far-field effects of the WEC farms. Furthermore, the analysis presented in this paper identifies areas in which the numerical modelling of WEC arrays is relatively weak and thus highlights those in which future developments are required.

Análise de Integridade Estrutural de uma Flare Industrial

Para garantir que um equipamento opere com segurança e fiabilidade durante o seu ciclo de vida, desde a sua instalação ao desmantelamento, devem ser realizadas inspeções e/ou monitorizações que, dependendo dos dados recolhidos, podem implicar avaliações Fitness- For-Service (FFS) que definirão a necessidade de reparação ou alteração do equipamento ou das condições processuais. A combinação de inspeção ou monitorização com os melhores procedimentos e técnicas de avaliação atuais fazem sobressair insuficiências dos procedimentos mais antigos. Usando métodos mais avançados de avaliação, validados e suportados através de uma vasta experiência de campo, pode-se agora avaliar defeitos nos ativos (equipamentos) e determinar a adequação ao serviço com uma análise FFS. As análises FFS tornaram-se cada vez mais aceites em toda a indústria ao longo dos últimos anos. A norma API 579 - 1/ASME FFS-1: 2007 fornece diretrizes para avaliar os tipos de danos que afetam os equipamentos processuais e a norma API RP 571: 2011 descreve os mecanismos de degradação que afetam os equipamentos nas petroquímicas e refinarias, que incluem os danos por corrosão, desalinhamentos, deformações plásticas, laminações, fissuras, entre outros. Este trabalho consiste na análise de Integridade Estrutural de uma Flare Industrial que surgiu da necessidade real de análise do equipamento no âmbito da atividade profissional do candidato. O estudo realizado a nível profissional é de grande abrangência, incluindo a inspeção do equipamento, identificação da falha ou dano, recolha e registo de dados, definição de estratégia de atuação e seleção de técnicas de avaliação da condição para posterior alteração, reparação ou desmantelamento. Na presente dissertação de mestrado em Engenharia Mecânica, Ramo Construções Mecânicas, pretende-se efetuar o estudo aprofundado de uma das etapas de projeto, nomeadamente estudar a causa, avaliar a falha e implicações estruturais ou processuais devido à degradação interior do riser de uma flare, com base numa análise FFS, assumindo a operabilidade em segurança e garantindo resolutas condições de funcionamento. A presente análise FFS tem como finalidade validar ou não a integridade atual (avaliação técnica quantitativa) de modo a conhecer se o item em questão é seguro e confiável para continuar a operar em condições específicas durante um período de tempo determinado, tendo em consideração as condições verificadas no ato de inspeção e especificações de projeto, segundo os itens de verificação de segurança estabelecidos na norma EN 1990:2002/A1:2005/AC:2010 e com base na norma API 579-1/ASME FFS-1: 2007. No âmbito do presente trabalho foram realizadas as seguintes tarefas: - Identificar e analisar os mecanismos de degradação com base na norma API RP 571: 2011, face às condições processuais e geométricas que o equipamento em análise está sujeito de modo a perceber a evolução da degradação estrutural e quais as implicações na sua longevidade. - Avaliar e propor soluções de reparação e ou alterações processuais e ou geométricas do equipamento em análise de modo a permitir a continuidade em funcionamento sem afetar as condições de segurança e por conseguinte minimizar ou evitar o elevado custo económico associado a um novo equipamento e tempo de paragem processual. - Assumir limites estruturais face às condições processuais e ações externas ou adjacentes. - Garantir a segurança e qualidade da vida humana ou meio que o rodeia, do equipamento, das instalações, das infraestruturas envolventes e evitar o colapso económico, quer por motivos processuais, quer indeminizações ou agravamento do prémio do seguro. Verificou-se que os resultados serão a base para as alterações inerentes, tais como reforço estrutural, alteração da geometria do defletor, ajuste no tensionamento dos cabos e controlo da espessura mínima, de modo a alargar o período de vida útil da flare com segurança.

Projeto de uma unidade de produção de biodiesel num reator ultrassónico pela via supercrítica

A concretização deste estágio na INCBIO teve como principal objetivo o projeto e dimensionamento de uma unidade de produção de biodiesel por transesterificação nãocatalítica num reator ultrassónico com condições supercríticas de pressão e temperatura. Com vista à concretização do trabalho, iniciou-se a realização do estudo do estado da arte relativo à produção de biodiesel, com particular enfoque na produção de biodiesel por via catalítica e por via supercrítica e na produção de biodiesel com uso de tecnologia ultrassónica. Conclui-se que nenhum estudo contempla a combinação simultânea da produção de biodiesel por via supercrítica através da tecnologia ultrassónica. Este estudo do estado da arte permitiu ainda definir as condições de temperatura, pressão e rácio mássico (250 °C, 95 bar e 1:1 respetivamente) a considerar no projeto da unidade de produção de biodiesel deste trabalho. Com base no estudo do estado da arte efetuado e com base nas características da matéria procedeu-se à definição do processo de produção de biodiesel. Para a definição do processo começou-se por elaborar o diagrama de blocos do processo (BFD) e o diagrama de fluxo do processo (PFD). Com base nos diagramas e na composição da matéria-prima, procedeu-se à quantificação dos reagentes (metanol) com base na estequiometria das reações envolvidas e ao cálculo do balanço de massa. O balanço de massa foi calculado com base na estequiometria das reações envolvidas e foi também calculado através do software de simulação ASPEN PLUS. Após o cálculo do balanço de massa elaborou-se o diagrama de tubulação e instrumentação (P&ID), que contém todos os equipamentos, válvulas, instrumentação e tubagens existentes na unidade. Após a definição do processo e cálculo do balanço de massa procedeu-se ao dimensionamento mecânico e cálculo hidráulico dos tanques, tubagem, bombas, permutador de calor, reator ultrassónico, válvulas de controlo e instrumentação de acordo com as normas ASME. Nesta fase do trabalho foram consultados diversos fornecedores possíveis para a compra de todo o material necessário. O dimensionamento mecânico e cálculo hidráulico efetuados permitiram, entre outras informações relevantes, obter as dimensões necessárias à construção do layout e à elaboração do desenho 3D. Com os resultados obtidos e desenhos elaborados, é possível avançar com a construção da unidade, pelo que pode-se inferir que o objetivo de projetar uma unidade de produção de biodiesel num reator ultrassónico com condições supercríticas foi alcançado. Por fim, efetuou-se uma análise económica detalhada que possibilita a comparação de uma unidade de produção de biodiesel por via catalítica (unidade de produção da INCBIO) com a unidade de produção de biodiesel num reator ultrassónico com condições supercríticas (unidade projetada neste trabalho). Por questões de confidencialidade, não foram revelados maior parte dos resultados da análise económica efetuada. No entanto, conclui-se que os custos de construção da unidade de produção de biodiesel num reator ultrassónico com condições supercríticas são mais baixos cerca de 35 a 40%, quando comparados com os custos de construção da unidade de produção de biodiesel por via catalítica, evidenciando assim que a combinação em simultâneo das condições supercríticas com a tecnologia ultrassónica possibilita a diminuição dos custos de produção.

Mass and size distribution measurement of particulates from a gas turbine combustor using modern mobility analyzer and particle sizer

SMPS and DMS500 analysers were used to measure particulate size distributions in the exhaust of a fully annular aero gas turbine engine at two operating conditions to compare and analyse sources of discrepancy. A number of different dilution ratio values were utilised for the comparative analysis, and a Dekati hot diluter operating at a temperature of 623°K was also utilised to remove volatile PM prior to measurements being made. Additional work focused on observing the effect of varying the sample line temperatures to ascertain the impact. Explanations are offered for most of the trends observed, although a new, repeatable event identified in the range from 417°K to 423°K – where there was a three order of magnitude increase in the nucleation mode of the sample – requires further study.

Web-based occupant feedback for building energy management systems using fuzzy logic

This paper describes the development and validation of a novel web-based interface for the gathering of feedback from building occupants about their environmental discomfort including signs of Sick Building Syndrome (SBS). The gathering of such feedback may enable better targeting of environmental discomfort down to the individual as well as the early detection and subsequently resolution by building services of more complex issues such as SBS. The occupant's discomfort is interpreted and converted to air-conditioning system set points using Fuzzy Logic. Experimental results from a multi-zone air-conditioning test rig have been included in this paper.

Proposal of an admittance enhanced redundant joint mechanism to improve backdrivability

This paper describes a proposed admittance enhanced redundant joint mechanism (AERJM) which allows greater flexibility in the design of robotic joints. First, the basic concept of a redundant joint mechanism that reduces joint inertia is explained. Second, the AERJM structure is discussed. AERJM consists of a redundancy introducing mechanism (RIM), the adjustable admittance mechanism (AAM) and an admittance enhancing actuator. The working principles of the AERJM concept are analysed. The design and a working prototype, consisting of a variable reduction mechanism, along with a spring and a damper with constant coefficients, are described.