Heat transfer inside internal combustion engine: modelling and comparison with experimental data

The paper is devoted to study specific aspects of heat transfer in the combustion chamber of compression ignited reciprocating internal combustion engines and possibility to directly measure the heat flux by means of Gradient Heat Flux Sensors (GHFS). A one – dimensional single zone model proposed by Kyung Tae Yun et al. and implemented with the aid of Matlab, was used to obtain approximate picture of heat flux behavior in the combustion chamber with relation to the crank angle. The model’s numerical output was compared to the experimental results. The experiment was accomplished by A. Mityakov at four stroke diesel engine Indenor XL4D. Local heat fluxes on the surface of cylinder head were measured with fast – response, high – sensitive GHFS. The comparison of numerical data with experimental results has revealed a small deviation in obtained heat flux values throughout the cycle and different behavior of heat flux curve after Top Dead Center.

Heat flux measurement inside internal combustion engine with gradient heat flux sensor.

This master’s thesis is devoted to study different heat flux measurement techniques such as differential temperature sensors, semi-infinite surface temperature methods, calorimetric sensors and gradient heat flux sensors. The possibility to use Gradient Heat Flux Sensors (GHFS) to measure heat flux in the combustion chamber of compression ignited reciprocating internal combustion engines was considered in more detail. A. Mityakov conducted an experiment, where Gradient Heat Flux Sensor was placed in four stroke diesel engine Indenor XL4D to measure heat flux in the combustion chamber. The results which were obtained from the experiment were compared with model’s numerical output. This model (a one – dimensional single zone model) was implemented with help of MathCAD and the result of this implementation is graph of heat flux in combustion chamber in relation to the crank angle. The values of heat flux throughout the cycle obtained with aid of heat flux sensor and theoretically were sufficiently similar, but not identical. Such deviation is rather common for this type of experiment.

Neoformação óssea e osteointegração de biomateriais micro e nanoestruturados em ovinos

A substituição de parte do tecido ósseo se faz necessária muitas vezes na rotina cirúrgica, seja em função de fraturas, neoplasias ósseas ou enfermidades ortopédicas que acarretem em perda óssea. Neste sentido, têm se buscado biomateriais capazes de promover esta substituição, evitando o uso de enxertos ou transplantes ósseos. O objetivo deste trabalho foi avaliar a capacidade osteoregenerativa de biomateriais em diferentes composições, em tíbias de ovinos. Foram utilizadas oito ovelhas mestiças texel, com 12 meses de idade e peso médio de 28,5±7,4kg. Após adequada preparação anestésica e cirúrgica, foram produzidos três defeitos ósseos na diáfise das tíbias em sua face medial, totalizando seis defeitos de 6mm cada, sendo que quatro foram preenchidos por biomateriais, e dois por fragmentos ósseos retirados do próprio animal (autocontrole). Os materiais implantados foram: hidroxiapatita (HA), tricálcio fosfato-β (TCP-β), hidroxiapatita/tricálcio fosfato-b 60/40 (HA/TCP-b 60/40) e o nanocompósito hidroxiapatita/alumina a 5% (HA/Al2O3 a 5%). Os animais foram alocados em dois grupos: Grupo 60 (n=04), em que os animais foram eutanasiados após 60 dias da colocação dos implantes e Grupo 90 (n=04), em que a eutanásia ocorreu 90 dias após a colocação dos implantes. Foram realizadas radiografias nos períodos pré-operatório, imediatamente após o procedimento e aos 30, 60 e 90 dias de pós-operatório, a fim de excluir qualquer alteração prévia ou complicação pós-operatória, capaz de comprometer o estudo. Após a eutanásia, foram coletadas as tíbias para avaliação macro e microscópica, por meio de microscopia eletrônica de varredura (MEV) e microscopia óptica. Os resultados encontrados mostraram uma boa capacidade de neoformação óssea e uma lenta absorção da HA. O TCP-β foi rapidamente absorvido e apresentou boa capacidade osteoindutiva e osteocondutiva, sendo observada neoformação óssea no interior dos grânulos deste biomaterial. O composto bifásico HA/TCP-β (60/40) apresentou o melhor resultado a longo prazo, devido ao melhor controle na solubilização e liberação dos íons cálcio e fosfatos para o meio biológico durante o processo de neoformação óssea. O biomaterial nanocompósito HA/Al2O3 a 5% não apresentou resultados promissores neste estudo, e sugerem-se novas pesquisas a fim de investigar melhor o potencial e aplicabilidade deste novo biomaterial. Conclui-se que a hidroxiapatita, o tricálcio fosfato-β e a associação HA/TCP-β (60/40) apresentam excelente capacidade de reparação óssea, podendo ser utilizados como substitutos ósseos; a associação HA/TCP-β (60/40) é o melhor dentre os biomateriais estudados, pois apresenta velocidade de absorção intermediária em relação à HA e ao TCP-β isolados, fornecendo ainda uma sustentação adequada ao tecido neoformado; o biomaterial HA/Al2O3 5% se mostrou incompatível, provocando reação de rejeição por parte do hospedeiro e com insignificante formação de tecido ósseo, sugerindo novas pesquisas acerca deste material.