Evaluation of thermal radiation dependent performance of GaSb thermophotovoltaic cell based on an analytical absorption coefficient model

Applying the model dielectric function method, we have expressed the absorption coefficient of GaSb analytically at room temperature relating to the contribution of various critical points of its electronic band structure. The calculated absorption spectrum shows good agreement with the reported experimental data obtained by spectral ellipsometry on nominally undoped sample. Based on this analytical absorption spectrum, we have qualitatively evaluated the response of active absorbing layer structure and its photoelectric conversion properties of GaSb thermophotovoltaic device on the perturbation of external thermal radiation induced by the varying radiator temperature or emissivity. Our calculation has demonstrated that desirable thickness to achieve the maximum conversion efficiency should be decreased with the increment of radiator temperature and the performance degradation brought by any structure deviation from its optimal one would be stronger meanwhile. For the popular radiator temperature, no more than 1500 K in a real solar thermophotovoltaic system, and typical doping profile in GaSb cell, a reasonable absorbing layer structure parameter should be controlled within 100-300 nm for the emitter while 3000-5000 nm for the base.

Contrastive study of two SESAMs for passive mode-locking in Nd:YVC>4 laser with low pump power

Two semiconductor saturable absorber mirrors (SESAMs), of which one is coated with 50% reflection film on the top and the other is not, were contrastively studied in passively mode-locked solid-state lasers which were pumped by low output power laser diode (LD). Experiments have shown that reducing the modulation depth of SESAM by coating partial reflection film, whose reflectivity is higher than that between SESAM and air interface, is an effective method to get continuous wave (CW) mode-locking instead of Q-switched mode-locking (QML) in low power pumped solid-state lasers. A simple Nd:YVO4 laser pumped by low power LD, in which no water-cooling system was used, could obtain CW mode-locking by the 50% reflector coated SESAM with average output power of ~ 20 mW

电离层行进式扰动的GPS台网监测研究

In this dissertation, we investigated two types of traveling ionospheric disturbances (TIDs)/gravity waves (GWs) triggered separately by auroral energy input during super geomagnetic storms and solar terminator (ST) under quiet geomagnetic conditions (kp<3+) using TEC measurements from the global network of GPS receivers. Research into the generation and propagation of TIDs/GWs during storms greatly enhance our understandings on the evolution processes of energy transportation from the high-latitude’s magnetosphere to the low-latitude ionosphere and the conjugated effect of TIDs propagation between the northern and southern hemispheres. Our results revealed that the conjugacy of propagation direction between the northern and southern hemispheres was subject to the influence of Coriolis force. We also figure out the evolution processes of ionospheric disturbances at the global scale. These are important topics that had not been well addressed previously. In addition, we also obtained thee wave structures of medium scale TIDs excited by the solar terminator (ST) moving over the northern America and physical mechanisms involved. Our observations confirm that the ST is a stable and repetitive source of ionospheric wave disturbances and the evidence of solar terminator generated disturbances has been demonstrated experimentally via the GPS TEC measurement. The main researches and results of this dissertation are as follows. First, the global traveling ionospheric disturbances (TIDs) during the drastic magnetic storms of October 29–31, 2003 were analyzed using the Global Position System (GPS) total electron content (TEC) data observed in the Asian-Australian, European and North American sectors. We collected the most comprehensive set of the TEC data from more than 900 GPS stations on the International GNSS Services (IGS) website and introduce here a strategy that combines polynomial fitting and multi-channel maximum entropy spectral analysis to obtain TID parameters. Moreover, in collaboration with my thesis advisor, I have developed an imaging technique of 2-dimensional map of TIDs structures to obtain spatial and temporal maps of large scale traveling ionospheric disturbances (LSTIDs). The clear structures of TEC perturbations map during the passage of TIDs were displayed. The results of our study are summarized as follows: (1) Large-scale TIDs (LSTIDs) and medium-scale TIDs (MSTIDs) were detected in all three sectors after the sudden commencement (SC) of the magnetic storm, and their features showed longitudinal and latitudinal dependences. The duration of TIDs was longer at higher latitudes than at middle latitudes, with a maximum of about 16 h. The TEC variation amplitude of LSTIDs was larger in the North American sector than in the two other sectors. At the lower latitudes, the ionospheric perturbations were more complicated, and their duration and amplitude were relatively longer and larger. (2) The periods and phase speeds of TIDs were different in these three sectors. In Europe, the TIDs propagated southward; in North America and Asia, the TIDs propagated southwestward; in the near-equator region, the disturbances propagated with the azimuth (the angle of the propagation direction of the LSTIDs measured clockwise from due north with 0°) of 210° showing the influence of Coriolis force; in the Southern Hemisphere, the LSTIDs propagated conjugatedly northwestward. Both the southwestward and northeastward propagating LSTIDs are found in the equatorial region. These results mean that the Coriolis effect cannot be ignored for the wave propagation of LSTIDs and that the propagation direction is correlated with the polar magnetic activity. (3) The day (day of year: 301) before the SC (sudden commencement) of magnetic storm, we observed a sudden TEC skip disturbances (±10 TECU). It should be a response for the high flux of proton during the solar flare event, but not the magnetic storms. Next, the most comprehensive and dense GPS network’s data from North-America region were used in this paper to analyze the medium scale traveling ionospheric disturbances (MSTIDs) which were generated by the moving solar terminator during the quiet days in 2005. We applied the multi-channel maximum entropy spectral analysis to calculated TID parameters, and found that the occurrence of ST-MSTIDs depends on the seasonal variations. The results of our study are summarized as follows: (1) MSTIDs stimulated by the moving ST (ST-MSTIDs) are detected at mid-latitudes after the passage of the solar terminator with the life time of 2～3 hours and the variation amplitude of 0.2～0.8 TECU. Spectral analysis indicated that the horizontal wavelength, average period, horizontal phase velocity of the MSTIDs are around 300±150 km，150±80 m/s and 25±15 min, respectively. In addition, ST-MSTIDs have wave fronts elongating the moving ST direction and almost parallel to ST. (2) The statistical results demonstrate that the dusk MSTIDs stimulated by ST is more obvious than the dawn MSTIDs in summer. On the contrary, the more-pronounced dawn MSTIDs occurs in winter. (3) Further analysis indicates that the seasonal variations of ST-MSTIDs occurrence frequency are most probably related to the seasonal differences of the variations of EUV flux in the ionosphere region and recombination process during sunrise and sunset period at mid-latitudes. Statistical study of occurrence characteristics of TIDs using the GPS network in North-American and European during solar maximum, In conclusion, statistical studies of the propagation characteristics of TIDs, which excited by the two common origins including geomagnetic storms and moving solar terminator, were involved with global GPS TEC databasein this thesis. We employed the multichannel maximum entropy spectral analysis method to diagnose the characteristics of propagation and evolvement of ionospheric disturbances, also, the characteristics of their regional distribution and climatological variations were revealed by the statistic analysis. The results of these studies can improve our knowledge about the energy transfer in the solar-terrestrial system and the coupling process between upper and lower atmosphere (thermosphere-ionosphere-mesosphere). On the other hand, our results of the investigation on TIDs generated by particular linear origin such as ST are important for developing ionospheric irregularity physics and modeling the transionosphere radio wave propagation. Besides, the GPS TEC representation of the ST-generated ionospheric structure suggests a better possibility for investigating this phenomenon. Subsequently, there are scientific meaning of the result of this dissertation to deeply discuss the energy transfer and coupling in the ionosphere, as well as realistic value to space weather forecast in the ionosphere region.

HTS Motors in Aircraft Propulsion: Design Considerations

Current high temperature superconducting (HTS) wires exhibit high current densities enabling their use in electrical rotating machinery. The possibility of designing high power density superconducting motors operating at reasonable temperatures allows for new applications in mobile systems in which size and weight represent key design parameters. Thus, all-electric aircrafts represent a promising application for HTS motors. The design of such a complex system as an aircraft consists of a multi-variable optimization that requires computer models and advanced design procedures. This paper presents a specific sizing model of superconducting propulsion motors to be used in aircraft design. The model also takes into account the cooling system. The requirements for this application are presented in terms of power and dynamics as well as a load profile corresponding to a typical mission. We discuss the design implications of using a superconducting motor on an aircraft as well as the integration of the electrical propulsion in the aircraft, and the scaling laws derived from physics-based modeling of HTS motors.

Design of a Virtual Reality Framework for Maintainability and assemblability test of complex systems

This paper presents a unique environment whose features are able to satisfy requirements for both virtual maintenance and virtual manufacturing through the conception of original virtual reality (VR) architecture. Virtual Reality for the Maintainability and Assemblability Tests (VR_MATE) encompasses VR hardware and software and a simulation manager which allows customisation of the architecture itself as well as interfacing with a wide range of devices employed in the simulations. Two case studies are presented to illustrate VR_MATE's unique ability to allow for both maintainability tests and assembly analysis of an aircraft carriage and a railway coach cooling system respectively. The key impact of this research is the demonstration of the potentialities of using VR techniques in industry and its multiple applications despite the subjective character within the simulation. VR_MATE has been presented as a framework to support the strategic and operative objectives of companies to reduce product development time and costs whilst maintaining product quality for applications which would be too expensive to simulate and evaluate in the real world.

Geothermal Heat Pumps

If you're planning to build a new house or replace your heating and cooling system, you may want to consider a geothermal heat pump system. A GHP system can be installed in virtually any area of the country and will save energy and money. This gives tips on how to save money on heat pumps.

Projeto de AVAC e classificação energética de uma cafetaria

Trabalho Final de mestrado para obtenção do grau de Mestre em Engenharia Civil

Estudo comparativo de sistemas em aquecimento

Trabalho Final de Mestrado para obtenção do grau de Mestre em Engenharia Mecânica

Impacto da influência do ar novo na climatização de edifícios

Este trabalho surgiu do âmbito da Tese de Dissertação do Mestrado em Energias Sustentáveis do Instituto Superior de Engenharia do Porto, tendo o acompanhamento dos orientadores da empresa Laboratório Ecotermolab do Instituto de Soldadura e Qualidade e do Instituto Superior de Engenharia do Porto, de forma a garantir a linha traçada indo de acordo aos objectivos propostos. A presente tese abordou o estudo do impacto da influência do ar novo na climatização de edifícios, tendo como base de apoio à análise a simulação dinâmica do edifício em condições reais num programa adequado, acreditado pela norma ASHRAE 140-2004. Este trabalho pretendeu evidenciar qual o impacto da influência do ar novo na climatização de um edifício com a conjugação de vários factores, tais como, ocupação, actividades e padrões de utilização (horários), iluminação e equipamentos, estudando ainda a possibilidade do sistema funcionar em regime de “Free-Cooling”. O princípio partiu fundamentalmente por determinar até que ponto se pode climatizar recorrendo único e exclusivamente à introdução de ar novo em regime de “Free-Cooling”, através de um sistema tudo-ar de Volume de Ar Variável - VAV, sem o apoio de qualquer outro sistema de climatização auxiliar localizado no espaço, respeitando os caudais mínimos impostos pelo RSECE (Decreto-Lei 79/2006). Numa primeira fase foram identificados todos os dados relativos à determinação das cargas térmicas do edifício, tendo em conta todos os factores e contributos alusivos ao valor da carga térmica, tais como a transmissão de calor e seus constituintes, a iluminação, a ventilação, o uso de equipamentos e os níveis de ocupação. Consequentemente foram elaboradas diversas simulações dinâmicas com o recurso ao programa EnergyPlus integrado no DesignBuilder, conjugando variáveis desde as envolventes à própria arquitectura, perfis de utilização ocupacional, equipamentos e taxas de renovação de ar nos diferentes espaços do edifício em estudo. Obtiveram-se vários modelos de forma a promover um estudo comparativo e aprofundado que permitisse determinar o impacto do ar novo na climatização do edifício, perspectivando a capacidade funcional do sistema funcionar em regime de “Free-Cooling”. Deste modo, a análise e comparação dos dados obtidos permitiram chegar às seguintes conclusões: Tendo em consideração que para necessidades de arrefecimento bastante elevadas, o “Free-Cooling” diurno revelou-se pouco eficaz ou quase nulo, para o tipo de clima verificado em Portugal, pois o diferencial de temperatura existente entre o exterior e o interior não é suficiente de modo a tornar possível a remoção das cargas de forma a baixar a temperatura interior para o intervalo de conforto. Em relação ao “Free-Cooling” em horário nocturno ou pós-laboral, este revelou-se bem mais eficiente. Obtiveram-se prestações muito interessantes sobretudo durante as estações de aquecimento e meia-estação, tendo em consideração o facto de existir necessidades de arrefecimento mesmo durante a estação de aquecimento. Referente à ventilação nocturna, isto é, em períodos de madrugada e fecho do edifício, concluiu-se que tal contribui para um abaixamento do calor acumulado durante o dia nos materiais construtivos do edifício e que é libertado ou restituído posteriormente para os espaços em períodos mais tardios. De entre as seguintes variáveis, aumento de caudal de ar novo insuflado e o diferencial de temperatura existente entre o ar exterior e interior, ficou demonstrado que este último teria maior peso contributivo na remoção do calor. Por fim, é ponto assente que de um modo geral, um sistema de climatização será sempre indispensável devido a cargas internas elevadas, requisitos interiores de temperatura e humidade, sendo no entanto aconselhado o “Free- Cooling” como um opção viável a incorporar na solução de climatização, de forma a promover o arrefecimento natural, a redução do consumo energético e a introdução activa de ar novo.

Otimização Energética do Sistema de Refrigeração da máquina de impregnar ZELL

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.

Projecto de molde para peça para a indústria automóvel

A realização deste trabalho teve por base uma solicitação por parte de uma empresa dedicada ao projecto e fabrico de moldes, assim como à injecção de plásticos, no sentido de projectar um molde para a injecção de uma peça em plástico (PP-Polipropileno +20% ) para a indústria automóvel, segundo os requisitos de qualidade exigidos pelo cliente Assim, atendendo a esses requisitos, foi planeado e elaborado o projecto do respectivo molde para a injecção, tendo em consideração todos os factores que contribuem de forma activa para a obtenção das peças desejadas, com a qualidade exigida e com o tempo de vida desejado para o molde. Tendo início na definição das cavidades e movimentos do molde, passando pela selecção dos materiais mais adequados a cada um dos componentes do molde, selecção de componentes normalizados para o molde, simulação do enchimento e necessidades de arrefecimento, até à execução do molde e análise de possíveis não conformidades nas peças nele injectadas, o trabalho acompanhou todo o processo de criação do molde, desde a recepção das especificações emanadas pelo cliente, até ao teste e realização das correcções finais. Constatou-se que o molde, após ligeiras afinações finais, cumpriu com os objectivos inicialmente traçados, permitindo a obtenção de peças com o formato e qualidade exigidas pelo cliente final.

Affectation de composantes basée sur des contraintes énergétiques dans une architecture multiprocesseurs en trois dimensions

La lithographie et la loi de Moore ont permis des avancées extraordinaires dans la fabrication des circuits intégrés. De nos jours, plusieurs systèmes très complexes peuvent être embarqués sur la même puce électronique. Les contraintes de développement de ces systèmes sont tellement grandes qu’une bonne planification dès le début de leur cycle de développement est incontournable. Ainsi, la planification de la gestion énergétique au début du cycle de développement est devenue une phase importante dans la conception de ces systèmes. Pendant plusieurs années, l’idée était de réduire la consommation énergétique en ajoutant un mécanisme physique une fois le circuit créé, comme par exemple un dissipateur de chaleur. La stratégie actuelle est d’intégrer les contraintes énergétiques dès les premières phases de la conception des circuits. Il est donc essentiel de bien connaître la dissipation d’énergie avant l’intégration des composantes dans une architecture d’un système multiprocesseurs de façon à ce que chaque composante puisse fonctionner efficacement dans les limites de ses contraintes thermiques. Lorsqu’une composante fonctionne, elle consomme de l’énergie électrique qui est transformée en dégagement de chaleur. Le but de ce mémoire est de trouver une affectation efficace des composantes dans une architecture de multiprocesseurs en trois dimensions en tenant compte des limites des facteurs thermiques de ce système.

Villasystem för solvärme

Del 1:Innehållsförteckning och korta sammanfattningarDEL 2:Verksamhetsberättelsen för perioden maj 1992 till april 1993 beskriver de arbeten som har gjorts av villasolvärmegruppen på SERC efter den inledande studie (SERC/UCFB-91/0039), där villasolvärmesystem kartlades. Följande arbeten beskrivs:- Utveckling av lågflödessystem och internationella kontakter- Uppbyggnad av värmelaboratorium på SERC- Praktiska test av värmelagringsenheten- Praktiska test av nya systemkomponenter i solvärmekretsen- Datasimulering inkluderande nyutvecklade systemkomponenterI verksamhetsplanen beskrivs huvudmålet för de arbeten som ska utföras under trårsperioden 93 - 96. Mera detaljerat beskrivs de arbeten som ska utföras under budgetåret 1993/94:- Beräkningsprogram för nogrannare dimensionering av finrörsvärmeväxlare- Konstruktion av maskiner för värmeväxlartillverkning- Utveckling av värmeväxlare för tappvarmvatten- Simuleringsberäkningar för hela systemet med PRESIM/TRNSYS.DEL 3:Del 3 innehåller en redovisning av mätresultat för den undersökta kombitanken. Temperaturförloppen på olika höjd i tankens har studerats vid uppvärmning genom solvärmeväxlaren och nedkylning genom tappning av varmvatten. Resultaten diskuteras kvalitativt och redovisas kvantitativt i form av diagram. Mätresultaten på två prototyper av den på SERC utvecklade finrörsvärmeväxlaren redovisas och diskuteras i jämförelse till traditionell värmeväxlare. De erhållna mätresultaten används som ingångsvärden för simuleringsberäkningar med PRESIM/TRNSYS. Problemen med de i PRESIM/TRNSYS befintliga modellerna diskuteras. De utförda modellberäkningarna tillåter en uppskattning av möjliga förbättringar i form av höjd årsverkningsgrad för ett svenskt villasolvärmesystem med kombitank. I del 3 redovisas dessutom de mätningar som har utförts på otika pumpar vilka skulle kunna användas i solfångarkretsen. Sex olika pumpar analyseras och diskuteras. Del 3 har följande rubriker:- Beskrivning av den undersökta lagringstanken- Mätningar på tappvarmvattenväxlare- Mätningar på solvärmeväxlare (kamflänsrör och finrörsvärmeväxlare)- Simuleringsberäkningar- PumpmätningarDEL 4:Del 4 innehåller publicerade rapporter under 1992 och 93 samt patentansökan för SERC?s finrörsvärmeväxlare: - NORTH SUN 1992, Solar Energy at High Latitudes, June 24-26 1992 Trondheim, Norway. Domestic solar heating system - a systematic study i progress Patentansökan på finrorsvärmeväxlare till Patent- och Registreringsverket från 93 01 23. ISES SOLAR WORLD CONGRESS, 23-27 augusti 1993, Budapest, HUNGARY Criteria for cost efficient small scale solar hot water installations.DEL 5:Del 5 hänvisar till rapporterna från IEA Task-1 4 mötena om solfångarsystem i- Hameln, Tyskland, augusti 1992 och- Rom, Italien, januari 1993.I rapporterna beskrivs aktiviteten inom den internationella arbetsgruppen speciellt med hänsyn på utveckling av villasolvärmesystem. I Rom presenterades principlösningen för den på SERC utvecklade finrörsvärmeväxlare. De har publicerats separat som nr 42 och 46 i SERCs rapportserie.

Replacing Finned Copper withCorrugated Stainless Steel, forthe Heat Exchangers of a SolarCombisystem Store : Performance and EconomicEvaluation

The importance of investigating cost reduction in materials and components for solar thermal systems is crucial at the present time. This work focuses on the influence of two different heat exchangers on the performance of a solar thermal system. Both heat exchangers studied are immersed helically coiled, one made with corrugated stainless steel tube, and the other made with finned copper tube with smooth inner surface.A test apparatus has been designed and a simple test procedure applied in order to study heat transfer characteristics and pressure drop of both coils. Thereafter, the resulting experimental data was used to perform a parameter identification of the heat exchangers, in order to obtain a TRNSYS model with its corresponding numerical expression. Also a representative small-scale combisystem model was designed in TRNSYS, in order to study the influence of both heat exchangers on the solar fraction of the system, when working at different flow rates.It has been found that the highest solar fraction is given by the corrugated stainless steel coil, when it works at the lowest flow rate (100 l/hr). For any higher flow rate, the studied copper coil presents a higher solar fraction. The advantageous low flow performance of stainless steel heat exchanger turns out to be beneficial for the particular case of solar thermal systems, where it is well known that low flow collector loops lead to enhanced store stratification, and consequently higher solar fractions.Finally, an optimization of the stainless steel heat exchanger length is carried out, according to economic figures. For the given combisystem model and boundary conditions, the optimum length value is found between 10 and 12 m.