Experiments and zero D modeling studies using specific Wiebe coefficients for producer gas as fuel in spark-ignited engines

The paper addresses experiments and modeling studies on the use of producer gas, a bio-derived low energy content fuel in a spark-ignited engine. Producer gas, generated in situ, has thermo-physical properties different from those of fossil fuel(s). Experiments on naturally aspirated and turbo-charged engine operation and subsequent analysis of the cylinder pressure traces reveal significant differences in the heat release pattern within the cylinder compared with a typical fossil fuel. The heat release patterns for gasoline and producer gas compare well in the initial 50% but beyond this, producer gas combustion tends to be sluggish leading to an overall increase in the combustion duration. This is rather unexpected considering that producer gas with nearly 20% hydrogen has higher flame speeds than gasoline. The influence of hydrogen on the initial flame kernel development period and the combustion duration and hence on the overall heat release pattern is addressed. The significant deviations in the heat release profiles between conventional fuels and producer gas necessitates the estimation of producer gas-specific Wiebe coefficients. The experimental heat release profiles are used for estimating the Wiebe coefficients. Experimental evidence of lower fuel conversion efficiency based on the chemical and thermal analysis of the engine exhaust gas is used to arrive at the Wiebe coefficients. The efficiency factor a is found to be 2.4 while the shape factor m is estimated at 0.7 for 2% to 90% burn duration. The standard Wiebe coefficients for conventional fuels and fuel-specific coefficients for producer gas are used in a zero D model to predict the performance of a 6-cylinder gas engine under naturally aspirated and turbo-charged conditions. While simulation results with standard Wiebe coefficients result in excessive deviations from the experimental results, excellent match is observed when producer gas-specific coefficients are used. Predictions using the same coefficients on a 3-cylinder gas engine having different geometry and compression ratio(s) indicate close match with the experimental traces highlighting the versatility of the coefficients.

Periodic FDTD analysis of a 2-D leaky-wave planar antenna based on dipole frequency selective surfaces

A periodic finite-difference time-domain (FDTD) analysis is presented and applied for the first time in the study of a two-dimensional (2-D) leaky-wave planar antenna based on dipole frequency selective surfaces (FSSs). First, the effect of certain aspects of the FDTD modeling in the modal analysis of complex waves is studied in detail. Then, the FDTD model is used for the dispersion analysis of the antenna of interest. The calculated values of the leaky-wave attenuation constants suggest that, for an antenna of this type and moderate length, a significant amount of power reaches the edges of the antenna, and thus diffraction can play an important role. To test the validity of our dispersion analysis, measured radiation patterns of a fabricated prototype are presented and compared with those predicted by a leaky-wave approach based on the periodic FDTD results.

Wideband and Isotropic Room Acoustics Simulation Using 2-D Interpolated FDTD Schemes

In this paper, a complete method for finite-difference time-domain modeling of rooms in 2-D using compact explicit schemes is presented. A family of interpolated schemes using a rectilinear, nonstaggered grid is reviewed, and the most accurate and isotropic schemes are identified. Frequency-dependent boundaries are modeled using a digital impedance filter formulation that is consistent with locally reacting surface theory. A structurally stable and efficient boundary formulation is constructed by carefully combining the boundary condition with the interpolated scheme. An analytic prediction formula for the effective numerical reflectance is given, and a stability proof provided. The results indicate that the identified accurate and isotropic schemes are also very accurate in terms of numerical boundary reflectance, and outperform directly related methods such as Yee's scheme and the standard digital waveguide mesh. In addition, one particular scheme-referred to here as the interpolated wideband scheme-is suggested as the best scheme for most applications.

Migração com amplitude verdadeira em meios bidimensionais (2-D) e introdução ao caso 2,5-D

Nos últimos anos tem-se verificado através de várias publicações um interesse crescente em métodos de migração com amplitude verdadeira, com o objetivo de obter mais informações sobre as propriedades de refletividade da subsuperfície da terra. A maior parte desses trabalhos tem tratado deste tema baseando-se na aproximação de Born, como em Bleistein (1987) e Bleistein et al. (1987), ou na aproximação do campo de ondas pela teoria do raio como Hubral et al. (1991), Schleicher et al. (1993) e Martins et al. (1997). Considerando configurações arbitrárias de fontes e receptores, as reflexões primárias compressionais podem ser imageadas em reflexões migradas no domínio do tempo ou profundidade de tal modo que as amplitudes do campo de ondas migrado são uma medida do coeficiente de reflexão dependente do ângulo de incidência. Para realizar esta tarefa, vários algoritmos têm sido propostos nos últimos anos baseados nas aproximações de Kirchhoff e Born. Essas duas abordagens utilizam um operador integral de empilhamento de difrações ponderado que é aplicado aos dados da seção sísmica de entrada. Como resultado obtém-se uma seção migrada onde, em cada ponto refletor, tem-se o pulso da fonte com amplitude proporcional ao coeficiente de reflexão naquele ponto. Baseando-se na aproximação de Kirchhoff e na aproximação da teoria do raio do campo de ondas, neste trabalho é obtida a função peso para modelos bidimensionais (2-D) e dois e meio dimensionais (2,5-D) que é aplicada a dados sintéticos com e sem ruído. O resultado mostra a precisão e estabilidade do método de migração em 2-D e 2,5-D como uma ferramenta para a obtenção de informações importantes da subsuperfície da terra, que é de grande interesse para a análise da variação da amplitude com o afastamento (ângulo). Em suma, este trabalho apresenta expressões para as funções peso 2-D e 2,5-D em função de parâmetros ao longo de cada ramo do raio. São mostrados exemplos da aplicação do algoritmo de migração em profundidade a dados sintéticos 2-D e 2,5-D obtidos por modelamento sísmico através da teoria do raio usando o pacote Seis88 (Cervený e Psencík, 1988) e os resultados confirmaram a remoção do espalhamento geométrico dos dados migrados mesmo na presença de ruído. Testes adicionais foram realizados para a análise do efeito de alongamento do pulso na migração em profundidade (Tygel et al., 1994) e a aplicação do empilhamento múltiplo (Tygel et al., 1993) para a estimativa de atributos dos pontos de reflexão - no caso o ângulo de reflexão e a posição do receptor.

Modelagem acústica por diferenças finitas e elementos finitos em 2-D e 2,5-D

A modelagem acústica fornece dados úteis para avaliação de metodologias de processamento e imageamento sísmico, em modelos com estrutura geológica complexa. Esquemas de diferenças finitas (DF) e elementos finitos (EF) foram implementados e avaliados em modelos homogêneos e heterogêneos. O algoritmo de diferenças finitas foi estendido para o caso 2,5-D em modelos com densidade variável. Foi apresentada a modelagem de alvos geológicos de interesse exploratório existentes na Bacia Paleozóica do Solimões na Amazônia. Reflexões múltiplas de longo período produzidas entre a superfície livre e a discordância Cretáceo-Paleozóica, a baixa resolução da onda sísmica nas proximidades do reservatório e as fracas reflexões na interface entre as rochas reservatório e as rochas selantes são as principais características dos dados sintéticos obtidos, os quais representam um grande desafio ao imageamento sísmico.

Modelagem computacional de dados magnetotelúricos marinhos 2-D

O presente trabalho tem como objetivo investigar o espalhamento das ondas planas causados pela variação lateral das propriedades físicas das rochas. Essa é uma das questões mais importante para o sucesso da exploração geofísica. O método geofísico usado nesta dissertação foi método magnetotelúrico (MT) e método Magnetotelúrico marinho (mMT). Umas das ferramentas utilizadas foram o método dos elementos finitos, este método é notável pela flexibilidade em resolver numericamente as equações diferenciais para campos eletromagnéticos secundários, gerados por estruturas geológicas com geometrias complexas, sendo utilizado para obter a solução numérica do espalhamento do campo eletromagnético da onda plana por um dique vertical (modelos bidimensionais). Os algoritmos desenvolvidos foram aplicados em diversos modelos de dique vertical, com diferentes parâmetros geoelétricos.

Modelagem de eletrorresistividade 2-D a partir do potencial elétrico secundário

Um dos métodos clássicos da geofísica de exploração é o Método de Eletrorresistividade, estabelecido há um século pelos irmãos Schlumberger e desde então amplamente empregado em prospecção mineral, estudos ambientais e hidrogeologia e em pesquisa de fontes geotermais. Conceitualmente o método consiste de injeção de corrente elétrica na subsuperfície e de medida de diferença de potencial elétrico, resultante da interação da corrente com o meio. As localizações dessas fontes e receptores são determinadas pelo arranjo escolhido para o levantamento. Após o processamento, obtém-se pseudo-seções de resistividade aparente que indicam a distribuição de condutividade em subsuperfície. Devido à simplicidade dos fundamentos físicos de sua formulação, o método apresenta fácil implementação computacional quando comparado aos métodos eletromagnéticos de fonte controlada. Na literatura há inúmeros trabalhos de modelagem computacional, onde se calcula a resposta para problemas 2-D e 3-D. Nestes trabalhos, as pseudo-seções são obtidas a partir do cálculo do potencial elétrico total. Neste trabalho, apresentaremos a resposta da modelagem de eletroresistividade 2-D com o arranjo dipolo-dipolo, obtida a partir do potencial elétrico secundário. A solução é calculada através do método de elementos finitos usando malhas não estruturadas. Para efeito de validação, os resultados são comparados com a resposta 2-D obtida a partir dos potencias totais.

Monitoring the extracellular matrix mineralization processes in biological scaffolds using bioreactors, x-ray μct technology and 3-d modeling methods (monitoraggio dei processi di mineralizzazione della matrice extracellulare in scaffolds biologici, utilizzando bioreattore, tecnologia μct a raggi x e metodi di modellizzazione 3d)

Al fine di migliorare le tecniche di coltura cellulare in vitro, sistemi a bioreattore sono sempre maggiormente utilizzati, e.g. ingegnerizzazione del tessuto osseo. Spinner Flasks, bioreattori rotanti e sistemi a perfusione di flusso sono oggi utilizzati e ogni sistema ha vantaggi e svantaggi. Questo lavoro descrive lo sviluppo di un semplice bioreattore a perfusione ed i risultati della metodologia di valutazione impiegata, basata su analisi μCT a raggi-X e tecniche di modellizzazione 3D. Un semplice bioreattore con generatore di flusso ad elica è stato progettato e costruito con l'obiettivo di migliorare la differenziazione di cellule staminali mesenchimali, provenienti da embrioni umani (HES-MP); le cellule sono state seminate su scaffold porosi di titanio che garantiscono una migliore adesione della matrice mineralizzata. Attraverso un microcontrollore e un'interfaccia grafica, il bioreattore genera tre tipi di flusso: in avanti (senso orario), indietro (senso antiorario) e una modalità a impulsi (avanti e indietro). Un semplice modello è stato realizzato per stimare la pressione generata dal flusso negli scaffolds (3•10-2 Pa). Sono stati comparati tre scaffolds in coltura statica e tre all’interno del bioreattore. Questi sono stati incubati per 21 giorni, fissati in paraformaldehyde (4% w/v) e sono stati soggetti ad acquisizione attraverso μCT a raggi-X. Le immagini ottenute sono state poi elaborate mediante un software di imaging 3D; è stato effettuato un sezionamento “virtuale” degli scaffolds, al fine di ottenere la distribuzione del gradiente dei valori di grigio di campioni estratti dalla superficie e dall’interno di essi. Tale distribuzione serve per distinguere le varie componenti presenti nelle immagini; in questo caso gli scaffolds dall’ipotetica matrice cellulare. I risultati mostrano che sia sulla superficie che internamente agli scaffolds, mantenuti nel bioreattore, è presente una maggiore densità dei gradienti dei valori di grigio ciò suggerisce un migliore deposito della matrice mineralizzata. Gli insegnamenti provenienti dalla realizzazione di questo bioreattore saranno utilizzati per progettare una nuova versione che renderà possibile l’analisi di più di 20 scaffolds contemporaneamente, permettendo un’ulteriore analisi della qualità della differenziazione usando metodologie molecolari ed istochimiche.

Pattern recognition using invariants defined from higher order spectra : 2-D image inputs

A new algorithm for extracting features from images for object recognition is described. The algorithm uses higher order spectra to provide desirable invariance properties, to provide noise immunity, and to incorporate nonlinearity into the feature extraction procedure thereby allowing the use of simple classifiers. An image can be reduced to a set of 1D functions via the Radon transform, or alternatively, the Fourier transform of each 1D projection can be obtained from a radial slice of the 2D Fourier transform of the image according to the Fourier slice theorem. A triple product of Fourier coefficients, referred to as the deterministic bispectrum, is computed for each 1D function and is integrated along radial lines in bifrequency space. Phases of the integrated bispectra are shown to be translation- and scale-invariant. Rotation invariance is achieved by a regrouping of these invariants at a constant radius followed by a second stage of invariant extraction. Rotation invariance is thus converted to translation invariance in the second step. Results using synthetic and actual images show that isolated, compact clusters are formed in feature space. These clusters are linearly separable, indicating that the nonlinearity required in the mapping from the input space to the classification space is incorporated well into the feature extraction stage. The use of higher order spectra results in good noise immunity, as verified with synthetic and real images. Classification of images using the higher order spectra-based algorithm compares favorably to classification using the method of moment invariants

A detailed investigation of nominally 2-D radical-farming scramjet combustion

This paper reports on an investigation of the flow/chemistry coupling inside a nominally two-dimensional inlet-fuelled scramjet configuration. The experiments were conducted at a freestream Mach number of 7.3 and a total flow enthalpy of 4.3MJ/kg corresponding to a Mach 9.7 flight condition. The phenomenon of radical-farming has been studied in detail using two-dimensional OH* chemiluminescence imaging and emission spectroscopy. High signal levels of excited OH (OH*) were detected behind the first shock reflections inside the combustion chamber upstream of any measurable pressure rise from combustion, which occurred towards the rear of the combustor. The production of OH in the first hot pocket initiates the ignition process and then accelerates the combustion process in the next downstream hot pocket. This was confirmed by numerical simulations of premixed hydrogen/air flow through the scramjet. Chemical kinetics analyses reveal that the ignition process is governed by the interaction between various reaction groups leading to a chainbranching explosion for low mean temperature and pressure combustion flowfields.

A semi-alternating direction method for a 2-D fractional FitzHugh–Nagumo monodomain model on an approximate irregular domain

A FitzHugh-Nagumo monodomain model has been used to describe the propagation of the electrical potential in heterogeneous cardiac tissue. In this paper, we consider a two-dimensional fractional FitzHugh-Nagumo monodomain model on an irregular domain. The model consists of a coupled Riesz space fractional nonlinear reaction-diffusion model and an ordinary differential equation, describing the ionic fluxes as a function of the membrane potential. Secondly, we use a decoupling technique and focus on solving the Riesz space fractional nonlinear reaction-diffusion model. A novel spatially second-order accurate semi-implicit alternating direction method (SIADM) for this model on an approximate irregular domain is proposed. Thirdly, stability and convergence of the SIADM are proved. Finally, some numerical examples are given to support our theoretical analysis and these numerical techniques are employed to simulate a two-dimensional fractional Fitzhugh-Nagumo model on both an approximate circular and an approximate irregular domain.

The first observation of a Na2TiS2 related structure in a 2-D anionic manganese trimesate intercalated by cationic imidazole

A hydrothermal reaction of Mn(OAc)2·4H2O, trimesic acid, imidazole, KOH and water at 75 °C for 24 h gave rise to a 2-D compound, [HImd][Mn(BTC)(H2O)] (Imd = imidazole; BTC = trimesate), with protonated imidazole molecules occupying the inter-lamellar space, and the structure resembles the classic inorganic compound, the sodium intercalated TiS2 (Na2TiS2).

Superconformal transformations of theN = 2,D = 4, SSYM

We obtain the superconformal transformation laws for theN=2,D=4 SSYM. The transformations involve Yang-Mills fields and the corresponding field strength tensor is not constrained to be self antidual. We explicitly demonstrate the closure of the superconformal algebra.

An interactive graphics system for 2-D drawing and design

This paper is about a software system, GRASS-Graphic Software System for 2-D drawing and design—which has been implemented on a PDP-11/35 system with RSX-11M operating system. It is a low cost interactive graphics system for the design of two dimensional drawings and uses a minimum of hardware. It provides comprehensive facilities for creating, editing, storing and retrieving pictures. It has been implemented in the language Pascal and has the potential to be used as a powerful data-imputting tool for a design-automation system. The important features of the system are its low cost, software character generation and a user-trainable character recognizer, which has been included.