Measurement of water surface roughness and wind shear stress by the use of a pitot tube in a laboratory wave channel /

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Characterization of Chimney Flue Gas Flows : Flow Rate Measurements with Averaging Pitot Probes

Performance testing methods of boilers in transient operating conditions (start, stop and combustion power modulation sequences) need the combustion rate quantified to allow for the emissions to be quantified. One way of quantifying the combustion rate of a boiler during transient operating conditions is by measuring the flue gas flow rate. The flow conditions in chimneys of single family house boilers pose a challenge however, mainly because of the low flow velocity. The main objectives of the work were to characterize the flow conditions in residential chimneys, to evaluate the use of the Pitot-static method and the averaging Pitot method, and to develop and test a calibration method for averaging Pitot probes for low

Some properties of boundary layer flow during the transition from laminar to turbulent motion

Transition in the boundary layer on a flat plate is examined from the point of view of intermittent production of turbulent spots. On the hypothesis of localized laminar breakdown, for which there is some expermental evidence, Emmons’ probability calculations can be extended to explain the observed statistical similarity of transition regions. Application of these ideas allows detailed calculations of the boundary layer parameters including mean velocity profiles and skin friction during transition. The mean velocity profiles belong to a universal one-parameter family with the intermittency factor as the parameter. From an examination of experimental data the probable existence of a relation between the transition Reynolds number and the rate of production of the turbulent spots is deduced. A simple new technique for the measurement of the intermittency factor by a Pitot tube is reported.

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.

Fluid dynamics of air in a packed bed: velocity profiles and the continuum model assumption

Air flow through packed beds was analyzed experimentally under conditions ranging from those that reinforce the effect of the wall on the void fraction to those that minimize it. The packing was spherical particles, with a tube-to-particle diameter ratio (D/dp) between 3 and 60. Air flow rates were maintained between 1.3 and 4.44 m3/min, and gas velocity was measured with a Pitot tube positioned above the bed exit. Measurements were made at various radial and angular coordinate values, allowing the distribution of air flow across the bed to be described in detail. Comparison of the experimentally observed radial profiles with those derived from published equations revealed that at high D/dp ratios the measured and calculated velocity profiles behaved similarly. At low ratios, oscillations in the velocity profiles agreed with those in the voidage profiles, signifying that treating the porous medium as a continuum medium is questionable in these cases.

Desenvolvimento de um circuito eletrônico experimental de anemômetro de fio quente

Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES)

Estudo teórico e experimental das curvas características de um ventilador axial aplicado em pulverização agrícola

Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES)

Estudo experimental de um reator de gaseificação em um leito fixo de açaí

Um leito de gaseificação de pequena escala foi projetado, construído e operado com o objetivo de investigar os parâmetros que influenciam o processo de gaseificação de um leito fixo de caroço de açaí. O reator é do tipo topo aberto downdraft estratificado, de dimensões de 15 cm de diâmetro interno por 1,5 m de altura, com isolamento térmico. O gás produzido foi coletado a jusante do leito de gaseificação e condensado para remoção de alcatrão, o qual foi posteriormente quantificado em titulador Karl Fisher. Após remoção do alcatrão o gás foi introduzido em um Micro GC para quantificação dos percentuais molares de H², CO, N² e CH⁴. O perfil de temperatura do leito foi medido com termopares tipo K posicionados ao longo do eixo longitudinal do leito em distâncias de 10 cm. A vazão de ar foi medida com auxilio de um tubo de Pitot e um micromanômetro. As aquisições dos dados de temperatura foram feitas por um data logger e vazão mássica do ar sendo feita usando comunicação RS232 do micromanômetro. Os procedimentos experimentais foram feitos ao longo de 4 horas de operação do leito de gaseificação, com consumo médio de biomassa de 1,6 kg/h, com 6 dados do perfil de temperatura, vazão mássica de ar, perda de carga do leito e concentração dos gases obtidos no processo de gaseificação e quantificação do teor de alcatrão condensável presente no gás. Verificou-se que o gaseificador de leito de açaí pode ser operado através de uma gama bastante ampla de taxas de fluxo de ar de 2 a 5 kg/h, com a quantidade de energia do gás produzido variando de 5 a 15 MJ/h. As concentrações típicas dos gases obtidos no leito foram de 13% de H², 11% de CO, 1,3% de CH⁴. A eficiência máxima de gás frio de 57% e teor médio de alcatrão de 155 g/m³.

Theoretical and experimental study of agricultural spraying using CFD

This paper presents a computational fluid dynamics (CFD) application about the axial fan design used in an agricultural spraying system with a theoretical and experimental analysis of comparative results between the characteristic curves of a fan for several rotations and numerical results for the influence of blade attack angle variation and optimization of the spraying system, both for a same rotation. Flow was considered three-dimensional, turbulent, isothermal, viscous and non-compressible in a steady state, disregarding any influence of the gravity field. The average turbulent field was obtained from the application of time average where the turbulence model required for closing the set of equations was the k-E model. Resolution of all connected phenomena was achieved with the help of a fluid dynamics computer, CFX, which uses the finite volumes technique as a numerical method. In order to validate the theoretical analysis, an experiment was conducted in a circular section of a horizontal wind tunnel, using a Pitot tube for pressure readings. The main results demonstrate that the methodology used, based on CFD techniques, is able to reproduce the phenomenological behavior of an axial fan in a spraying system because results were very reliable and similar to experimentally measured ones.

Methodology for instantaneous average exhaust gas mass flow rate measurement

This paper presents a new methodology for measurement of the instantaneous average exhaust mass flow rate in reciprocating internal combustion engines to be used to determinate real driving emissions on light duty vehicles, as part of a Portable Emission Measurement System (PEMS). Firstly a flow meter, named MIVECO flow meter, was designed based on a Pitot tube adapted to exhaust gases which are characterized by moisture and particle content, rapid changes in flow rate and chemical composition, pulsating and reverse flow at very low engine speed. Then, an off-line methodology was developed to calculate the instantaneous average flow, considering the ?square root error? phenomenon. The paper includes the theoretical fundamentals, the developed flow meter specifications, the calibration tests, the description of the proposed off-line methodology and the results of the validation test carried out in a chassis dynamometer, where the validity of the mass flow meter and the methodology developed are demonstrated.

Numerical analysis of gas and micro-particle interactions in a hand-held shock-tube device

A unique hand-held gene gun is employed for ballistically delivering biomolecules to key cells in the skin and mucosa in the treatment of the major diseases. One of these types of devices, called the Contoured Shock Tube (CST), delivers powdered micro-particles to the skin with a narrow and highly controllable velocity distribution and a nominally uniform spatial distribution. In this paper, we apply a numerical approach to gain new insights in to the behavior of the CST prototype device. The drag correlations proposed by Henderson (1976), Igra and Takayama (1993) and Kurian and Das (1997) were applied to predict the micro-particle transport in a numerically simulated gas flow. Simulated pressure histories agree well with the corresponding static and Pitot pressure measurements, validating the CFD approach. The calculated velocity distributions show a good agreement, with the best prediction from Igra & Takayama correlation (maximum discrepancy of 5%). Key features of the gas dynamics and gas-particle interaction are discussed. Statistic analyses show a tight free-jet particle velocity distribution is achieved (570 +/- 14.7 m/s) for polystyrene particles (39 +/- 1 mu m), representative of a drug payload.

The impact of delayed blood centrifuging, choice of collection tube, and type of assay on 25-hydroxyvitamin D concentrations

Studies have examined the associations between cancers and circulating 25-hydroxyvitamin D [25(OH)D], but little is known about the impact of different laboratory practices on 25(OH)D concentrations. We examined the potential impact of delayed blood centrifuging, choice of collection tube, and type of assay on 25(OH)D concentrations. Blood samples from 20 healthy volunteers underwent alternative laboratory procedures: four centrifuging times (2, 24, 72, and 96 h after blood draw); three types of collection tubes (red top serum tube, two different plasma anticoagulant tubes containing heparin or EDTA); and two types of assays (DiaSorin radioimmunoassay [RIA] and chemiluminescence immunoassay [CLIA/LIAISON®]). Log-transformed 25(OH)D concentrations were analyzed using the generalized estimating equations (GEE) linear regression models. We found no difference in 25(OH)D concentrations by centrifuging times or type of assay. There was some indication of a difference in 25(OH)D concentrations by tube type in CLIA/LIAISON®-assayed samples, with concentrations in heparinized plasma (geometric mean, 16.1 ng ml−1) higher than those in serum (geometric mean, 15.3 ng ml−1) (p = 0.01), but the difference was significant only after substantial centrifuging delays (96 h). Our study suggests no necessity for requiring immediate processing of blood samples after collection or for the choice of a tube type or assay.

Deposition of hydroxyapatite and calcium oxalate dihydrate on a heat exchanger tube

Most studies on the characterisation of deposits on heat exchangers have been based on bulk analysis, neglecting the fine structural features and the compositional profiles of layered deposits. Attempts have been made to fully characterise a fouled stainless steel tube obtained from a quintuple Roberts evaporator of a sugar factory using X-ray diffraction and scanning electron microscopy techniques. The deposit contains three layers at the bottom of the tube and two layers on the other sections and is composed of hydroxyapatite, calcium oxalate dihydrate and an amorphous material. The proportions of these phases varied along the tube height. Energy-dispersive spectroscopy and XRD analysis on the surfaces of the outermost and innermost layers showed that hydroxyapatite was the major phase attached to the tube wall, while calcium oxalate dihydrate (with pits and voids) was the major phase on the juice side. Elemental mapping of the cross-sections of the deposit revealed the presence of a mineral, Si-Mg-Al-Fe-O, which is probably a silicate mineral. Reasons for the defects in the oxalate crystal surfaces, the differences in the crystal size distribution from bottom to the top of the tube and the composite fouling process have been postulated.

Diarrhoea risk factors in enterally tube fed critically ill patients : a retrospective audit

Objective: Diarrhoea in the enterally tube fed (ETF) intensive care unit (ICU) patient is a multifactorial problem. Diarrhoeal aetiologies in this patient cohort remain debatable; however, the consequences of diarrhoea have been well established and include electrolyte imbalance, dehydration, bacterial translocation, peri anal wound contamination and sleep deprivation. This study examined the incidence of diarrhoea and explored factors contributing to the development of diarrhoea in the ETF, critically ill, adult patient. ---------- Method: After institutional ethical review and approval, a single centre medical chart audit was undertaken to examine the incidence of diarrhoea in ETF, critically ill patients. Retrospective, non-probability sequential sampling was used of all emergency admission adult ICU patients who met the inclusion/exclusion criteria. ---------- Results: Fifty patients were audited. Faecal frequency, consistency and quantity were considered important criteria in defining ETF diarrhoea. The incidence of diarrhoea was 78%. Total patient diarrhoea days (r = 0.422; p = 0.02) and total diarrhoea frequency (r = 0.313; p = 0.027) increased when the patient was ETF for longer periods of time. Increased severity of illness, peripheral oxygen saturation (Sp02), glucose control, albumin and white cell count were found to be statistically significant factors for the development of diarrhoea. ---------- Conclusion: Diarrhoea in ETF critically ill patients is multi-factorial. The early identification of diarrhoea risk factors and the development of a diarrhoea risk management algorithm is recommended.

Probiotics and diarrhoea management in enterally tube fed critically ill patients : what is the evidence?

Objective: The aim of this literature review is to identify the role of probiotics in the management of enteral tube feeding (ETF) diarrhoea in critically ill patients.---------- Background: Diarrhoea is a common gastrointestinal problem seen in ETF patients. The incidence of diarrhoea in tube fed patients varies from 2% to 68% across all patients. Despite extensive investigation, the pathogenesis surrounding ETF diarrhoea remains unclear. Evidence to support probiotics to manage ETF diarrhoea in critically ill patients remains sparse.---------- Method: Literature on ETF diarrhoea and probiotics in critically ill, adult patients was reviewed from 1980 to 2010. The Cochrane Library, Pubmed, Science Direct, Medline and the Cumulative Index of Nursing and Allied Health Literature (CINAHL) electronic databases were searched using specific inclusion/exclusion criteria. Key search terms used were: enteral nutrition, diarrhoea, critical illness, probiotics, probiotic species and randomised clinical control trial (RCT).---------- Results: Four RCT papers were identified with two reporting full studies, one reporting a pilot RCT and one conference abstract reporting an RCT pilot study. A trend towards a reduction in diarrhoea incidence was observed in the probiotic groups. However, mortality associated with probiotic use in some severely and critically ill patients must caution the clinician against its use.---------- Conclusion: Evidence to support probiotic use in the management of ETF diarrhoea in critically ill patients remains unclear. This paper argues that probiotics should not be administered to critically ill patients until further research has been conducted to examine the causal relationship between probiotics and mortality, irrespective of the patient's disease state or projected prophylactic benefit of probiotic administration.