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Les expériences ont été menées pour déterminer les propriétés électriques des verres et liquides silicatés du Vésuve et du Kilauea par spectroscopie d’impédance. Une étude méthodologique des mesures à deux et quatre électrodes a amélioré la qualité des mesures électriques. Les mesures ont été faites entre 400 et 1400°C, 0.1 et 400MPa et pour des fugacités en oxygène de 10-8 à 0.2 bar. La conductivité électrique croît avec la température, les teneurs en eau et sodium et lorsque pression et fO2 diminuent. Des lois d’Arrhénius ont été déterminées dans les verres et liquides pour étudier les propriétés de transport. Des énergies d’activation de 60 à 150kJ/mol et un volume d’activation de 20cm3/mol ont été calculés. Une méthode semiempirique a été déduite pour estimer la conductivité d’une large gamme de melts. Une application géophysique de nos résultats a consisté en un modèle direct de la conductivité du Vésuve. Les fonctions de transfert s’expliquent par la seule présence d’une saumure. Sa forte conductivité rend la détection d’un corps magmatique profond difficile. Cependant, nos simulations ont démontré que les données géophysiques actuelles sont en accord avec un réservoir de magma cristallisé ou du magma plus chaud interconnecté dans l’encaissant carbonaté. Une application géochimique a consisté au suivi en temps réel des cinétiques redox dans des basaltes, en utilisant la dépendance au temps de la conductivité suite à un changement de fO2. L’évolution de la conductivité au cours du temps, liée à la mobilité du sodium, est identique à celle du ratio fer ferrique/fer ferreux du melt. La réduction sous CO-CO2 et l’oxydation à l’air sont limitées par la diffusion, mais pas l’oxydation sous CO2, probablement à cause de réactions à l’interface gaz/melt. Les valeurs calculées élevées de diffusivité et d’énergie d’activation ont été expliquées par des mécanismes redox impliquant une coopération entre flux d’alcalins, de cations divalents et d’oxygène. / Experiments were conducted to determine the electrical properties of silicate glasses and liquids from Mt Vesuvius and Kilauea volcanoes using impedance spectroscopy. A methodological study of the two and four electrode measurements improved the quality of the electrical measurements. Measurements were performed between 400 and 1400°C, from 0.1 to 400MPa and for oxygen fugacities ranging from 10-8 to 0.2 bar. The electrical conductivity increases with increasing temperature, water content, sodium content and with decreasing pressure and fO2. Arrhenius laws were determined for glasses and liquids to investigate the transport properties. Activation energies from 60 to 150kJ/mol and an activation volume of 20cm3/mol were calculated. A semi-empirical method was deduced to estimate the conductivity of a wide range of melts. A geophysical application of our results consisted in the forward modelling of the conductivity of Mt Vesuvius. Transfer functions are explained by the only presence of a brine. Its high conductivity makes difficult the detection of a deeper magmatic body. Still, our simulations demonstrated that present geophysical data are compatible with a crystallized magma reservoir or a hotter magma interconnected in the surrounding carbonates. A geochemical application consisted in the monitoring in real-time of redox kinetics in basaltic liquids, using the time-dependence of electrical conductivity following fO2 step changes. The evolution of the conductivity with time, related to sodium mobility, is identical to that of the ferric/ferrous ratio of the melt. Reduction under CO-CO2 and oxidation in air are diffusion-limited, while oxidations under CO2 are not, probably due to gas/melt interface reactions. High calculated diffusivities and activation energies have been explained by redox mechanisms involving cooperative alkali, divalent cation and oxygen fluxes.

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Tilstandskontroll og feiltester av høyspentkomponenter har de senere årene vist seg som nyttige hjelpemidler for å unngå uønskede utkoblinger. Blant moderne kabelisolasjon har særlig lavfrekvent testing av dielektriske tap ned mot 0,02 Hz blitt mer aktuelt grunnet lavere utstyrskostnader sammenlignet med 50 Hz spenningsprøving. En av de vanligste årsakene for feil i polymeriserte kabler er utladningsaktivitet og akkumulering av elektriske trær. Imidlertidig er det fortsatt uklart hvordan målinger ved så lav frekvenes kan korreleres med 50 Hz siden flere av feilmekanismene ikke har signifikante dielektriske tap ved så lav frekvens. Hensikten med denne rapporten har derfor vært å undersøke hvordan elektrisk trevekst og partielle utladninger i kryssbundet polyetylen (PEX) forandrer seg som funksjon av spenning og frekvens. Testobjektene bestod av stålnåler som var støpt inn i 2 mm tykke prøver av PEX hvor avstanden mellom nålspiss og jordelektrode var 1,1 mm. Hvordan treveksten utviklet seg og så ut ved havari ble undersøkt ved hjelp av optisk- og elektronmikroskopiske teknikker. Prøvene ble testet i frekvensområdet 0,1-50 Hz ved 14 kV og for 10-20 kV ved 50 Hz. Resultatene har blitt sammenlignet med en teoretisk modell om spennings- og frekvensavhengig trevekst. Forsøkene indikerte at når spenningen ble holdt konstant økte vekstraten proporsjonalt med frekvensen mellom 0,1 og 5,0 Hz. Ytterligere økning av frekvensen medførte en strukturforandring fra grenvekst til buskvekst som igjen påvirket vekstraten til å synke ved økt frekvens. Når frekvensen ble holdt konstant 50 Hz og spenningen justert mellom 10 og 20 kV, viste resultatene at vekstraten kun økte lineært med spenningen innledningvis. Samtidig viste det seg at amplitudeverdien til utladningene økte med tiden ved grenvekst mens det for tett buskvekst ble registrert et stabilt forløp. Analysen fra elektronmikroskopet viste at tettheten av trekanaler er større ved buskvekst enn grenvekst. For en typisk prøve med grenvekst ble det registrert en avstand på 10 um, mens kanalene for buskvekst i mange tilfeller kan vokse sammen på kryss og tvers.

Å skape realistiske simuleringer av et ECG-signal på en datamaskin kan være til stor nytte når man ønsker å forstå sammenhengen mellom det observerte ECG-signalet og hjertets tilstand. For å kunne få en realistisk simulering trengs en god matematisk modell. En populær modell ble utviklet av Winslow et al. i 1999, kalt Winslow-modellen. Denne modellenbestår av et sett av 31 ordinære differesialligninger som beskriver de elektrokjemiske reaksonene som skjer i en hjertecelle. Av erfaring vet man at kall til dette systemet er en tung operasjon for en datamaskin, slik at effektiviteten til enløser avhenger stort sett kun av antall slike kall. Før å øke effektiviteten er det derfor viktig å begrense dette tallet.Studerer vi løsningen av Winslow-modellen litt nærmere, ser vi at den begynner med en trasient fase hvor eksplisitte løsere vanligvis er billigere enn implisitte. Ideen er derfor å starte med en eksplisitt løser, og senere bytte over til implisitt, når den transiente fasen er over og problemet blir for stivt for den eksplisitte løseren. Denne tilnærmingen har vist seg å kunne minke antall kall til Winslow-modellen med rundt 25%, samtidig som at nøyaktigheten i løsningen er bevart.

碩士 / 國立清華大學 / 動力機械學系 / 83 /

В данной работе твердофазным методом синтезированы образцы составов Ba3Sc2MO8 (где M=Ti4+, Zr4+). Растворным методом синтезирован оксифторид Ba1.9K0.1In2O4.9F0.1. Проведена рентгенофазовая аттестация образцов. Исследованы электрические свойства образцов методом электрохимического импеданса при варьировании термодинамических параметров внешней среды (Т, рО2, pH2O). Установлено влияние влажности на электропроводность образцов. Проведена дифференциация общей электропроводности на кислородно-ионный, электронный и протонный вклады. Выявлены условия доминирования протонного переноса. / In this work samples Ba3Sc2MO8 (where M=Ti4+, Zr4+) are synthesized by solid state reaction. Oxyfluoride with formula Ba1.9K0.1In2O4.9F0.1 is synthesized by solution method. Phase composition of the samples is certificated by X-ray diffraction. Electric properties of the samples are investigated by electrochemical impedance method at a variation of thermodynamic parameters of environment (T, pO2, pH2O). An influence of humidity on the conductivity of the samples is established. The total conductivity is differentiated on oxygen-ionic, electronic and protonic contributions. Conditions of domination of proton transfer are revealed.

PETROBRAS / Dentre os desafios no processo de produção de hidrocarbonetos na indústria de óleo e gás, uma área em destaque nos últimos anos é conhecida como garantia de escoamento, a qual envolve assegurar de forma contínua que os fluidos (óleo ou gás) escoem pelas tubulações que conectam o poço aos sistemas de separação na superfície. Um dos principais problemas enfrentados está ligado à deposição de hidratos de gás em tubulações, podendo estes diminuir o diâmetro útil ou até obstruir as tubulações, gerando perdas financeiras consideráveis devido a, principalmente, parada de produção. Hidratos de gás ou clatratos são estruturas cristalinas sólidas semelhantes ao gelo, normalmente formados por moléculas de água e gás em determinadas condições de pressão e temperatura. Atualmente não existe uma técnica de medição estabelecida para monitoração da formação de hidratos em tubulações. Uma técnica candidata é a medição da impedância (ou o espectro de impedância) dos fluidos, pois se trata de uma técnica simples, robusta e de baixo custo. Com o objetivo de investigar o processo de formação de hidratos de forma controlada, foram realizados e analisados diversos experimentos com três sistemas de medição diferentes operando três células de medição distintas. Um sistema totalmente comercial, um sistema misto e um sistema dedicado foram utilizados para realizar medidas de impedância do processo de formação de hidratos. Os testes foram realizados com uma substância modelo (tetrahidrofurano – THF) em mistura com água, com a qual é possível a formação de hidratos sem a necessidade do uso de uma célula pressurizada. Os dois primeiros sistemas (comercial e misto) são capazes de medir o espectro de impedância na faixa 101 Hz até 107 Hz. Já o sistema dedicado opera em frequência fixa (tipicamente 5 MHz). Os resultados mostraram-se promissores no que diz respeito à monitoração da formação de hidratos, já que diferenças consideráveis nos valores de impedância são observadas para a mistura de THF-água em estado líquido e com a presença de hidratos. Dessa maneira, o sistema desenvolvido aliado ao processamento dos dados experimentais pode ser empregado em trabalhos futuros como ferramenta simples para monitorar a formação de hidratos em tubulações. / Among the challenges in the oil and gas industry for hydrocarbon production, a featured area in recent years is known as flow assurance, which involves to guarantee the continuously stream of fluids (oil or gas) through pipelines connecting wellhead to separation systems at topside. One of the main problems is related to the deposition of gas hydrates in pipelines, since these deposits may reduce the effective pipe diameter or even clog pipelines, causing considerable financial losses mainly due to production stop. Gas hydrates or clathrates are crystalline solid ice-like structures, typically formed by water and gas molecules under certain conditions of pressure and temperature. Currently there is no established measurement technique for monitoring the hydrate formation in pipelines. One candidate technique is impedance (or impedance spectrum) measurement of fluids, since it is simple, robust and low cost. With the objective of investigating hydrate formation in a controlled environment, several experiments with three different measuring systems operating three different measuring cells have been performed and evaluated. A fully commercial, a mixed, and a dedicated measuring system were applied for obtaining impedance data of hydrates formation. The experimental tests were performed with a model substance (tetrahydrofuran - THF) in mixture with water which allows the monitoring of hydrates formation at ambient pressures (i.e. no need to use a pressurized cell). The first two systems (commercial and mixed) are able to measure the impedance spectrum in the range 10 Hz to 10 MHz. The dedicated system operates at a fixed frequency (typically 5 MHz). The results show that considerable differences in impedance values are observed for the THF-water mixture in liquid conditions and with the presence of hydrates, hence being promising in hydrates formation monitoring. In this way, the developed measurement system allied to appropriated data processing routines has the potential to be applied as simple tool to monitor hydrate formation in pipes.

PETROBRAS / Dentre os desafios no processo de produção de hidrocarbonetos na indústria de óleo e gás, uma área em destaque nos últimos anos é conhecida como garantia de escoamento, a qual envolve assegurar de forma contínua que os fluidos (óleo ou gás) escoem pelas tubulações que conectam o poço aos sistemas de separação na superfície. Um dos principais problemas enfrentados está ligado à deposição de hidratos de gás em tubulações, podendo estes diminuir o diâmetro útil ou até obstruir as tubulações, gerando perdas financeiras consideráveis devido a, principalmente, parada de produção. Hidratos de gás ou clatratos são estruturas cristalinas sólidas semelhantes ao gelo, normalmente formados por moléculas de água e gás em determinadas condições de pressão e temperatura. Atualmente não existe uma técnica de medição estabelecida para monitoração da formação de hidratos em tubulações. Uma técnica candidata é a medição da impedância (ou o espectro de impedância) dos fluidos, pois se trata de uma técnica simples, robusta e de baixo custo. Com o objetivo de investigar o processo de formação de hidratos de forma controlada, foram realizados e analisados diversos experimentos com três sistemas de medição diferentes operando três células de medição distintas. Um sistema totalmente comercial, um sistema misto e um sistema dedicado foram utilizados para realizar medidas de impedância do processo de formação de hidratos. Os testes foram realizados com uma substância modelo (tetrahidrofurano – THF) em mistura com água, com a qual é possível a formação de hidratos sem a necessidade do uso de uma célula pressurizada. Os dois primeiros sistemas (comercial e misto) são capazes de medir o espectro de impedância na faixa 101 Hz até 107 Hz. Já o sistema dedicado opera em frequência fixa (tipicamente 5 MHz). Os resultados mostraram-se promissores no que diz respeito à monitoração da formação de hidratos, já que diferenças consideráveis nos valores de impedância são observadas para a mistura de THF-água em estado líquido e com a presença de hidratos. Dessa maneira, o sistema desenvolvido aliado ao processamento dos dados experimentais pode ser empregado em trabalhos futuros como ferramenta simples para monitorar a formação de hidratos em tubulações. / Among the challenges in the oil and gas industry for hydrocarbon production, a featured area in recent years is known as flow assurance, which involves to guarantee the continuously stream of fluids (oil or gas) through pipelines connecting wellhead to separation systems at topside. One of the main problems is related to the deposition of gas hydrates in pipelines, since these deposits may reduce the effective pipe diameter or even clog pipelines, causing considerable financial losses mainly due to production stop. Gas hydrates or clathrates are crystalline solid ice-like structures, typically formed by water and gas molecules under certain conditions of pressure and temperature. Currently there is no established measurement technique for monitoring the hydrate formation in pipelines. One candidate technique is impedance (or impedance spectrum) measurement of fluids, since it is simple, robust and low cost. With the objective of investigating hydrate formation in a controlled environment, several experiments with three different measuring systems operating three different measuring cells have been performed and evaluated. A fully commercial, a mixed, and a dedicated measuring system were applied for obtaining impedance data of hydrates formation. The experimental tests were performed with a model substance (tetrahydrofuran - THF) in mixture with water which allows the monitoring of hydrates formation at ambient pressures (i.e. no need to use a pressurized cell). The first two systems (commercial and mixed) are able to measure the impedance spectrum in the range 10 Hz to 10 MHz. The dedicated system operates at a fixed frequency (typically 5 MHz). The results show that considerable differences in impedance values are observed for the THF-water mixture in liquid conditions and with the presence of hydrates, hence being promising in hydrates formation monitoring. In this way, the developed measurement system allied to appropriated data processing routines has the potential to be applied as simple tool to monitor hydrate formation in pipes.