No description available.

The thesis starts with a biographical study of Tao's life and religious experiences by regarding him as an individual living in given social and cultural milieu, in contrast to the general explanatory model related to the development of Taoism in the medieval China. The purpose of the biographical study is to acquire a sympathetic understanding of Tao's point of view of the revealed texts, which will partly explain why Tao concentrated on the revealed manuscripts. Reading into the exegetic texts, I will reconsider Tao's status in the between of revealed manuscripts and Maoshan Revelations with their own meanings and coherent structures, bases on which new understanding of the relation between Tao and Maoshan Revelations will be elucidated with discovery of Tao's authorship in the formation of the Maoshan Revelations. After textual criticism of the exegetic texts, setting the structure and contexts of Tao's exegesis as the starting point, I will link up the exegetic texts with Tao's other writings to reconstruct his Taoist thoughts. / This thesis examines the Taoist thoughts of Tao Hongjing (456-536) through a detailed analysis of his exegetic work on Maoshan Revelations. I will attempt to figure out the structure and elements of Tao's Taoist thoughts in my reading of the exegesis, and then reconsider Tao's other writings and Taoist practices within the interpretative framework consists of the structure and theological elements found in the exegesis. Thus, this thesis will consider the following questions respectively: how Tao's individual life and mysterious experiences shaped his understanding of revealed manuscripts; Tao's role as compiler and author in the formation of Maoshan Revelations, setting Tao's exegesis within the tension between fragmentary revealed manuscripts and Taoist scriptures with coherent structures and systematical Taoist thoughts; how one can reconstruct and understand Tao's Taoist thoughts through the structure and contents of his exegesis on Maoshan Revelations, within which his Taoist thoughts unfolded. / This work will bring forth an alternative account for Tao as an individual with Taoist belief that based his religious world on revealed Taoist teachings. With the help of biographical study on Tao's mysterious experiences and dreams and reading into the exegesis, the significances of revelations in Tao's Taoist thoughts will be illuminated in following ways: Tao's mysterious experiences made him believe in the authenticity of the revealed teachings; his sympathetic understanding of revealed manuscripts drew him into the exegetic work, within which he unfolded his Taoist thoughts; Tao turned to the revealed teachings of the immortals through meditation when he run into problems during his Taoist practice. / 程樂松. / Sumitted: 2005年12月[Dec. 2005] / Sumitted: 2005 nian 12 yue [Dec. 2005] / Adviser: Chi-tim Lai. / Source: Dissertation Abstracts International, Volume: 70-09, Section: A, page: . / Thesis (doctoral)--Chinese University of Hong Kong, 2006. / Includes bibliographical references (p. 231-243). / Electronic reproduction. Hong Kong : Chinese University of Hong Kong, [2012] System requirements: Adobe Acrobat Reader. Available via World Wide Web. / Electronic reproduction. [Ann Arbor, MI] : ProQuest Information and Learning, [200-] System requirements: Adobe Acrobat Reader. Available via World Wide Web. / Abstracts in Chinese and English. / School code: 1307. / Cheng Lesong.

Transition of natural convection flow on a heated flat plate and inside a heated channel is studied numerically. Three different RANS based turbulent k-ε models namely standard, RNG and Realizable with an enhanced wall function are employed in the simulations. Additionally, a Large Eddy Simulation (LES) technique is also applied to particularly investigate the flow field and transition in a heated plate facing upward. Numerous published papers presented the typical characteristic behaviour of natural convection flow inside a channel, however, none of these provided information about the transition behaviour of flow inside a channel, and importantly, how the transition is affected by the merging of two growing boundary layers which occur inside a channel. Therefore, taking the above important things into consideration, the aim of the study is to carry out in-depth investigations of the transition of the free convection flow inside a channel with an effect of its width, angular orientation and several important thermal and boundary conditions. Moreover, the transition phenomena of the free convection flow developing in a heated channel facing both downward and upward are thoroughly investigated in the thesis. Numerically predicted results are compared with available experimental data in the published literatures. Fluid properties are assumed to be constant except for the density which changes with temperature and gives rise to the buoyancy forces and is treated by using the Boussinesq approach. Air with a Prandtl number of 0.7 is used as a test fluid in all the simulations. In the RANS based models, the results show that the Realizable model with an enhanced wall function predicts numerical results well compared to the experiment than those obtained by the other two models (standard and RNG), therefore this model was selected to perform all the other RANS based numerical simulations in this work. The results particularly indicate that the inclination of the channel has major effects on the transition stage. As the inclination angle is increased, the transition stage moves further downstream of the channel. However, the predicted local heat flux, reached its minimum further upstream of the channel, does not agree with that of the velocity and turbulent kinetic energy in a small channel width. Natural convection from an isothermal plate is conducted by using a Large Eddy Simulation method. The results show that with an increase in the angle the peak of the thermal and velocity boundary layers move from the near outlet of the plate for the vertical case to the middle of the plate when θ = -70°. So the thermal and boundary layers become fatter which causes an early transition.

The work carried out in the framework of the present thesis aims at shedding light into the complex phenomena involved in turbulent water-filled cavities, questioning the validity of the well-established Oberbeck-Boussinesq effects, and determining the influence of these on the flow structure and heat transfer. First, the relevance of the variable thermophyical properties have been submitted to investigation by means of direct numerical simulations of a differentially heated cavity flow using the aspect ratio of a particular prototype. The simulations consider the so-called non-Oberbeck-Boussinesq effects, and study the temperature range for which these effects could be considered relevant. The work has been conducted employing a 2D flow assumption, estimating that this methodology -promoted by the necessity of a compromise between the accuracy and the cost of the simulations- would be valid to detect the non-Oberbeck-Boussinesq effects without the loss of generality, even though the actual flow structures of the flow are inherently 3D. The numerical results have revealed that up to the temperature difference of 30 ºC, Oberbeck-Boussinesq solution can estimate the heat transfer within 1 % error, although the loss of symmetry is certified even for a temperature difference of 10 ºC. Moreover, it has been observed that the boundary layers at hot and cold isothermal confining walls behave differently, such that the boundary layer instabilities and transition to turbulence location move downstream along the hot wall and upstream along the cold wall. As a consequence, the stratification region shifts upwards, giving rise to higher stratification numbers. Later, the non-Oberbeck-Boussinesq effects have been studied considering three-dimensional domain by means of direct numerical simulations, in the quest of analyzing their impact on the three-dimensional flow structure. The results have revealed delayed transition in the hot wall and earlier triggered transition in the cold wall boundary layers. This has been shown to be a consequence of the initial heating of the cavity due to favorable heat transfer properties in the hot wall boundary layer, which results in warmer upper cavity. As time advances, due to the influence of the stratified flow feeding the hot and cold boundary layers, the strength of the natural convection gradually decreases and increases in the hot and cold boundary layers, respectively. When a balance is attained between these two boundary layers, the cold wall boundary is found at a higher equivalent Rayleigh number, justifying its premature transition. Accordingly, the early transitioning cold wall boundary layer is thicker. This boundary layer interacts actively with the hot wall boundary layer, causing vertical oscillations in the transition to turbulent locations on both boundary layers. This interaction is also responsible for the degradation of the already shifted stratification zone. Besides the qualitative agreement in some aspects, this important effect is not captured by means of 2D simulations, which invalidates 2D flow hypothesis when it comes to describing the flow characteristics with non-Oberbeck-Boussinesq effects. As for the heat transfer, the Non-Oberbeck-Boussinesq effects do not necessarily enhance the heat transfer, as Oberbeck-Boussinesq solution is observed to overestimate the Nusselt number by about 3 %. Last but not the least, considering the huge computational resources required for simulating these turbulent natural convection flows with water, and bearing in mind the importance of an appropriate modeling of the present phenomena, different subgrid-scale models have been analyzed in order to predict the thermal and fluid dynamics of the flow within a turbulent water-filled cavity. It has been shown that the performance of the models is directly linked to the accurate prediction of the transition to turbulence, which is the main challenge in the proper modeling of this flow. / El treball realitzat en el marc de la present tesi té com a objectiu analitzar els fenòmens complexos involucrats en la convecció natural en cavitats amb aigua en règim turbulent, qüestionant la validesa de la ben establerta hipòtesi d'Oberbeck-Boussinesq. S'ha estudiat la influència dels efectes Oberbeck-Boussinesq sobre l'estructura de flux i la transferència de calor. En primer lloc, l'efecte de la dependència en la temperatura de les propietats termofísiques variables s'ha estudiat mitjançant simulacions numèriques directes del flux en una cavitat amb aigua escalfada diferencialment, emprant l'hipotèsi de flux 2D. Els resultats numèrics han revelat que per diferències de temperatura fins a 30 ºC, la solució Oberbeck-Boussinesq pot estimar la transferència de calor amb un error màxim d'1%, tot i que la pèrdua de simetria està certificada fins i tot per una diferència de temperatura de 10 ºC. D'altra banda, s'ha observat que les capes límit en les dues parets es comporten de manera diferent, de tal manera que les inestabilitats de la capa límit i el punt de transició es mouen aigües avall en la paret calenta i aigües amunt en la freda. Com a conseqüència d'això, la regió d'estratificació es desplaça cap amunt, donant lloc a un nombre d'estratificació més elevat. Tot seguit, els efectes Oberbeck-Boussinesq s'han estudiat tenint en compte el flux 3D per mitjà de simulacions numèriques directes, en la recerca d'analitzar el seu impacte en l'estructura del flux tridimensional. Els resultats han confirmat la transició retardada a la paret calenta i la transició provocada aigües amunt a la paret freda. S'ha demostrat que aquest fet és una conseqüència de l'escalfament inicial de la cavitat a causa de les propietats de transferència de calor favorables a la capa límit de la paret calenta, el que resulta en un escalfament de la part superior de la cavitat. A mesura que avança el temps, a causa de la influència del flux estratificat que alimenta les dues capes límit, la força de la convecció natural disminueix i augmenta gradualment en la capa límit de les parets calenta i freda, respectivament. Quan s'arriba a un equilibri entre aquestes dues capes límit, la capa límit de la paret freda es troba a un nombre de Rayleigh equivalent superior, justificant la seva transició prematura. En conseqüència, la capa límit de la paret freda és més gruixuda. Aquesta capa límit interactua activament amb la capa de la paret calenta, causant oscil·lacions verticals en el punt de transició en les dues capes límit. Aquesta interacció també és responsable de la degradació de la zona d'estratificació. Aquest important efecte no és capturat per mitjà de simulacions 2D, el que invalida la hipòtesi de flux 2D quan es tracta de descriure les característiques de flux amb efectes no-Oberbeck-Boussinesq. Pel que fa a la transferència de calor, els efectes no Oberbeck-Boussinesq no milloren necessàriament la transferència de calor, tal com s'observa a la solució Oberbeck-Boussinesq al sobreestimar el nombre de Nusselt en un 3%. Finalment, tenint en compte els enormes recursos computacionals necessaris per a la simulació d'aquestes cavitats en règim turbulent amb aigua, i tenint en compte la importància d'una modelització adequat dels fenòmens que s'hi troben, s'han analitzat els diferents models LES utilitzant un cas semblant, però sense efectes Boussinesq. S'ha demostrat que el rendiment dels models està directament relacionat amb la predicció precisa del punt de transició, que és el principal repte en la modelització adequada d'aquest flux.

A calorimeter was constructed for the determination of heat capacities of solids from 1.5 to 84 K. Results from this and other calorimeters are discussed, on bis(adiponitrile)copper(I) nitrate and tetramethylammonium trichloromanganate(II) ("TMMC") from 1.5 to 300 K, and on β-modification metal-free, copper(II), and nickel(II) phthalocyanines from under 5 to 80 K. Bis(adiponitrile)copper(I) nitrate has not-very-pronounced heat capacity maxima at 51 and 63 K. The total molar anomalous entropy change is estimated as between 1/2 R1n2 and R1n2. A previous assertion by X-ray crystallographers (Bull.Chem.Soc. Japan, <strong>32</strong>, 1221 (1959)) that the nitrate ions are disordered among four orientations at room temperature is not supported by these results or by consideration of structure factors or of the potential field on the nitrate ions. The TMMC heat capacity results are consistent with those given in Solid State Comm., <strong>15</strong>, 1185 (1974) and Phys.Rev. B, <strong>12</strong>, 5858 (1975). The anomalous molar entropy change associated with the monoclinic-hexagonal transition at 126 K is estimated as R1n2.8, of which 1/3 occurs between 124 and 127 K; it is suggested that the NC₄ tetrahedra undergo twofold disordering and that the H atoms also undergo some disordering. The heat capacities of the copper and nickel phthalocyanines are surprisingly different from each other, especially below 25K, where the former is markedly lower except for two first-order transitions at about 9-13K with a total molar entropy change of not less than approximately R1n4. Magnetic and Schottky anomalies are, apparently, not involved in either material; perhaps the transitions in copper phthalocyanine involve disordering of the copper ions among four positions in the plane of each molecule. Below 8 K, the heat capacities of copper and metal-free (but not nickel) phthalocyanine apparently obey the T³ law.

Als Wärmedämmstoffe werden üblicherweise makroporöse Stoffsysteme wie Schäume, Pul-verschüttungen, Faservliese und – wolle eingesetzt. Zusätzlich finden mikro- und mesoporöse Dämmstoffe wie Aerogele Anwendung. Um effiziente Wärmedämmstoffe entwickeln zu können, muss der Gesamtwärmetransport in porösen Materialien verstanden werden. Die ein-zelnen Wärmetransport-Mechanismen Festkörperwärmeleitung, Gaswärmeleitung und Wärme-strahlung können zuverlässig analytisch beschrieben werden. Bei manchen porösen Materialien liefert jedoch auch eine Wechselwirkung zwischen den verschiedenen Wärmetransport-Mechanismen, d.h. die Kopplung von Festkörper- und Gaswärmeleitung, einen hohen Beitrag zur Gesamtwärmeleitfähigkeit. Wie hoch dieser Kopplungseffekt bei einer bestimmten Probe ausfällt, kann bisher schwer abgeschätzt werden. Um den Kopplungseffekt von Festkörper- und Gaswärmeleitung besser zu verstehen, sind sowohl experimentelle als auch theoretische Untersuchungen an verschiedenen porösen Stoffsystemen erforderlich. Zusätzlich kann ein zuverlässiges theoretisches Modell dazu beitragen, die mittlere Porengröße von porösen Mate-rialien zerstörungsfrei anhand von gasdruckabhängigen Wärmeleitfähigkeitsmessungen zu bestimmen. Als Modellsystem für die experimentellen Untersuchungen wurde der hochporöse Feststoff Aerogel verwendet, da seine strukturellen Eigenschaften wie Porengröße und Dichte während der Synthese gut eingestellt werden können. Es wurden Resorcin-Formaldehyd-Aerogele mit mittleren Porengrößen von etwa 600 nm, 1 µm und 8 µm sowie daraus mittels Pyrolyse abge-leitete Kohlenstoff-Aerogele synthetisiert und jeweils hinsichtlich ihrer Struktur und Wärme-leitfähigkeiten experimentell charakterisiert. Die Gesamtwärmeleitfähigkeiten dieser Aerogele wurden für verschiedene Gasatmosphären (Kohlenstoffdioxid, Argon, Stickstoff und Helium) in Abhängigkeit vom Gasdruck durch das Hitzdraht-Verfahren bestimmt. Hierfür wurde der Messbereich der Hitzdraht-Apparatur des ZAE Bayern mittels einer Druckzelle auf 10 MPa erweitert. Die Messergebnisse zeigen, dass bei allen Aerogel-Proben Festkörper- und Gaswär-meleitung einen deutlichen Kopplungsbeitrag liefern: Die gemessenen gasdruckabhängigen Wärmeleitfähigkeiten sind um Faktor 1,3 bis 3,3 höher als die entsprechenden reinen Gas-wärmeleitfähigkeiten. Die jeweilige Höhe hängt sowohl vom verwendeten Gas (Gaswärmeleitfähigkeit) als auch vom Aerogeltyp (Festkörperwärmeleitfähigkeit und Festkörperstruktur) ab. Ein stark vernetzter Festkörper verursacht beispielsweise einen niedrigeren Kopplungsbei-trag als ein weniger stark vernetzter Festkörper. Andererseits wurde die gasdruckabhängige Wärmeleitfähigkeit von Melaminharzschaum – einem flexiblen, offenporigen und hochporösen Material – in einer evakuierbaren Zwei-Plattenapparatur unter Stickstoff-Atmosphäre bestimmt. Das Material zeichnet sich dadurch aus, dass die Addition der Einzelwärmeleitfähigkeiten gut erfüllt ist, d.h. kein Kopplungsef-fekt auftritt. Allerdings konnte gezeigt werden, dass die gestauchte und damit unregelmäßige Struktur von Melaminharzschaum die Kopplung von Festkörper- und Gaswärmeleitung deut-lich begünstigt. Je stärker die Melaminharzschaumprobe komprimiert wird, umso stärker fällt der Kopplungseffekt aus. Bei einer Kompression um 84 % ist beispielsweise die gemessene gasdruckabhängige Wärmeleitfähigkeit bei 0,1 MPa um ca. 17 % gegenüber der effektiven Wärmeleitfähigkeit von freiem Stickstoff erhöht. Die experimentellen Untersuchungen wurden durch theoretische Betrachtungen ergänzt. Zum einen wurde die Kopplung von Festkörper- und Gaswärmeleitung anhand einer Serienschal-tung der thermischen Widerstände von Festkörper- und Gasphase dargestellt, um die Abhän-gigkeit von verschiedenen Parametern zu untersuchen. Dadurch konnte gezeigt werden, dass der Kopplungsterm stets von den Verhältnissen aus Festkörper- und Gaswärmeleitfähigkeit sowie aus den geometrischen Parametern beider Phasen abhängt. Des Weiteren wurden mit dem Computerprogramm HEAT2 Finite-Differenzen-Simulationen an Modellstrukturen durchgeführt, die für poröse Stoffsysteme, insbesondere Aerogel, charakteristisch sind (Stege, Hälse, Windungen und tote Enden). Die simulierten gasdruckabhängigen Wärmeleitfähigkeiten zeigen deutlich, dass die Festkörperstruktur mit der geringsten Vernetzung, d.h. das tote Ende, am meisten zur Kopplung von Festkörper- und Gaswärmeleitung beiträgt. Dies korre-liert mit den experimentellen Ergebnissen. Darüber hinaus kann man erkennen, dass die Ge-samtwärmeleitfähigkeit eines schlecht vernetzten porösen Systems, wo also ein hoher Kopp-lungseffekt (Serienschaltung) auftritt, niemals größer wird als die eines gut vernetzten Sys-tems mit gleicher Porosität, wo hauptsächlich paralleler Wärmetransport durch beide Phasen stattfindet. Schließlich wurden drei Modelle entwickelt bzw. modifiziert, um die gasdruckabhängige Wärmeleitfähigkeit von porösen Stoffsystemen theoretisch beschreiben zu können. Zunächst wurde ein für Kugelschüttungen entwickeltes Modell für Aerogel angepasst, d.h. Kopplung von Festkörper- und Gaswärmeleitung wurde nur in den Lücken zwischen zwei benachbarten Partikeln berücksichtigt. Ein Vergleich mit den Messkurven zeigt, dass der ermittelte Kopplungsterm zu gering ausfällt. Daher wurde ein bereits existierendes Aerogelmodell mit kubischer Einheitszelle, welches zusätzlich Kopplung zwischen den einzelnen Partikelsträngen beinhaltet, verbessert. Auch dieses Modell liefert keine zufriedenstellende Übereinstimmung mit den Messwerten, denn der Kopplungsbeitrag wird immer noch unterschätzt. Das liegt daran, dass die gewählte regelmäßige kubische Struktur für Aerogel zu ungenau ist. So geht bei der Berechnung des Kopplungsterms der bereits erwähnte hohe Beitrag durch tote Enden (und auch Windungen) verloren. Erfahrungsgemäß können jedoch alle für Aerogel erhaltenen gasdruckabhängigen Messkurven mit dem sogenannten Skalierungsmodell relativ gut beschrieben werden. Das entspricht dem Knudsen-Modell für reine Gaswärmeleitung, welches mit einem konstanten Faktor skaliert wird. Die Anwendung dieses einfachen Modells auf die Messdaten hat gezeigt, dass die Akkommodationskoeffizienten von Helium in Aerogel deut-lich höher sind als die Literaturwerte (ca. 0,3 auf Metalloberflächen): In den vermessenen RF- und Kohlenstoff-Aerogelen lassen sich Akkommodationskoeffizienten nahe 1 für Helium ab-leiten. Darüber hinaus ist das Skalierungsmodell gut geeignet, die mittleren Porengrößen poröser Materialien zuverlässig aus gasdruckabhängig gemessenen Wärmeleitfähigkeitskurven zu bestimmen. Dies stellt somit eine unkomplizierte und zerstörungsfreie Charakterisierungsmethode dar. / Common thermal insulation materials are macro porous material systems such as foams, powders, fleeces and fibers. Additionally, micro and meso porous thermal insulations such as aerogels are employed. In order to further optimize thermal insulation materials, the total heat transfer in porous materials has to be quantified. The individual heat transfer mechanisms solid thermal conduction, gaseous thermal conduction and thermal radiation can be described reliably by analytic models. But for some porous materials an interaction of the different heat transfer mechanisms, i.e. coupling of solid and gaseous thermal conduction, occurs and can contribute significantly to the total effective thermal conductivity. So far, it is hard to predict the amount of this coupling contribution for a certain sample. For a better understanding of the coupling effect of solid and gaesous thermal conduction, both experimental and theoretical investigations on different porous material systems are required. Additionally, a reliable theoretical model can help to determine the mean pore size of porous materials in a nonde-structive way from gas-pressure dependent thermal conductivity measurements. Highly porous aerogel was used as model system for the experimental investigations, because its structural properties such as pore size and density can be adapted relatively well during synthesis. Resorcinol formaldehyde aerogels with mean pore sizes of about 600 nm, 1 µm and 8 µm as well as corresponding carbon aerogels obtained by pyrolysis were synthesized and experimentally characterized regarding their structural and thermal properties. Their total ef-fective thermal conductivities were determined by means of hot-wire measurements in different gas atmospheres (carbon dioxide, argon, nitrogen and helium) as a function of gas pressure. For this purpose, the measurement range of the hot-wire apparatus at ZAE Bayern was extended up to 10 MPa using a pressure chamber. The measurement results show that in all aerogel samples an obvious amount of coupling between solid and gaseous thermal conduction occurs: The gas-pressure dependent thermal contributions measured are by a factor of 1.3 to 3.3 higher than the corresponding pure gaseous thermal conductivities, depending on the pore gas (gaseous thermal conductivity) and the kind of aerogel (solid thermal conductivity and solid backbone structure). For example, a strongly connected solid phase causes a lower cou-pling contribution than a loosely connected one. On the other hand, the gas-pressure dependent thermal conductivity of melamine resin foam – a flexible and highly porous material with open pores – was determined with an evacuable guarded hot-plate apparatus in a nitrogen atmosphere. For this kind of material the simple ad-dition of the individual thermal conductivities is observed, i.e. no coupling occurs for standard conditions. However, if compressed, the structure of melamine resin foam becomes irregular and coupling of solid and gaseous thermal conduction occurs. The more the melamine resin foam sample is compressed, the stronger is the coupling effect. For example, the measured gas-pressure dependent thermal coductivity belonging to a compression by 84 % exceeds the effective thermal conductivity of free nitrogen by about 17 % at 0.1 MPa. The experimental investigations were supplemented by theoretical considerations. First of all, coupling of solid and gaseous thermal conduction was described by means of a series connec-tion of the thermal resistances of the solid and the gas phase, in order to examine the depend-ence on different parameters. This investigation shows, that the coupling term depends on the ratios of solid and gaseous thermal conductivity as well as of the geometrical parameters in both phases. Furthermore, with the computer program HEAT2, finite difference calculations were performed for model structures that are characteristic of porous material systems, espe-cially aerogel (struts, necks, torsions and dead ends). The simulated gas-pressure dependent thermal conductivity data show clearly, that the solid backbone structure with the weakest connectivity, i.e. the dead end, causes the highest amount of coupling between solid and gas-eous thermal conduction. This agrees with the experimental results. Moreover, it was found that the total effective thermal conductivity of a weakly connected porous system, where a high coupling effect (serial connection) occurs, never becomes larger than that of a well-connected system with the same porosity, where the heat transfer in both phases happens mostly in parallel. Finally, three models were developed or rather modified, in order to be able to describe the gas-pressure dependent thermal conductivity of porous material systems theoretically. At first, a model originally developed for packed beds of spherical particles was adapted to aerogel, i.e. coupling of solid and gaseous thermal conduction was only taken into account for the gaps between two adjacent particles. Comparison with the experimental curves shows that the coupling term calculated is too low. Therefore, an already existing aerogel model with a cubic unit cell, which includes additional coupling between the individual particle strings, was improved. The agreement of this model with the measurement curves is also very poor, because the cou-pling contribution is still underrated. This is due to the chosen regular cubic structure being too imprecise for irregularly formed aerogel backbones. Thus, when calculating the coupling term, the above-mentioned high contribution due to dead ends (and also torsions) gets lost. Empiri-cally however, all gas-pressure dependent measurement curves received for aerogel, can be described relatively well by the so-called scaling model. This is Knudsen’s model for pure gaseous thermal conduction scaled with a constant factor. The application of this simple model to the experimental data shows that the accommodation coefficients of helium in aerogel are significantly higher than the literature values (around 0.3 on metal surfaces): Within the RF and carbon aerogels investigated accommodation coefficients close to 1 can be derived for helium. Moreover, the scaling model is suitable for a reliable determination of the mean pore sizes of porous materials from gas-pressure dependent thermal conductivity data. Therefore, a straightforward and nondestructive characterization method was found.

El progrés i les millores assolides en el camp industrial han empès els investigadors a buscar eines més refinades per tal de modelar aquests processos amb un major grau de precisió. Les propietats termofísiques són necessàries i el seu coneixement ha de ser molt precís, ja que una predicció poc acurada pot afectar el disseny d'una operació unitària, amb una consegüent pèrdua de rendiment i diners. Actualment, els models teòrics han progressat com a eines modernes que poden proveir a l'usuari d'una quantitat ingent d'informació sobre un fluid de manera ràpida, neta i barata. En qualsevol cas, manca encara un llarg camí per trobar una eina poderosa capaç de calcular el comportament termodinàmic de qualsevol compost en qualsevol condició. Aquest treball utilitza una robusta equació d'estat anomenada soft-SAFT. El nom original prové de la Teoria Estadística de Fluids Associants (SAFT), que és una equació basada en principis de mecànica estadística. Posseeix una molt forta base molecular, proposant un model "físic" per a descriure el compost. Soft-SAFT és una variant de la SAFT original que utilitza un terme de referència basat en una interacció de tipus Lennard-Jones entre les molècules. Malgrat que l'equació prèvia ja havia estat provada de manera exitosa en un conjunt molt variat de treballs, encara fallava en una regió molt important del diagrama de fases: la regió crítica. En aquesta regió, les propietats sofreixen fortes fluctuacions i canvien dràsticament degut a les llargues correlacions que es produeixen entre les molècules. La versió original de la soft-SAFT no pot tenir en compte aquestes fluctuacions de llarg abast perquè està basada en una teoria de camp mig. Tanmateix, aquesta fallida de la teoria ha estat superada introduint un tractament específic de "crossover", que considera les fluctuacions inherents. El procediment està basat en la teoria del grup de renormalització de Wilson (1971) i va ser desenvolupada per White (1992). S'escriu com un joc de relacions recursives on les correlacions entre les molècules són considerades al llarg de vàries iteracions. L'objectiu d'aquest treball de tesi s'ha dedicat a la millora d'una equació d'estat amb base molecular anomenada soft-SAFT afegint el tractament específic de "crossover" mencionat abans. La meta general implica el desenvolupament d'una poderosa eina predictiva aplicable a tot tipus de condicions per càlculs termodinàmics. Un tractament específic per calcular les fluctuacions inherents presents a la regió crítica s'ha implementat dins de la equació. La nova equació, anomenada "crossover soft-SAFT" és utilitzada per estudiar tres famílies diferents d'hidrocarburs: els alcans, els alcanols i els perfluoroalcans, així com les seves mescles entre ells i amb altres compostos, com el diòxid de carboni o l'àcid clorhídric. Els paràmetres moleculars s'optimitzen emprant dades de densitat de líquid i pressió de vapor experimental pels primers vuit membres de cada família. Es proposa una correlació per a cada paràmetre respecte el pes molecular, i els paràmetres s'extrapolen per predir el comportament termodinàmic d'altres membres més pesats de la mateixa família, amb un grau de precisió similar a l'obtingut pels membres més lleugers. Les capacitats calorífiques, la compressibilitat isotèrmica o isentròpica i la velocitat del so han estat també calculats per totes aquestes famílies de compostos, obtenint novament un molt bon acord amb les dades experimentals en la majoria de casos. Els resultats obtinguts per a aquestes propietats resulta molt esperançador ja que aquests càlculs s'han realitzat d'una manera purament predictiva. S'han pogut reproduir les diferents singularitats observades experimentalment en la regió veïna al punt crític, mentre que el càlcul dels exponents crítics universals també ha revelat un acord amb les mesures experimentals. Aquest treball pretén ser un pas endavant en la millora de les eines de modelat molecular per aplicacions enginyerils. Malgrat que la natura sigui sempre sorprenent i difícil de reproduir, l'esforç dedicat a aquesta tasca és prou encoratjador per continuar buscant noves fórmules que ens donin la possibilitat d'acostar-nos una mica més al món real. / The progress and the improvements made in the industrial field have pushed the researchers to look for refined tools to model these processes with a higher degree of accuracy. Thermophysical properties are needed and have to be known in a precise way, because an inaccurate prediction may affect the design of a unit property, with a result of a loss in yield and money. Nowadays, the theoretical models have progressed as modern tools that can provide a huge amount of information of a fluid in a rapid, clean and cheap manner. In any case, there is still a long way to find a powerful tool able to calculate the thermodynamic behavior of any compound at any condition. This work uses a robust equation of state called soft-SAFT. The original name comes from the Statistical Associating Fluid Theory (SAFT), which is an equation based on statistical mechanics principles. It has a very strong molecular basis, proposing a "physical" model to describe the compound. Soft-SAFT is a variant of the original SAFT that uses a reference term based on a Lennard-Jones type interaction among the molecules. Although the previous equation had already been successfully tested in many different works, it still failed in a very important region of the phase diagram: the critical region. In that region, the properties suffer strong fluctuations and change drastically due to the long-correlations established among the molecules. The original soft-SAFT version of the equation can not take into account these long-range fluctuations because it is based in a mean-field theory. However, this lack of the theory can be now overcome introducing a specific crossover treatment that considers these inherent fluctuations. The procedure is based in the renormalization group treatment of Wilson (1971) and it was developed by White (1992). It is written as a set of recursive relations where the correlations among the molecules are considered in several iterations. The objective of this thesis work was to improve the molecular-based equation of state named soft-SAFT adding the specific crossover treatment before mentioned. The general aim was to develop a powerful predictive tool applicable under different conditions for thermodynamic calculations. The extended equation, called crossover soft-SAFT is employed to study three different families of hydrocarbons: the n-alkanes, the 1-alkanols and the n-perfluoroalkanes, and their mixtures among them and with other compounds such as carbon dioxide or hydrogen chloride. The molecular parameters are optimized using liquid density and vapor pressure data for the first eight members of each family. A correlation with molecular weight is then proposed, and the parameters are extrapolated to predict the phase behavior of heavier members of the same family, with the same degree of accuracy as that one obtained for the lighter members of the series. Heat capacities, isothermal and isentropic compressibility and the speed of sound have been calculated for these families obtaining very good agreement with experimental data in most of the cases. Results for these properties are very encouraging since calculations were performed in a pure predictive manner. The different singularities experimentally observed in the vicinity of the critical point have been reproduced and the universal critical exponents have also been found in agreement with the experimental measurements. This work intends to be a step forward in the improvement of the molecular modeling tools for engineering applications. Although nature is always surprising and difficult to reproduce, the effort devoted to this task is encouraging enough to continue looking for new formulas that give us the possibility of getting closer to the real world.

Hi ha una gran abundància de fonts de calor de baixa i mitja temperatura (<300 ° C), com pot ser la solar tèrmica, geotèrmica o calor residual de diversos processos tèrmics. Els principals serveis energètics com l'aire condicionat, la refrigeració o l'electricitat es generen en general per separat mitjançant diverses tecnologies de conversió d'energia independents. La majoria dels usuaris finals necessiten almenys més d'un servei energètic: un exemple típic d'això ho constitueix el servei energètic a edificis. La producció combinada d'electricitat (descentralitzada) i de fred mitjançant sistemes eficients de conversió d'energia accionats tèrmicament és una de la solució tecnològica adequada per fer front als actuals reptes relacionats amb l'energia a nivell mundial. L'objectiu d'aquesta tesi és el desenvolupament d'una nova classe de cicles d'absorció per a la producció d'energia mecànica o elèctrica i refrigeració mitjançant fonts d'energia de baixa i mitjana temperatura. Per aconseguir aquest objectiu, es presenta primer una revisió dels cicles d'absorció combinats proposats a la literatura. Es presenten i discuteixen més els criteris d'acompliment utilitzats en la literatura. A continuació, es proposen diversos nous cicles d'absorció combinats. Aquests són analitzats i discutits des del punt de vista energètic i exergètic per a la utilització eficaç de les fonts de calor de baixa i mitjana temperatura. Com fluids de treball s’han utilitzat mescles a base d'amoníac: NH3 / H2O, NH3 / LiNO3 i NH3 / NaSCN. S'ha desenvolupat un model semi-empíric per a un expansor de desplaçament utilitzant amoníac (i barreja d’amoníac / aigua amb alta concentració d'amoníac) com a fluid de treball. Aquest model s'ha integrat en alguns dels cicles d'absorció combinats proposats en aquesta tesi. Posteriorment, s'ha realitzat un model de sistema d'absorció per a la producció de potència i refrigeració solar (SAPCS) per usar-lo en l'eina de simulació dinàmica TRNSYS com un cas representatiu per a la integració dels cicles d'absorció combinats amb una planta termosolar. / Existe una gran abundancia de fuentes de calor de baja y media temperatura (<300 ° C), como puede ser la solar térmica, geotérmica o calor residual de diversos procesos térmicos. Los principales servicios energéticos como el aire acondicionado, la refrigeración o la electricidad se generan por lo general por separado mediante diversas tecnologías de conversión de energía independientes. La mayoría de los usuarios finales necesitan por lo menos más de un servicio energético: un ejemplo típico de esto lo constituye el servicio energético a edificios. La producción combinada de electricidad (descentralizada) y de frío mediante sistemas eficientes de conversión de energía accionados térmicamente es una de la solución tecnológica adecuada para hacer frente a los actuales desafíos relacionados con la energía a nivel mundial. El objetivo de esta tesis es el desarrollo de una nueva clase de los ciclos de absorción para la producción de energía mecánica o eléctrica y refrigeración mediante fuentes de energía de baja y media temperatura. Para lograr este objetivo, se presenta primero una revisión de los ciclos de absorción combinados propuestos en la literatura. A continuación, se proponen varios nuevos ciclos de absorción combinados. Estos son analizados y discutidos desde el punto de vista energético y exergético para la utilización eficaz de las fuentes de calor de baja y media temperatura. Como fluidos de trabajo se utilizaron mezclas a base de fluidos de trabajo de amoníaco: NH3 / H2O, NH3 / LiNO3 y NH3 / NaSCN. Se ha desarrollado un modelo semi-empírico para un expansor de desplazamiento usando amoniaco (y mezcla de amoniaco / agua con alta concentración de amoniaco) como fluido de trabajo. Este modelo se ha integrado en algunos de los ciclos de absorción combinados propuestos en esta tesis. Posteriormente, se ha realizado un modelo de sistema de absorción para la producción de potencia y refrigeración solar (SAPCS) para usarlo en la herramienta de simulación dinámica TRNSYS como un caso representativo para la integración de los ciclos de absorción combinados con una planta termosolar. En conclusión esta tesis contribuirá al desarrollo de una nueva clase de sistemas de absorción capaces de proporcionar energía y refrigeración de forma simultánea y/o alternativamente, mediante la utilización de fuentes de calor / Low and mid-grade heat sources (< 300 °C), such as solar thermal, geothermal and waste heat from various thermal processes are abundantly available. Air-conditioning, refrigeration and electricity are useful forms of energy products, usually produced using separate energy conversion technologies. Most end-users need at least dual energy products: typical example could be buildings applications. The combined production of electricity (decentralized) and cold using efficient thermally-driven energy conversion systems are one of the suitable technological solution to address the current global energy related challenges. The aim of this thesis is the development of a new class of absorption cycles to produce mechanical or electrical energy and cooling using energy sources at low or medium temperature. To achieve this aim, first combined absorption cycles proposed in the literature are reviewed. The concept of combined absorption cycles are explained in terms of idealized energy conversion systems. Performance criteria used in the literature are presented and discussed. Then, several new combined absorption cycles are proposed, analysed and discussed from the energetic and exergetic viewpoints for the effective utilization of low and mid-grade heat sources. Ammonia based working fluid mixtures were used: NH3/H2O, NH3/LiNO3 and NH3/NaSCN. A semi-empirical model for a scroll expander using ammonia (and ammonia/water mixture with high concentration of ammonia) as working fluid is developed. It is integrated into some of the proposed combined absorption cycles in this Thesis. Then, a Solar Absorption Power and Cooling System (SAPCS) model is developed for its use in TRNSYS software as a simulation tool and it is used to demonstrate a representative case for the integration of combined absorption cycles with solar thermal plant. In conclusion this thesis will contribute to the development of new class of absorption systems able to provide power and refrigeration simultaneously and/or alternatively by utilizing low and mid-grade heat sources.

En aquesta tesi s'ha realitzat un estudi teòric-experimental sobre mescles aquoses basades en el nitrat de liti com a component principal i nitrats i nitrits de sodi i potassi com a additius, per tal de millorar la seva solubilitat. Aquestes mescles són d'interès per a sistemes de refrigeració i bombes de calor d'alta temperatura (<260 oC). S'han identificat les dissolucions aquoses de LiNO3 + NaNO3 + KNO3 (53:05:42), LiNO3 + KNO3 + NaNO2 (53:35:12) i LiNO3 + KNO3 + NaNO2 (60:36:04) amb millor solubilitat que la denominada "alkitrate" LiNO3 + NaNO3 + KNO3 (53:19:28), que es pren com a referència. La tesi aporta una valuosa col·lecció de dades experimentals de solubilitat i pressió de vapor de dissolucions aquoses de nitrats i nitrits alcalins. A més s'ha desenvolupat i implementat una metodologia per a la identificació de la fase sòlida en la cristal·lització de dissolucions aquoses binàries, ternàries i quaternàries, i s'ha modelat la pressió de vapor de dissolucions aquoses de nitrats i nitrits alcalins, amb els models Electrolyte-NRTL i BET modificat. Els resultats obtinguts confirmen la validesa del model. Quant a la solubilitat, s'ha utilitzat el model predictiu BET modificat obtenint excel·lents resultats. Finalment, s'han obtingut noves correlacions per a la pressió de vapor, solubilitat, capacitat calorífica isobàrica, densitat i viscositat de les dissolucions aquoses de nitrats i nitrits alcalins estudiats, d'utilitat per al càlcul i anàlisi de les prestacions dels sistemes de refrigeració i bombes de calor a alta temperatura que utilitzen aquests fluids de treball. / En esta tesis se ha realizado un estudio teórico-experimental sobre mezclas acuosas basadas en el nitrato de litio como componente principal y nitratos y nitritos de sodio y potasio como aditivos, con el fin de mejorar su solubilidad. Estas mezclas son de interés para sistemas de refrigeración y bombas de calor de alta temperatura (< 260oC) . Se han identificado las disoluciones acuosas de LiNO3+NaNO3+KNO3(53:05:42), LiNO3+KNO3+NaNO2(53:35:12) y LiNO3+KNO3+NaNO2 (60:36:04) con mejor solubilidad que la denominada "alkitrate" LiNO3+NaNO3+KNO3 (53:19:28), que se toma como referencia. La tesis aporta una valiosa colección de datos experimentales de solubilidad y presión de vapor de disoluciones acuosas de nitratos y nitritos alcalinos. Además se ha desarrollado e implementado una metodología para la identificación de la fase sólida en la cristalización de disoluciones acuosas binarias, ternarias y cuaternarias. Se ha modelado la presión de vapor de disoluciones acuosas de nitratos y nitritos alcalinos, con los modelos Electrolyte-NRTL y BET modificado. Los resultados obtenidos confirman la validez del modelo. En cuanto a la solubilidad, se ha utilizado el modelo predictivo BET modificado obteniéndose excelentes resultados. Finalmente, se han obtenido nuevas correlaciones para la presión de vapor, solubilidad, capacidad calorífica isobárica, densidad y viscosidad de las disoluciones acuosas de nitratos y nitritos alcalinos estudiados, de utilidad para el cálculo y análisis de las prestaciones de los sistemas de refrigeración y bombas de calor a alta temperatura que utilicen estos fluidos de trabajo. / n this thesis it has been performed a theoretical and experimental study of aqueous mixtures based on lithium nitrate as the main component and nitrates and nitrites of sodium and potassium as additives in order to improve its solubility. These mixtures are of interest for refrigeration systems and heat pumps at high-temperature (<260 ° C). It have been identified the aqueous solutions of LiNO3 + NaNO3 + KNO3 (53:05:42), LiNO3 + KNO3 + NaNO2 (53:35:12) and LiNO3 + KNO3 + NaNO2 (60:36:04) with better solubility than the solution called "alkitrate" LiNO3 + NaNO3 + KNO3 (53:19:28), which is taken as reference. The thesis provides a valuable collection of experimental data of solubility and vapor pressure of aqueous solutions of alkali nitrates and nitrites. It has also been developed and implemented a method for identifying the solid phase in the crystallization of binary aqueous ternary and quaternary solutions. Vapor pressure of aqueous solutions of nitrates and alkali nitrites has been model with Electrolyte-NRTL and modified BET models. The results confirm the validity of the model. For the solubility, the predictive model BET modified has been used with excellent results. Finally new correlations have been obtained for the vapor pressure, solubility, isobaric heat capacity, density and viscosity of aqueous solutions of nitrates and alkali nitrites studied, useful for the calculation and analysis of the performance of refrigeration systems and heat pumps at high temperature using these working fluids

En aquesta tesi es presenta un estudi teòric-experimental sobre bombes de calor de compressió mecànica de vapor amb circuit de solució, també conegudes com absorció/compressió, per a la revalorització energètica a temperatures entre 120 i 140ºC de residus tèrmics entre 80 i 90ºC utilitzant mescles de fluids orgànics i bescanviadors de calor de plaques.L'estudi termodinàmic s'ha realitzat per a un cicle simple constituï t per un absorbidor, un desabsorbidor, un compressor, una bomba de solució i un bescanviador de solució. Com fluid de treball s'utilitza una mescla de fluids orgànics on el refrigerant és un alcohol (Metanol, Trifluoroetanol i Hexafluroisopropanol) i com absorbent poden utilitzar-se composts de la familia dels n-EtilenGlicol DiMetilÈters. El cicle s'ha avaluat per a l'absorbent TetraEtilenGlicol DiMetilÈter (TEGDME) i per a diferents condicions d'operació tenint en compte les variables que afecten el seu funcionament: la concentració de la solució rica, el salt tèrmic de la solució en l'absorbidor, el tipus de compressió, la temperatura de la solució a la sortida del desabsorbidor i, la temperatura de la solució a la sortida de l'absorbidor. Els paràmetres analitzats han estat: la relació de compressió, el cabal volumètric de vapor, el cabal màsic de solució pobra en refrigerant, la potència tèrmica del bescanviador de solució i el COP. Els resultats mostren que el refrigerant més idoni per a aquesta aplicació és el Metanol en combinació amb el TEGDME. Per a aquesta combinació s'han obtingut relacions de compressió moderades, de 4,4 a 7,5, cabals volumètrics de refrigerant baixos, de 35 a 50 m3/h, i valors de COP entre 3,8 i 5,4.El compressor seleccionat per a aquesta aplicació és un compressor de paletes que habitualment s'utilitza en la compressió d'aire. Al tractar-se d'un compressor lubricat, i a fi de que el lubrificant no interfeixi en el procés d'absorció, s'ha seleccionat inicialment un absorbent que compleixi també la funció de lubricació necessària pel compressor. Aquest absorbent és el PEGDME 500, producte comercial mescla de diferents composts n-EGDME, amb n&#61627;11, adecuat per les sevas propietats lubrificants per a aquest compressor. Per a comprovar la viabilitat tècnica d'aquesta elecció s'han realitzat assajos de compressió d'aire amb el compressor de paletes i lubricat amb l'absorbent proposat. També s'han avaluat les prestacions del cicle amb aquesta nova mescla de treball mitjançant al programa de simulació termodinàmica, trobant-se pràcticament els mateixos valors de COP i pressions que en el cas del TEGDME, si bè els cabals màsics de solució necessaris és dupliquen.Per a avaluar el funcionament de la bomba de calor proposada s'ha construï t un dispositiu experimental de 15 kW de potència tèrmica que inclou un compressor de paletes de 4,5 kW i bescanviadors de plaques termosoldades. La distribució de la solució en els canals de l'absorbidor es realitza mitjançant la utilització d'un aspersor situat en el port d'entrada del bescanviador. Aquest tipus de bescanviador s'ha seleccionat per a compensar les pobres propietats de transport de l'absorbent. Els assajos realitzats mostren la viabilitat tècnica d'utilitzar un lubrificant de la mateixa família de l'absorbent, encara que poden obtenir-se millores significatives si s'utilitzen dos productes diferents, PEGDME 1500 com lubricant i PEGDME 500 com absorbent.Els resultats mostren que és possible aconseguir amb aquest tipus de bescanviadors eficiències tèrmiques superiors al 70% i una bona distribució de la solució en les plaques de l'absorbidor. No obstant això, els problemes detectats en l'etapa de compressió han limitat els nivells de relació de compressió assolits i la capacitat de producció d'energia tèrmica en la bomba de calor. / This thesis presents a theoretical-experimental study of a mechanical vapour compression heat pump with solution circuit (also known as absorption/compression) for upgrading heat at temperatures between 120 and 140ºC recovering waste heat between 80 and 90ºC and working with a mixture of organic fluids.The thermodynamic study has been made for a simple cycle including an absorber, a desorber, a compressor, a solution pump and a solution heat exchanger. As a working fluid, it was used a mixture of organic fluids in that the refrigerant is an alcohol (Methanol, Trifluoroethanol or Hexafluoroisopropanol) and the absorbent was a chemical of the family of the n-EthyleneGlycol DiMethylEthers. The cycle was analysed initially for the absorbent TetraEthyleneGlycol DiMethylEther (TEGDME) and for different operation conditions taking into account the variables that affect its operation: strong solution composition, temperature lift of the solution in the absorber, type of compression, outlet solution temperature in the absorber and outlet solution temperature in the desorber. The analysed parameters were the following: compression ratio, vapour volumetric flow, weak solution mass flow, thermal power of the solution heat exchanger, and COP. The results show that the most suitable refrigerant for this application is Methanol in combination with TEGDME. For this mixture it was obtained moderate compression ratios, from 4,4 to 7,5, low volumetric flow of vapour, from 35 to 50 m3/h and values of COP between 3,8 and 5,6.The compressor selected for this application was a rotary vane compressor that habitually is used for air compression applications. The lubricant of this compressor was selected in such a way that plays also the role of absorbant. The absorbent selected was PEGDME 500, commercial product mixture of different n-EGDME compounds. To verify the technical viability of this choice, tests of air compression were made with the rotary vane compressor selected and the absorbent fluid proposed working as a lubricant. The cycle working with the Methanol/PEGDME 500 mixture was also analysed by means of a thermodynamic simulation program. The results show that COP and pressures are similar to the results obtained with the absorbent fluid TEGDME. However, the solution mass flow necessary for the same thermal power in the absorber was double that the corresponding value for TEGDME.In order to evaluate the operating conditions of the proposed heat pump, it was constructed an experimental set-up of 15 kW of thermal power with a rotary vane compressor of 4,5 kW and brazed heat exchangers for the absorber, the desorber and the solution heat exchanger. A nozzle located in the inlet port of the absorber plate heat exchanger makes the distribution of the solution into the absorber channels. This type of heat exchangers has been selected to compensate the poor transport properties of the absorbent. The tests made show the technical feasibility of using as a lubricant the same fluid playing the role of the absorbent, although best results were obtained if different products, PEGDME 1500 as lubricant and PEGDME 500 as absorbent were used.Results show that it is possible to obtain thermal efficiencies higher than 70% with this type of plate heat exchangers and a good distribution of the solution in the absorber channels. Nevertheless, the problems detected in the compression stage have limited the levels of compressor ratio reached and the thermal power of the heat pump.