This thesis presents the design and experimental results of a low-power pipeline ADC that applies front-end capacitor-sharing. The ADC operates at 20 MS/s, resolves 1.5 bits/stage, and is implemented in IBM 0.13um technology. The purpose of the technique is to reduce power consumption in the front-end S/H. This work is a proof-of-concept and it concentrates on the front-end design. A comparison is conducted between a capacitor-sharing ADC and a regular ADC and as a result, the technique reduces the power consumption in the front-end S/H by 39%. At an input frequency of 9.53 MHz and a sampling rate of 20 MS/s, the fabricated capacitor-sharing ADC consumes 4.7 mW at 1.2 V, and it achieves an ENOB of 8.5 bits and a FOM of 0.68 pJ/step. It has an ENOB as high as 8.67 bits at 0.4 MS/s and a FOM as low as 0.6 pJ/step when sub-sampling at 20 MS/s.

Stress corrosion cracking (SCC) from the external surface of a buried pipeline is a serious matter and can cause significant economic and environmental losses. Despite of many research works which have been done on the understanding of crack initiation and propagation mechanisms, these mechanisms are still being debated. This research studied the crack growth behaviour of different pipeline steels including two types of X65, one X52 and one X80 pipeline steels in near-neutral pH environments. Crack growth behaviour of all steels has been found to be consistent with that of true corrosion fatigue. Crack growth rates were correlated with (K)2Kmax/f0.1. It was revealed that cracking behaviour of pipeline steels in near neutral pH environments is material dependent. Highest crack growth rate was seen in the steel which highest amount of hydrogen atoms could be generated and stored in its microstructure to contribute in cracking procedure due to hydrogen embrittlement effect. / Materials Engineering

Zugl.: Wuppertal, Univ., Diss., 2005

Mannheim, Univ., Diss., 2006.

Thesis (D. Min.)--Abilene Christian University, 1993. / Includes abstract. Includes bibliographical references (leaves 142-147).

Thesis (Ph. D.)--University of Washington, 1999. / Vita. Includes bibliographical references (p. 189-193).

Thesis (Ph. D.)--University of Texas at Austin, 2008. / Vita. Includes bibliographical references.

Τις τελευταίες δεκαετίες παρατηρείται σε παγκόσμιο επίπεδο τεράστια αύξηση των ενεργειακών απαιτήσεων για όλες τις κατηγορίες καταναλωτών. Η γιγάντωση της βιομηχανίας, η ανάπτυξη πρώην αναπτυσσόμενων χωρών με ραγδαίους ρυθμούς όπως η Κίνα, η Ινδία κλπ, η γενικότερη άνοδος του βιοτικού επιπέδου σε παγκόσμια κλίμακα, αλλά και η αύξηση του παγκόσμιου πληθυσμού, έχουν οδηγήσει σε εκθετική αύξηση των ενεργειακών ανάγκών του. Για την κάλυψη των αναγκών αυτών, μεγάλα έργα έχουν παραγματοποιηθεί με σκοπό την αποτελεσματικότερη εκμετάλλευση των καυσίμων και λοιπών ενεργειακών πόρων, αλλά και την γρηγορότερη και ασφαλέστερη μεταφορά τους από τα σημεία εξόρυξης και επεξεργασίας, στα κέντρα κατανάλωσης. Στο ευρύτερο αυτό πλαίσιο, η βιομηχανία της κατασκευής σωληναγωγών μεταφοράς υδρογονανθράκων γνωρίζει τεράστια ανάπτυξη τα τελευταία είκοσι χρόνια. Παράλληλα, την ίδια αν όχι μεγαλύτερη ανάπτυξη γνωρίζει και η βιομηχανία παραγωγής και μεταφοράς ηλεκτρικής ενέργειας. Για πολλούς λόγους η εξέλιξη των δύο αυτών βιομηχανικών τομέων είναι συνδεδεμένη και ακολουθεί κοινούς ενεργειακούς δρόμους. Έτσι, η επιλογή κοινών «οδών» διάβασης των υποδομών της βιομηχανίας ηλεκτρισμού και της πετρελαιοβιομηχανίας αποτελεί σήμερα πολύ συνηθισμένη πρακτική-αν όχι τον κανόνα. Κατά συνέπεια, οι περιπτώσεις παραλλήλισμού, έμμεσης προσέγγισης και διασταύρωσης γραμμών μεταφοράς υψηλής και υπερυψηλής τάσης, με αγωγούς μεταφοράς φυσικού αερίου ή πετρελαίου –υπέργειους και υπόγειους- είναι συχνή. Στις περιπτώσεις αυτές, η ηλεκτρομαγνητική επίδραση πάνω στον αγωγό μεταφοράς από την γραμμή Υ/Τ (ή ΥΥ/Τ) είναι ιδιαίτερα σημαντική. Σκοπός της παρούσας διπλωματικής εργασίας είναι η μελέτη αυτής ακριβώς της επίδρασης μιας γραμμής υψηλής τάσης πάνω σε έναν παρακείμενο υπέργειο αγωγό μεταφοράς υδρογονανθράκων, κατά την διάρκεια ενός κεραυνικού πλήγματος επί της γραμμής. Αρχικά, στα πρώτα έξι κεφάλαια έγινε μια παράθεση πληροφοριών και θεωρητική προσέγγιση όλων των επιμέρους τμημάτων που συνθέτουν τη συνολική διάταξη της μελέτης. Στο πρώτο κεφάλαιο δόθηκαν γενικές πληροφορίες για τα διάφορα είδη υπερτάσεων και την κατηγοριοποίησή τους. Στο δεύτερο κεφάλαιο διατυπώθηκαν τα βασικά χαρακτηριστικά του φαινομένου του κεραυνού, αποπειράθηκε η προσέγγιση της συμπεριφοράς του φυσικού αυτού φαινομένου, καθώς και διαπιστώθηκαν οι συνέπειες της ενέργειάς του. Στο τρίτο κεφάλαιο, έγινε μία συμπυκνωμένη παρουσίαση της θεωρητικής προσέγγισης των γραμμών μεταφοράς και δόθηκαν βασικά στοιχεία της θεωρίας για την μοντελόποίησή τους. Στο τέταρτο κεφάλαιο, παρουσιάστηκαν τα βασικά θεωρητικά στοιχεία για την μοντελοποίηση των πυλώνων και την επίδραση των κεραυνικών πληγμάτων σε αυτούς. Στο πέμπτο κεφάλαιο, δόθηκαν γενικές πληροφορίες για την ιστορία, την χρησιμότητα, την κατασκευή και τον έλεγχο των σωληναγωγών μεταφοράς αγαθών, που παίζουν πολύ σημαντικό ρόλο πρωτίστως στην παγκόσμια βιομηχανία πετρελαίου και ενέργειας. Στο έκτο κεφάλαιο, πραγματοποιήθηκε μια παρουσίαση των βασικών δομών και δυνατοτήτων του προγράμματος που χρησιμοποιήθηκε για την εκπόνηση της διπλωματικής αυτής εργασίας, του ATP-EMTP. Το κεφάλαιο επτά που ακολούθησε, αποτελεί τον πυρήνα αυτής της διπλωματικής εργασίας, καθώς σε αυτό περιγράφηκαν αναλυτικά τα μοντέλα που χρησιμοποιήθηκαν για την εξομοίωση όλων των συνιστωσών της διάταξης, δόθηκαν αναλυτικές πληροφορίες για τον τρόπο υπολογισμού των μοντέλων αυτών αλλά και για την ενσωμάτωσή τους στο πρόγραμμα ATP-Draw του EMTP. Πιο συγκεκριμένα στο έβδομο κεφάλαιο περιέχονται τα εξής: Πρωταρχικά, δόθηκαν τα χαρακτηριστικά της γεννήτριας Heidler που εξομοίωσε το σήμα του κεραυνού, μαζί με όλες τις παραμέτρους για την ενσωμάτωση του μοντέλου στο πρόγραμμα. Ακολούθως, έγινε αναλυτική παρουσίαση της γραμμής μεταφοράς ηλεκτρικής ενέργειας των 400kV διπλού κυκλώματος, του ελληνικού ΣΗΕ. Υπολογίστηκαν όλα τα χαρακτηριστικά της γραμμής, συμπεριλαμβανομένου των μέσων υψών και των εμπεδήσεων προσαρμογής που της αντιστοιχούν, και παρουσιάστηκε αναλυτικά η ενσωμάτωση όλων των παραμέτρων της γραμμής στο πρόγραμμα της εξομοίωσης. Έπειτα, έγινε πλήρης ανάλυση του χρησιμοποιηθέντος μοντέλου για την εξομοίωση των πυλώνων της γραμμής και παρατέθηκαν τα χαρακτηριστικά που επιβάλλεται αυτό να πληροί. Ακόμη, εξετάστηκαν οι πιθανές προσεγγίσεις για την μοντελοποίηση της γείωσης των πυλώνων και επιλέχθηκε η χρήση της γείωσης ωμικού χαρακτήρα ως πιο γενικής. Τόσο για το μοντέλο του πυλώνα, όσο και για εκείνο της γείωσής του, δόθηκε με λεπτομέρια η εικόνα ενσωμάτωσής τους στο πρόγραμμα εξομοίωσης. Μετέπειτα, παρουσιάστηκε το μοντέλο εξομοίωσης του υπέργειου αγωγού μεταφοράς υδρογονανθράκων (φυσικού αερίου/πετρελαίου), υπολογίστηκαν οι ηλέκτρικές του παράμετροι και αποτυπώθηκε η ενσωμάτωσή τους στο EMTP. Αμέσως μετά εξετάστηκε ίσως το πιό σημαντικό και δύσκολο κομμάτι της παρούσας διπλωματικής εργασίας, που δεν ήταν άλλο από την εξακρίβωση της αλληλεπίδρασης μεταξύ της γραμμής των 400kV και του παρακείμενου αγωγού μεταφοράς υδρογονανθράκων. Στο κομμάτι αυτό, διαπιστώθηκε η ύπαρξη των εξής τριών συνιστωσών αλληλεπίδρασης: χωρητική, επαγωγική και ωμική. Και για τις τρείς αυτές συνιστώσες της αλληλεπίδρασης του συστήματος γραμμής-αγωγού ακολούθησε εις βάθος ανάλυση του τρόπου υπολογισμού τους, των παραγόμενων αποτελεσμάτων και της ενσωμάτωσής τους στη διάταξη της εξομοίωσης. Επιπρόσθετα, στο σημείο αυτό δόθηκαν και γενικότερες αριθμητικές πληροφορίες που αφορούν το υπο εξομοίωση σύστημα, συμπεριλαμβανομένων των επιλογών του ερευνητή σχετικά με τις προσεγγίσεις της εξομοίωσης. Κλείνοντας το κεφάλαιο επτά, παρουσιάστηκε με σαφήνεια ο τρόπος ενσωμάτωσης στο πρόγραμμα των τριών συνιστωσών αλληλεπίδρασης του συστήματος γραμμής-αγωγού, μία προς μία, αλλά και συνολικά. Η συνολική αυτή αποτύπωση εμφάνισε και την δομική μονάδα του κυκλωματικού ισοδύναμου της διάταξης, η οποία αποτέλεσε τον θεμέλιο λίθο της όλης εξομοίωσης. Τέλος, η παρούσα διπλωματική εργασία ολοκληρώνεται με το όγδοο κεφάλαιο. Στο κεφάλαιο αυτό γίνεται παράθεση των αποτελεσμάτων της έρευνας για την επαγόμενη τάση πάνω σε έναν αγωγό μεταφοράς φυσικού αερίου/πετρελαίου από παρακείμενη γραμμή μεταφοράς Υψηλής Τάσης, η οποία υφίσταται κεραυνικό πλήγμα. Η παρουσίαση των αποτελεσμάτων περιλαμβάνει όλα τα αριθμητικά αποτελέσματα αλλά και τις αντίστοιχες γραφικές παραστάσεις για τις επαγόμενες τάσεις, πάνω στον αγωγό μεταφοράς υδρογονανθράκων, αλλά και στους πυλώνες και τις φάσεις της γραμμής που δέχεται το κεραυνικό πλήγμα. Κλείνοντας το τελευταίο κεφάλαιο, διατυπώνεται σειρά παρατηρήσεων επί των αποτελεσμάτων και γίνεται απόπειρα εξαγωγής κάποιων συμπερασμάτων από την όλη μελέτη. Συγκεκριμένα, διαπιστώθηκε πως ο παραλληλισμός γραμμών μεταφοράς ηλεκτρικής ενέργειας Υ/Τ και αγωγών μεταφοράς υδρογονανθράκων δημιουργεί ένα σύστημα με έντονη αλληλεπίδραση κάτω από προϋποθέσεις. Οι τάσεις και τα ρεύματα που υφίστανται επί της γραμμής, ειδικά σε περιπτώσεις έντονων σφαλμάτων και κεραυνικών πληγμάτων, έχουν ως αποτέλεσμα την ηλεκτρομαγνητική και ηλεκτροστατική σύζευξη γραμμής και αγωγού. Προϊόν της σύζευξης αυτής είναι η επαγόμενη τάση στον αγωγό μεταφοράς υδρογονανθράκων, η οποία σε κατάλληλες συνθήκες μπορεί να καταστεί επικίνδυνη, τόσο για τον άνθρωπο, όσο και για την ασφάλεια του ίδιου του αγωγού. / Over the last few decades, a huge growth on energy demands for all consuming categories is observed in a global scale. The giant growth of overall global industry, the development of former developing countries such as China, and India, etc at a rapid pace, the increase of the planet’s total population and its overall living standard has led to an exponential growth of the planet’s energy needs. To satisfy those energy needs, huge projects have been realised worldwide, in order to maximise the effisient use of fuel and other natural energy resources, as well as their fast and secure transport from their mining and refinery points to the big consumption centres. Within this framework, the gas/petroleum pipeline industry has flourished for the past twenty years. At the same time, the electrical power industry has known similar, if not greater, growth. For a variety of reasons, the development of those two industries is significantly connected and they are following, systematically common energy routes. As a result, the selection of comon right-of-ways for the infrastructure of both the gas/oil pipeline and power industry is a common practise-if not the rule. Therefore, the situations of parallelism, oblique approach and crossing between High Voltage (or even Ultra High Voltage) transmission lines and gas/petroleum pipelines –either above or underground– have quite frequently happened. In those cases, the electromagnetic influence on the oil/gas pipeline near the transmission line becomes increasingly significant. The purpose of this diploma thesis is the study of the above stated effect of a High Voltage transmission line on a nearby above ground gas/oil pipeline, under lightning conditions affecting the transmission line itself. Initially, during the first six chapters a theoretical approach was attempted and information was displayed concerning each basic part, that the total –under study– layout consists of. In the first chapter, general information for the various categories of overvoltages were given. In the second chapter, the basic characteristics of lightning were presented, its behaviour as a natural phenomenon was approched and its disastrous effects were established. During the third chapter, a theoretical approach of transmission lines was attempted and basic elements of transmission line modeling theory were given. In chapter four, basic theoretical data concerning the modeling of transmission line towers were presented and the effect of lightning on them was examined. In the fifth chapter, general information about the history, use, construction and control of pipelines were presented. The vital role this infrastructure plays in the global gas/oil and power industry was ascertained. During the sixth chapter, basic structures and key sub-programs of the ATP-EMTP (ElectoMagnetic Transient Program) were presented, along with the capabilities of this powerful software tool, that was used to perform the simulations required for this diploma thesis. Chapter seven that followed next, represents the very core of this thesis. In that chapter, a detailed description of the models used to simulate the transmission line-oil/gas pipeline layout, was presented and specific information concerning the calculations of model parameters and their implementation in ATP-Draw of EMTP was given. More specificly, the seventh chapter of the thesis contains the following: First of all, the characteristics of the Heidler generator -used to simulate the lightning strike- were given, along with all the respective parameters for its implementation in the EMTP. After that, a detailed presentation of the double-circuit 400kV transmission power line of the Greek Power Network was made. All its parameters were calculated, including average heights and matching impdendances, and their implementation in the EMTP was specified. Next, the line’s tower model that was used in the simulation was analysed and its specific critiria that needed to be met were indicated. Different possible approaches for the modeling of the tower’s footing groung were also examined, resulting in the selection of the resistive grounding electrode as the most general case. For both the tower model and the footing resistance, the implementation in the EMTP was made clear. Afterwards, the simulation model of the aboveground gas/oil pipeline was presented, its parameters were calculated and their implementation in the EMTP was depicted. Right after that, the most significant and at the same time difficult part of this study was examined: the verification of the coupling between the 400kV transmission line and the nearby gas/oil pipeline. In this part of the study, the existance of the following three coupling types was identified: capacitive, inductive and resistive coupling. For all three types of coupling between the transmission line and the pipeline, an in-depth calculative analysis was carried out, followed by representation of the produced results and their implementation in the program. Furthermore, general numerical data concerning the simulation was presented at this point, along with the researcher’s selected approximations for modeling the transmission line-gas/oil pipeline layout. Closing this chapter, the implementation in the EMTP of all three types of coupling was illustrated, both in overall and one-by-one. This overall illustration of the layout’s coupling, revealed the basic structure block of the simulation. This diploma thesis is completed in the eighth and final chapter. In that part of the study, the final simulation results are presented, concerning the induced voltage on the gas/oil pipeline from the nearby transmission power line that suffers a lightning strike. This presentation includes all numerical data and respective graphs (graphic displays) of the induced voltages on the pipeline itself, as well as the towers and the 6 phases of the transmission line. Winding up the last chapter, a series of observations on the results is made, and an attempt to reach some conclusions based on the specific study is carried out. More specifically, it was established that situations of parallelism, oblique approach and crossing between High Voltage (or even Ultra High Voltage) transmission lines and gas/petroleum pipelines –either above or underground– can create a system prone to intense coupling under certain circumstances. Strong currents and voltages circulating on the transmission line, especially during faulty and lightning conditions, result in the electromagnetic and electrostatic coupling between the line and the nearby gas/oil pipeline. Direct result of this coupling is the induced voltage upon the gas/oil pipeline, which can -under proper conditions- become a hazard for both the human factor and the safety of the pipeline itself.

Submitted by Ronildo Prado (ronisp@ufscar.br) on 2017-08-10T18:48:04Z No. of bitstreams: 1 TeseVG.pdf: 12758396 bytes, checksum: 0cff4ed1d7ee114e48143bc5de57404f (MD5) / Approved for entry into archive by Ronildo Prado (ronisp@ufscar.br) on 2017-08-10T18:48:14Z (GMT) No. of bitstreams: 1 TeseVG.pdf: 12758396 bytes, checksum: 0cff4ed1d7ee114e48143bc5de57404f (MD5) / Approved for entry into archive by Ronildo Prado (ronisp@ufscar.br) on 2017-08-10T18:48:20Z (GMT) No. of bitstreams: 1 TeseVG.pdf: 12758396 bytes, checksum: 0cff4ed1d7ee114e48143bc5de57404f (MD5) / Made available in DSpace on 2017-08-10T18:48:27Z (GMT). No. of bitstreams: 1 TeseVG.pdf: 12758396 bytes, checksum: 0cff4ed1d7ee114e48143bc5de57404f (MD5) Previous issue date: 2016-09-19 / Não recebi financiamento / Circumferential field-welding joints of oil pipelines are susceptible to defects that may lead to failures when in operation. The type of product to be transported is an important factor in the evaluation of environment-induced cracking, especially of welded joints, where fatigue cracks may originate at points of high stress concentration. In Brazil, the construction of a long distance pipeline has been started in 2014, to transport sugarcane ethanol, which is currently widely mixed with motor fuels. In this work a circumferential joint of an API 5L X70 line pipe was evaluated by hardness, tensile and impact tests; the microstructure was observed by optical microscopy in the different regions of the welded joint and the fractured surfaces were analyzed by SEM. The material of the tube was classified according to API 5L specifications and the welded regions showed hardness distribution and microstructures in agreement with the literature. The fracture surface of the welding metal after tensile and impact tests indicated that the presence of welding discontinuities may affect strongly the fracture behavior, leading to embrittlement, especially under impact testing. The susceptibility of welded joints to stress corrosion cracking (SCC) in a simulated fuel-grade ethanol (SFGE) environment was evaluated by slow strain rate (SSR) and fatigue crack growth (FCG) tests. The tests were designed to promote crack propagation through the heat-affected zone (HAZ) or through the weld metal (WM) of a circumferential weld on an API X70 steel pipe. The SSR tests in SFGE showed reduction of elongation to failure and mixed fracture, with clear signs of SCC in both the regions of the weld. The FCG tests demonstrated that the time-dependence of corrosion fatigue interactions may involve alternating periods of increasing and decreasing crack growth rates throughout the test. Acceleration of crack propagation due to SCC predominated in the WM and deceleration predominated in the HAZ. / A construção de dutos utilizados no transporte de combustíveis e derivados de petróleo e gás envolve a soldagem em campo dos tubos que, quando em operação, serão submetidos a esforços mecânicos repetitivos e a meios agressivos, dependendo do produto transportado e das condições de instalação do sistema. Em 2014 iniciou-se no Brasil a construção de um duto de longa distância que fará o transporte de etanol, uma alternativa de fonte renovável de energia com alto potencial brasileiro de produção. O processo de soldagem em campo gera pontos de concentração de tensões e regiões mais susceptíveis a defeitos e à formação de trincas, cujo processo de propagação pode ser afetado pelo contato com o etanol. Neste trabalho uma junta de solda circunferencial de um duto de aço API 5L X70 foi avaliada por meio de ensaios de dureza, tração e impacto; a microestrutura foi observada por microscopia ótica nas distintas regiões da junta e as superfícies fraturadas foram analisadas ao MEV. O efeito da Corrosão sob Tensão (CST), na solda e na zona termicamente afetada (ZTA), foi avaliado em ambiente contendo etanol simulado (SFGE), por meio de ensaios em baixa taxa de deformação (BTD) e de propagação de trinca em fadiga. O material de base do tubo foi classificado dentro das especificações da norma API 5L e a região da solda apresentou distribuição de dureza e microestruturas compatíveis com as encontradas na literatura. A análise da fratura do metal de solda em ensaios de tração e de impacto indicou que as descontinuidades da solda, ainda que qualificada, interferem significativamente no mecanismo de fratura, tendendo à fragilização, especialmente no impacto. Ensaios de baixa taxa de deformação (BTD), com corpos de prova entalhados em contato com o etanol, indicaram perda de ductilidade e fratura mista com evidência de CST na solda e ZTA. Ensaios de propagação de trinca por fadiga em etanol mostraram efeitos da interação corrosão-fadiga dependentes do tempo que podem resultar em períodos de aceleração ou desaceleração no crescimento da trinca, com predominância da aceleração na região da solda e da desaceleração na ZTA.

Background. Modern game applications pressures hardware to its limits, and affects how graphics hardware and APIs are designed. In games, rendering geometry plays a vital role, and the implementation of optimization techniques, such as view frustum culling, is generally necessary to meet the quality expected by the customers. Failing to optimize a game application can potentially lead to higher system requirements or less quality in terms of visual effects and content. Many optimization techniques, and studies of the performance of such techniques exist. However, no research was found where the utilization of computational resources in the GPU, in state-of-the-art games, was analyzed. Objectives. The aim of this thesis was to investigate the potential problem of commercial game applications wasting computational resources. Specifically, the focus was set on the triangle data processed in the geometry stage of the graphics pipeline, and the amount of triangles discarded through clipping. Methods. The objectives were met by conducting a case study and an empirical data analysis of the amount triangles and entire draw calls that were discarded through clipping, as well as the vertex data size and the time spent on processing these triangles, in eight games. The data was collected using Triangelplockaren, a tool which collects the triangle data that reaches the rasterizer stage. This data was then analyzed and discussed through relational findings in the results. Results. The results produced consisted of 30 captures of benchmark and gameplay sessions. The average of each captured session was used to make observations and to draw conclusions. Conclusions. This study showed evidence of noteworthy amounts of data being processed in the GPU which is discarded through clipping later in the graphics pipeline. This was seen in all of the game applications included in this study. While it was impossible to draw conclusions regarding the direct impact on performance, it was safe to say that the performance relative to the geometry processed was significant in each of the analyzed cases, and in many cases extreme.