Thesis (Ph. D)--University of Alabama at Birmingham, 2009. / Title from PDF t.p. (viewed June 30, 2010). Additional advisors: Viola L. Acoff, Krishan K. Chawla, Raymond J. Donahue, Gregg M. Janowski, Harry E. Littleton (ad hoc). Includes bibliographical references (p. 143-138).

Thesis (Ph. D.)--University of Texas at Austin, 2004. / Supervisors: Keith P. Johnston and William J. Koros. Vita. Includes bibliographical references.

Accurate models of aerosol transformation including partitioning between the gas- and particle-phase are needed for estimating their effects on climate and air quality. In this thesis, the process of partitioning between phases and its determining factors are introduced and investigated. Three studies assess: the accuracy of estimation methods for aerosol component volatility and its effect on particulate concentration and composition; the consistency of different solutions to models of particle-phase diffusion; and, a method to analytically solve particle-phase diffusion. These studies contribute to the ongoing effort of improving aerosol models, such that their wide-ranging effects can be accurately estimated.

Title: Study of Glow Discharge in Oxygen and its Mixtures at Medium Pressures Author: Lukáš Schmiedt Department: Department of Surface and Plasma Science Supervisor: Doc. RNDr. Věra Hrachová, CSc. Department of Surface and Plasma Science Abstract: The positive column of DC glow discharge sustained in oxygen and oxygen-argon mixtures has been studied in two discharge tubes of the same shape made from different materials (Silica and Pyrex glass) for total pressures 200 - 1750 Pa and discharge currents up to 40 mA. Parameters of the discharge - electric field strength and emission spectra - were studied with respect to existence of the low- and high-gradient forms of the positive column of the discharge. We have focused on the qualitative analysis of the differences in emission spectra for both particular forms, as well as on possibility of determination of the rotational temperature of oxygen molecule under various discharge conditions, particularly with respect to the relative amount of the admixture. Keywords: glow discharge; oxygen; medium pressures; emission spectra

O dimensionamento seguro e econômico de dissipadores de energia por ressalto hidráulico formado a jusante de vertedouros passa pela compreensão de como se processa a dinâmica do escoamento. Para que isso seja possível é necessário que sejam identificadas as características macroturbulentas do escoamento, tanto no que diz respeito aos valores médios quanto às parcelas flutuantes e extremas dos esforços de pressões atuantes junto ao fundo. Este trabalho, então, propõe a análise dos esforços hidrodinâmicos atuantes na estrutura hidráulica a partir de uma nova abordagem que preconiza que os esforços atuantes junto ao fundo devem ser avaliados como um somatório dos efeitos hidrodinâmicos ocasionados pelas distintas condições do escoamento. Dessa forma, foram avaliados individualmente os efeitos: (i) da curva de concordância vertical entre o perfil vertente e a bacia de dissipação e a sua influência sobre esta, (ii) do escoamento em regime rápido sobre um plano horizontal, (iii) da macroturbulência presente no ressalto hidráulico livre (tipo A) e (iv) do afogamento do ressalto hidráulico. Essa avaliação individualizada proporciona, em última instância, a identificação global dos esforços atuantes junto à estrutura hidráulica, conferindo sensibilidade a esta análise global a partir da identificação da influência de cada um dos efeitos atuantes e das respectivas consequências sobre a bacia de dissipação. O trabalho apresenta, assim, um método analítico de previsão de pressões médias, flutuantes e extremas atuantes ao longo de uma bacia de dissipação por ressalto hidráulico, quer este seja formado integralmente na bacia de dissipação, quer este seja formado parcialmente sobre o perfil vertente, condição predominante na operação de sistemas estruturais de dissipação de energia hidráulica. / To safely and economically design hydraulic jump energy dissipators downstream spillways the comprehension of the flow dynamics is needed. To achieve this it is needed to identify the macroturbulent characteristics of the flow, both the mean pressure values as well as the fluctuating and extreme pressures acting on the floor of the stilling basin. The present work proposes to analyze the hydrodynamic forces acting on the structures by means of a new approach which states that the pressures acting on the basin floor can be evaluates as the sum of hydrodynamic effects caused by the distinct flow conditions. The following effects were individually evaluated (i) transition from the spillway slope to the flat basin slope. (ii) supercrítical flow over a flat slope, (iii) macroturbulence present in a classic hydraulic jump (type A jump) and (iv) jump submergence. This individualized evaluation aims to identify the global forces acting on the spillway structure conferring sensitivity to the global analysis from the identification of each of the acting effects and its consequences. The present work relates an analytical method for predicting of mean, fluctuating and extreme pressures acting on a hydraulic jump stilling basin, be it formed integrally on the structure or partially over the spillway, usual condition in the basin operation.

Nesta dissertação estão apresentados os principais conceitos teóricos envolvidos na ação dos jatos formados em dissipadores tipo salto esqui sobre fossa de erosão pré-escavada, desde o trajeto do jato em sua fase aérea e em sua fase submersa, dando especial ênfase às pressões hidrodinâmicas e sua caraterização junto ao fundo da bacia. Para estudar experimentalmente a ação dos jatos nas bacias de dissipação, utilizou-se de um modelo físico de escala 1:100 construído no Laboratório de Obras Hidráulicas do IPH/UFRGS com ensaios de diferentes vazões e diferentes profundidades de fossas pré-escavadas. Os dados foram extraídos dos ensaios no modelo físico através de vasta instrumentação, utilizando-se comportas, pontas linimétricas, piezômetros, sensores de pressão, imagens e outros equipamentos. Foi realizada uma análise criteriosa dos dados gerados no modelo físico a partir das imagens do jato na sua trajetória aérea e no escoamento do jato em sua fase submersa, comparando os dados do modelo aos resultados obtidos por métodos tradicionais de cálculo. Também foram analisados os dados de pressão gerados durante os ensaios, sendo apresentados os resultados relativos às pressões médias e às pressões dinâmicas. As pressões dinâmicas observadas no modelo físico foram comparadas com as calculadas por meio de metodologia teórica abordada na bibliografia com a finalidade de avaliar a qualidade dessa metodologia para aplicação em projetos de engenharia, onde se observou grandes diferenças de magnitude da pressão quando em colchões rasos, e diferenças de distribuição de pressão ao longo do fundo da bacia de dissipação, principalmente quando em colchões profundos. No sentido de ajustar a metodologia aplicada, foi proposta a variação de parâmetros que regulam a forma do bulbo de pressões e a aplicação de um coeficiente de amortecimento de pressões, sendo que assim foi possível melhorar significativamente a distribuição e a magnitude das pressões calculadas devido à ação dos jatos no fundo da bacia de dissipação. Os resultados se mostram satisfatórios até determinada distância após o pico de pressão provocado pelo jato, sendo que após este ponto os efeitos de ressalto hidráulico prevalecem e devem ser pesquisados em estudos futuros. / In this dissertation are presented the main theorical concepts involved in the action of the jets formed in ski jump spillways on stilling basins type pre-excavated scour hole, from the path of the jet in its air stage and in his submerged phase, with particular emphasis on hydrodynamic pressures and its characterization by the bottom of the basin. To experimentally study the action of the jets in stilling basins, was used a physical model in scale 1:100 built in Hydraulic Works Laboratory of IPH/UFRGS with experiments of different flow rates and different depths of pre-excavated scour hole. The data were extracted from experiments on the physical model through extensive instrumentation, using gates, piezometers, pressure sensors, images and other equipment. A careful analysis of the data generated in the physical model from the jet images in your path through the air was performed and the flow of the jet in its submerged phase, comparing the model data to the results obtained by traditional methods of calculation. The pressure data generated during the tests and presented the results for the mean pressures and dynamic pressures were also analyzed. Dynamic pressures observed in the physical model were compared with those calculated by means of theoretical methods for the purpose of evaluating the quality of this methodology for use in engineering projects, where we observed large differences in magnitude of pressure when in shallow water beds, and diferences in pressure distribution over the stilling basin bottom, especially when in deep water beds. In order to adjust the applied methodology, it was proposed to change parameters governing the shape of the pressure bulb and the application of a pressure damping coefficient, and thus was possible to significantly improved the distribution and magnitude of the calculated pressures due to action of the jets in the stilling basin bottom. The results have been satisfactory up to a certain distance after the peak pressure caused by the jet, and after this point the hydraulic jump effects prevail and should be investigated in future studies.

Pontos quânticos de carbono (C-dots) luminescentes na região do azul-verde aprisionados em matriz de sílica foram produzidos por um processo novo, baseado na pirólise de grupos contendo carbono dispersos nas bordas dos grãos de dimensões nanométricas de sílica (AEROSIL) previamente sinterizados a frio sob alta pressão, onde nenhuma técnica de passivação foi exigida. A análise de difração de elétrons de área selecionada (SAED – Selected Area Electron Diffraction) e espectroscopia de perda de energia de elétrons (EELS – Electron Energy Loss Spectroscopy) confirmaram a formação de C-dots contendo átomos de carbono com ligações do tipo sp2. Foram investigados diferentes valores de pressão (2,5, 4 e 7,7 GPa) para sinterização a frio e diferentes temperaturas de pirólise, a partir de 500 até 900°C. Resultados de análise térmica revelaram pequena perda de massa durante a pirólise das amostras, praticamente independente da pressão utilizada na sinterização. Espectroscopia na faixa do infravermelho revelou alterações nas bandas de aborção na faixa correspondente aos modos de vibração de CH2 e CH3, dependentes da temperatura e da pressão utilizadas. Os espectros de fotoluminescência (FL) foram fortemente dependentes do comprimento de onda de excitação e observou-se uma intensidade de emissão mais elevada no intervalo entre 500-550 nm para a amostra sinterizada a frio em 7,7 GPa e tratada termicamente a 800°C para excitação em 460 nm. Também foi investigado a contribuição da matriz de silica após a sinterização. / Quantum dots in the blue-green region embedded in a silica matrix were produced by a new process based on the pyrolysis of groups containing carbon dispersed on the edges of the grain of nanosized silica (AEROSIL) previously sintered under high pressure, where no passivation technique was required. The Selected Area Electron Diffraction (SAED) and Electron Energy Loss Spectroscopy (EELS) confirmed the formation of Cdots containing carbon atoms with sp2 bonds. Different pressure values (2,5, 4 and 7,7 GPa) were investigated for cold sintering and the pyrolsys was in the temperature range from 500 to 900°C. Results of thermal analysis revealed a small loss of mass during the pyrolysis of the samples, practically independent of the sintering pressure. Infrared spectroscopy revealed changes in the absorption bands in the range corresponding to the CH2 and CH3 vibration modes, depending on the temperature and pressure conditions. Photoluminescence (PL) spectra were strongly dependent on the excitation wavelength and a higher emission intensity was observed in the range 500-550 nm for the sample sintered at 7.7 GPa and pyrolysed at 800°C for excitation at 460 nm. The contribution of the silica matrix after sintering was also investigated.

Esta tese objetiva caracterizar o escoamento provocado pela incidência de um jato vertical em um fundo plano, descrevendo assim as características médias e flutuantes das pressões a partir da investigação experimental. O modelo utilizado é composto por um jato retangular posicionado, perpendicularmente, a uma distância de 0,92 m do fundo plano de um canal. Utilizando transdutores de pressão instalados na posição de incidência do jato, adquiriu-se os valores de pressão “instantânea” a uma frequência de 128 Hz durante 10 minutos. Foram ensaiadas cinco (5) vazões: 25 l/s (Fr1 = 7,12), 30 l/s (Fr1 = 8,51), 36,6 l/s (Fr1 = 10,35), 42,7 l/s (Fr1 = 12,12) e 50l/s (Fr1 = 14,23), além de vinte (20) diferentes espessuras de colchão d'água. Com os dados de pressão, efetuou-se análises no domínio do tempo, da frequência e da posição. No domínio do tempo, analisou-se a variação dos parâmetros estatísticos essenciais (média, desvio padrão, assimetria e curtose) bem como a identificação de valores máximo e mínimos das pressões. No domínio da frequência, procurou-se avaliar por meio da análise espectral a identificação de frequências significativas associadas à energia macroturbulenta. No que tange à análise no domínio da posição buscou-se analisar a faixa de influência do jato junto ao fundo, a região de subpressões e o alcance das pressões dinâmicas. Outro aspecto importante abordado é a apresentação dos resultados em gráficos adimensionalizados, o que confere ao estudo um caráter geral dentro da faixa de valores ensaiados. Os resultados definem um colchão mínimo de água da ordem de 3 vezes a altura crítica do escoamento, para o amortecimento das pressões dinâmicas. A análise dos momentos estatísticos demonstra que a distribuição das pressões não segue a distribuição normal. Dentro disso, estão disponibilizados coeficientes estatísticos de probabilidade para a determinação das pressões extremas. Ainda, estão definidas quatro zonas a jusante do impacto do jato: Zona I - região do impacto, Zona II - reflexão do jato, Zona III - Acomodação do escoamento e por fim, a Zona IV - caracterizada pelo fim da influência do jato. Além disso, uma análise deste escoamento sob a perspectiva da formação de um ressalto hidráulico é realizada, indicando que apenas os parâmetros utilizados, não descrevem o escoamento como tal. Esta tese é produto da parceria entre Laboratório de Obras Hidráulicas do Instituto de Pesquisas Hidráulicas da Universidade Federal do Rio Grande do Sul (LOH/IPH/UFRGS) e o Laboratório de Hidráulica Experimental e Recursos Hídricos de Furnas Centrais Elétricas S. A. (LAHE/FURNAS). / This thesis aims to characterize the flow prompted by the incidence of a vertical jet on a flat bottom, thus describing the mean and floating characteristics of the pressures from the experimental investigation. The model used is comprised of a rectangular jet positioned perpendicularly at a distance of 0.92 m from the flat bottom of a channel. Using pressure transducers installed in the jet incidence position, the "instantaneous" pressure values were acquired at a frequency of 128 Hz for 10 minutes. Five (5) discharges were tested: 25 l/s (Fr1 = 7.12), 30 l/s (Fr1 = 8.51), 36.6 l/s (Fr1 = 10.35), 42.7 l/s (Fr1 = 12.12) and 50 1/s (Fr1 = 14.23), as well as twenty (20) different waterbed thicknesses. The pressure data were analyzed in terms of time, frequency and position domains. In the time domain, the variation of the essential statistical parameters (mean, standard deviation, asymmetry and kurtosis) was analyzed, as well as the identification of maximum and minimum pressure values. In the frequency domain, it was sought to assess, by means of the spectral analysis, the identification of significant frequencies associated with macroturbulent energy. Regarding the analysis in the position domain, this study aimed to analyze the range of influence of the jet near the bottom, the region of subpressions and the reach of the dynamic pressures. Another important aspect is the presentation of the results in dimensionless graphs, which grants the study a general character within the range of values tested. The results define a minimum waterbed of the order of 3 times the critical height of the flow for the damping of the dynamic pressures. Statistical moments analysis shows that the distribution of pressures does not follow the normal distribution. Therein, probability statistical coefficients are available for the determination of extreme pressures. Also, four zones are defined downstream of the impact of the jet: Zone I - region of impact, Zone II - reflection of the jet, Zone III - accommodation of the flow and, finally, Zone IV - characterized by the end of the influence of the jet. Furthermore, an analysis of this flow from the perspective of the formation of a hydraulic jump is conducted, indicating that the parameters used alone do not describe the flow as such. This thesis is a product of the partnership between the Hydraulic Works Laboratory of the Hydraulic Research Institute of the Federal University of Rio Grande do Sul (LOH/IPH/UFRGS) and the Laboratory of Experimental Hydraulics and Hydraulic Resources of Furnas Centrais Elétricas SA (LAHE/FURNAS).

L'auteur n'a pas fourni de résumé en français / Experimental study of the influence of protection structures on avalanches and impact pressures Abstract: In the frame of snow avalanche protection, the optimisation of defence structure design depends on the understanding of the flow dynamics and on a exhaustive knowledge of the flow-obstacle interaction. The study presented here utilises a mainly experimental approach. Small-scale laboratory tests were combined with field measurements and observations. Dense snow avalanches are modelled by granular materials. Dry cohesionless and mono-dispersed glass beads are released down an inclined channel. Reference tests (with no obstacles) were carried out in order to characterise the flow dynamic properties, and an obstacle was then mounted and force measurements were taken. The geometry of two obstacles was tested: a large wall spanning the whole width of the flow and a narrower wall allowing lateral flows. Results showed that an influence zone forms uphill from the obstacle and plays an important role in the flow dynamics. An analysis of this zone was carried out, together with precise measurements of the flow depth (laser technique), surface velocity (PIV) and impact forces (force sensors). In relation to density currents, powder snow avalanches are modelled by a dyed salt solution flowing down an inclined channel immersed in a water tank. We investigated the influence of two different catching-dam-type obstacles on the flow behaviour with respect to reference conditions. The maximum flow height and its front and core velocity were measured by means of image processing and ultrasound Doppler velocimetry. Results mainly showed the higher effectiveness of a dam with vertical uphill face rather than inclined and underscored the importance of the velocity norm in the computation of the total incoming flow velocity. In-situ full-scale measurements complement small-scale laboratory tests. A new full-scale experimental site was implemented on the existing avalanche defence system of Taconnaz (Chamonix, France). Three breaking mounds were equipped with velocity and pressure sensors. The reference event, the rough site conditions, the need for data synchronization and remote access defined the design constraints. In December 2010, the first event was recorded, which proved that the conceived system works effectively and also provided the first set of data. Preliminary results showed very high pressure peaks with high impact pressures even for low velocity regimes and thus a drag coefficient which increases when the Froude number decreases. Isolated rocks or ice blocks struck the sensors, contributing significantly to the total energy released by the avalanche. This work provided effective inputs for numerical and analytical models and enhanced the current knowledge of avalanche dynamics in order to optimise the future design guidelines for avalanche protection structures. Keywords: Snow avalanches, impact pressure, laboratory experiments, dense avalanches, granular flows, influence zone, dead zone to granular jump transition, powder avalanches, density currents, ultrasound Doppler velocimetry, full-scale measurements.

Made available in DSpace on 2014-10-09T12:42:50Z (GMT). No. of bitstreams: 0 / Made available in DSpace on 2014-10-09T14:08:42Z (GMT). No. of bitstreams: 1 04997.pdf: 12087055 bytes, checksum: c31b83359fbac615ad2a65e59272f6e5 (MD5) / Tese(doutoramento) / IPEN/T / Instituto de Pesquisas Energeticas e Nucleares - IPEN/CNEN-SP