Reprocessed emission from warped accretion discs induced by the Bardeen-Petterson effect

The broad Balmer emission-line profiles resulting from the reprocessing of UV/X-ray radiation from a warped accretion disc induced by the Bardeen-Petterson effect are studied. We adopt a thin warped disc geometry and a central ring-like illuminating source in our model. We compute the steady-state shape of the warped disc numerically, and then use it in the calculation of the line profile. We find that, from the outer radius to the inner radius of the disc, the warp is twisted by an angle of $\sim\pi$ before being flattened efficiently into the equatorial plane. The profiles obtained depend weakly on the illuminating source radius in the range from $3r_{g}$ to $10r_g$, but depend strongly on this radius when it approaches the marginally stable orbit of an extreme Kerr black hole. Double- or triplet-peaked line profiles are present in most cases when the illuminating source radius is low. The triplet-peaked line profiles observed from the Sloan Digital Sky Survey may be a {"}signature" of a warped disc.Comment: 8 pages, 6 figures, typos corrected, matches version to appear in MNRA

An exact solution to asymptotic Bethe equation

We present an exact solution to the asymptotic Bethe equation of weakly anisotropic Heisenberg spin chain, which is a set of non-linear algebraic equations. The solution describes the low-energy excitations above ferromagnetic ground state with fixed magnetisation, and it has a close relation to generalised Jacobi polynomial. It is equivalent to a generalised Stieltjes problem and in the continuous limit, it becomes a Riemann-Hilbert problem closely related to the finite-gap solutions of classical Landau-Lifshitz field theory.Comment: 9 pages, 1 figur

Conjectures on Hidden Onsager Algebra Symmetries in Interacting Quantum Lattice Models

We conjecture the existence of hidden Onsager algebra symmetries in two interacting quantum integrable lattice models, i.e. spin-1/2 XXZ model and spin-1 Zamolodchikov-Fateev model at arbitrary root of unity values of the anisotropy. The conjectures relate the Onsager generators to the conserved charges obtained from semi-cyclic transfer matrices. The conjectures are motivated by two examples which are spin-1/2 XX model and spin-1 U(1)-invariant clock model. A novel construction of the semi-cyclic transfer matrices of spin-1 Zamolodchikov-Fateev model at arbitrary root of unity value of the anisotropy is carried out via transfer matrix fusion procedure.Comment: 32 pages, 3 figure

Multiphysics processes in solid thermal energy storage

Um die zuverlässige Integration von Solarthermieanwendungen (ST), z.B. konzentrierte Solarenergie (concentrating solar power, CSP) bei steigendem Energiebedarf und trotz des fluktuierenden Charakters von ST zu ermöglichen, werden thermische Energiespeichertechnologien (TES) als attraktive Lösungen eingesetzt, um ST-basierte Systeme auf dem Energiemarkt wettbewerbsfähiger zu machen. Darüber hinaus werden Feststoff-TES-Systeme als vielversprechende Alternative zu herkömmlichen Flüssigkeitsspeicherlösungen betrachtet, um die Investitionskosten für die TES-Einheit weiter zu senken. Sowohl aus technischer als auch aus kommerzieller Sicht können sie vorteilhaft mittels der Komponentenfertigung bis hin zum kompletten modularen Aufbau ausgelegt werden, um die vorgesehene Beladungsmenge für verschiedene Leistungsbereiche von CSP-Anlagen abzudecken. Die erfolgreiche Integration von feststoffbasierten, sensiblen Wärmespeichern (SWS) in Parabolrinnen-Kraftwerken hat sich in den letzten zehn Jahren bewährt. Gegenwärtig gewinnt die TES-Technologie für niedrige Temperaturen neben Hochtemperaturanwendungen zur Stromerzeugung zunehmend an Bedeutung. Dies bietet die Möglichkeit, neue gemischte Feststoff-Flüssigkeits-Speichermaterialien zu entwickeln, um die Wärmespeicherdichte zu erhöhen, wie hier am Beispiel eines neuartigen, wassergesättigten zementartigen Materials demonstriert wird, das im Rahmen eines nationalen Projekts zur Speicherung von mit Solarkollektoren gewonnener Energie (IGLU-Projekt) entwickelt wurde. Wegen typischer Eigenschaften der Feststoffe müssen jedoch wichtige spezifische Probleme gelöst werden, um die Leistungsfähigkeit und Stabilität von festen TES-Systemen über einen langen Zeitraum zu gewährleisten. Die gegenwärtigen Bemühungen von Wissenschaft und Industrie konzentrieren sich auf thermische Aspekte als zentrales Hauptanliegen. Feststoffbasierte TES sind jedoch multiphysikalischen Prozessen unterworfen, d.h. das thermische Verhalten ist ein Produkt der gegenseitigen Wechselwirkung mehrerer beteiligter physikalischer Felder und beeinflusst selbst wiederum diese Felder. Das damit verbundene mechanische Verhalten der Wärmespeicherkomponenten hat einen großen Einfluss auf die Zuverlässigkeit und Haltbarkeit des Systems sowie die thermische Leistung, da mögliche Strukturschäden den Wärmetransport durch die TES-Struktur erheblich beeinflussen und die Integrität der Struktur selbst gefährden können. Die Motivation dieses Beitrags liegt in der Entwicklung eines innovativen feststoffbasierten TES-Moduls (IGLU TES) für das oben genannte IGLU-Projekt. Ziel dieses Beitrags ist es, die Leistungsfähigkeit und Integrität von feststoffbasierten TES mit Röhrenwärmetauschern unter multiphysikalischen Bedingungen zu untersuchen, um insbesondere die Möglichkeiten und Folgen eines Versagens durch mechanische Schädigung oder thermische Degradation zu identifizieren. Die Arbeit geht von einer verallgemeinerten thermo-hydro-mechanischen (THM) Analyse des IGLU TES aus, um einen ersten Einblick in die Kopplungseffekte zwischen den verschiedenen physikalischen Feldern und deren relative Bedeutung zu gewinnen. Kritische Bereiche in den Zonen um den Röhrenwärmetauscher werden dann anhand der sich einstellenden Spannungsfelder als kritisch identifiziert, da sie die strukturelle Integrität des Speichermoduls beeinträchtigen können, indem in diesen Zonen die Festigkeit charakterisierende oder bruchmechanische Kriterien überschritten werden. Die so ermittelten kritischen Bereiche erlauben eine vertiefte, strukturspezifische Analyse eines feststoffbasierten TES mit eingebetteten Röhrenwärmetauschern. Insbesondere wird ein analytischer Ansatz vorgeschlagen, indem geeignete Vereinfachungen auf der Grundlage der vorangegangenen numerischen Analysen vorgenommen werden, um eine robuste Analyse derjenigen materialspezifischen und geometrischen Größen durchzuführen, die den größten Einfluss auf die strukturelle Zuverlässigkeit des Speichermoduls ausüben. Die abgeleitete analytische Lösung kann zur Quantifizierung der Abhängigkeit kritischer Spannungen von mehreren Systemparametern, Materialkennwerten und Geometriegrößen herangezogen werden, um unter gewählten Gesichtspunkten eine Systemoptimierung mit großer Designflexibilität für die Speicherkonfiguration durchzuführen. Der analytische Ansatz erfordert nur minimalen Aufwand und eignet sich für frühe Designphasen. Dabei zeigte sich, dass das Risiko von Material- und Strukturversagen auch bei optimaler Auslegung nicht beliebig reduziert werden kann. Daher wird ein Phasenfeld-Ansatz zur Modellierung von Risswachstumsprozessen entwickelt, um wahrscheinliche Schädigungsmuster zu erfassen, die durch die Nichtübereinstimmung der thermischen Ausdehnungskoeffizienten der Systemkomponenten verursacht werden, und den Einfluss der resultierenden Risstopologien auf das thermische Verhalten eines festen TES-Systems zu quantifizieren. Der vorgeschlagene Phasenfeldansatz, formuliert innerhalb eines gekoppelten thermomechanischen Ansatzes, wird auf zwei repräsentative feste SWS-Konfigurationen angewendet, die sich sowohl hinsichtlich des Speichermediums als auch der Speichertemperatur unterscheiden. Innerhalb des Festkörpers wird ein Bruchvorgang beobachtet und die daraus resultierende thermische Leistungsabnahme durch eine Wärmetransportbehinderung in Abhängigkeit des eingeschlossenen flüssigen Mediums mit potentiell niedriger Wärmeleitfähigkeit untersucht, was zu erheblichen Schwankungen der Heizleistung in einem laufenden System führen kann

A new approach to understanding the frequency response of mineral oil

Dielectric spectroscopy is non-invasive diagnostic method and can give information about dipole relaxation, electrical conduction and structure of molecules. Since the creation of charge carriers in mineral oil is not only from dissociation but also injection from electrodes, the injection current cannot be simply ignored. The polarization caused by the charge injection has been studied in this paper. Based on our research, if the mobility of the injected charge carriers is fast enough so that they can reach the opposite electrode, the current caused by the injection will contribute only to the imaginary part of the complex permittivity and this part of the complex permittivity will decrease with the frequency with a slope of -1 which is in a good agreement with the experimental result. The classic ionic drift and diffusion model and this injection model will be combined to make an improved model. In this paper, the frequency responses of three different kinds of mineral oils have been measured, and this modified model has been used to simulate the experiment result. Since there is only one unknown parameter in this improved model, a better understanding of the frequency response in mineral oil can be achieve