Subsonic phase transition waves in bistable lattice models with small spinodal region

Phase transitions waves in atomic chains with double-well potential play a fundamental role in materials science, but very little is known about their mathematical properties. In particular, the only available results about waves with large amplitudes concern chains with piecewise-quadratic pair potential. In this paper we consider perturbations of a bi-quadratic potential and prove that the corresponding three-parameter family of waves persists as long as the perturbation is small and localised with respect to the strain variable. As a standard Lyapunov-Schmidt reduction cannot be used due to the presence of an essential spectrum, we characterise the perturbation of the wave as a fixed point of a nonlinear and nonlocal operator and show that this operator is contractive in a small ball in a suitable function space. Moreover, we derive a uniqueness result for phase transition waves with certain properties and discuss the kinetic relation.Comment: revised version with extended introduction, improved perturbation method, and novel uniqueness result; 20 pages, 5 figure

Long-Time approximations of small-amplitude, long-wavelength FPUT solutions

It is well known that the Korteweg-de Vries (KdV) equation and its generalizations serve as modulation equations for traveling wave solutions to generic Fermi-Pasta-Ulam-Tsingou (FPUT) lattices. Explicit approximation estimates and other such results have been proved in this case. However, situations in which the defocusing modified KdV (mKdV) equation is expected to be the modulation equation have been much less studied. As seen in numerical experiments, the kink solution of the mKdV seems essential in understanding the $\beta$-FPUT recurrence. In this paper, we derive explicit approximation results for solutions of the FPUT using the mKdV as a modulation equation. In contrast to previous work, our estimates allow for solutions to be non-localized as to allow approximate kink solutions. These results allow us to conclude meta-stability results of kink-like solutions of the FPUT.Comment: 23 pages, 1 figur

Analytical strategies for the quality assessment of recycled high-impact polystyrene (HIPS)

Polymers are subjected to physical and chemical changes during their processing, service life, and further recovery, and they may also interact with impurities that can alter their composition. These changes substantially modify the stabilisation mechanisms and mechanical properties of recycled polymers. The assessment of the quality properties of recycled polymers is therefore crucial to guarantee the performance of recyclates in further applications. Three key quality properties have been defined for this quality analysis: degree of mixing (composition), degree of degradation, and presence of low molecular weight compounds (degradation products, contaminants, additives). Furthermore, detailed knowledge about how the different stages of their life cycle affect the degree of degradation of polymeric materials is important when discussing their further waste recovery possibilities and the performance of recycled plastics. A dual-pronged experimental approach employing multiple processing and thermo-oxidation has been proposed to model the life cycle of recycled high-impact polystyrene (HIPS used in packaging applications, and electrical and electronic equipment (E&E). Both reprocessing and thermo-oxidative degradation are responsible for coexistent physical and chemical effects (chain scission, crosslinking, apparition of oxidative moieties, polymeric chain rearrangements, and physical ageing) on the microstructure and morphology of polybutadiene (PB) and polystyrene (PS) phases; these effects ultimately influence the long-term stability, and the rheological and mechanical behaviour of HIPS. The PB phase has proved to be the initiation point of HIPS degradation throughout the life cycle. Thermo-oxidation seems to have more severe effects on HIPS properties; therefore, it can be concluded that previous service life may be the part of the life cycle with the greatest influence on the recycling possibilities and performance of HIPS recyclates in second-market applicatVilaplana Domingo, FJ. (2008). Analytical strategies for the quality assessment of recycled high-impact polystyrene (HIPS) [Tesis doctoral no publicada]. Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/218

Desarrollo y optimización de formulaciones de poliamida de origen renovable con comportamiento ignífugo

Tesis por compendio[ES] El principal objetivo de la presente tesis doctoral se ha centrado en la obtención, desarrollo y optimización de formulaciones de poliamida de origen renovable con aditivos que mejoren las propiedades mecánicas, morfológicas, térmicas, termomecánicas y de comportamiento frente al fuego. En una primera fase se ha trabajado con mezclas de poliamida con un origen parcial biológico obtenido de la reacción del ácido dicarboxílico del aceite de ricino con la 1,6-hexametilendiamina (HMDA) derivada del petróleo mediante policondensación. De esta manera se obtiene una BioPA 610 con un contenido bio entre el 60-63% en peso. Esta PA610 se combinó con nanotubos de Halloysita (HNTs) en diferentes cargas para evaluar su efecto en la matriz y sus propiedades. Se obtuvo un gran aumento de rigidez con la incorporación de carga en la matriz polimérica además de un ligero aumento de la dureza. Las propiedades morfológicas muestran una buena dispersión de los nanotubos en el material. En cuanto a las propiedades térmicas los HTNs no suponen una gran variación de las características con respecto al polímero base. Los resultados termomecánicos muestran un gran aumento en el módulo de almacenamiento. Por otro lado, se estudiaron las propiedades de comportamiento frente al fuego de las mezclas de PA610 y HNTs mediante las técnicas del cono calorimétrico, índice límite de oxígeno (LOI), opacidad y toxicidad de los gases producidos, poder calorífico de combustión y ensayo UL-94. De los resultados obtenidos se aprecia una buena reducción del calor liberado con el aumento de carga de HNTs, una ligera disminución en el valor del LOI. En cuanto a la opacidad del humo desprendido, la presencia de HNTs no afecta demasiado en la liberación del humo, pero sí se obtiene una buena reducción del CO2 desprendido durante la combustión del material. El poder calorífico muestra una disminución de hasta 10 MJ/Kg con respecto a la PA610 sin aditivo. Por último, el ensayo de UL-94 no supone variación de resultados en las diferentes muestras analizadas. En una última fase se trabajó con grafito expandido (EGr) combinado dentro de la matriz polimérica de poliamida 1010 de origen biológico obtenida 100% de fuentes renovables. En esta fase se incorporaron cargas de EGr entre 2,5% y 10% en peso. Se estudiaron propiedades mecánicas, térmicas y termomecánicas, así como el análisis del color, morfología, hidrofobia, captación de agua y su comportamiento frente al fuego. Mecánicamente se apreció una gran mejora en la rigidez del material. En las propiedades térmicas se mejoró el grado de cristalinidad del material. El análisis termomecánico mostró un aumento en el módulo (E) y en el módulo de almacenamiento (E'). El estudio de la hidrofobia y la captación de agua dio como resultado una reducción en la absorción de agua y un aumento de la hidrofobicidad del material. Por último, en cuanto a las propiedades del material frente al fuego, se consiguió reducir en gran medida la liberación de calor emitido. El valor del índice límite de oxígeno se reduce ligeramente y el ensayo de la UL-94 muestra una mejora de V-2 a V-1 en la clasificación del compuesto con la incorporación de EGr frente al polímero sin aditivar.[CA] El principal objectiu de la present tesi doctoral s'ha centrat en l'obtenció, el desenvolupament i l'optimització de formulacions de poliamida d'origen renovable amb additius que millorin les propietats mecàniques, morfològiques, tèrmiques, termomecàniques i de comportament davant del foc. En una primera fase s'ha treballat amb barreges de poliamida amb un origen parcial biològic obtingut de la reacció de l'àcid dicarboxílic de l'oli de ricí amb la 1,6-hexametilendiamina (HMDA) derivada del petroli mitjançant policondensació. D¿aquesta manera s'obté una BioPA 610 amb un contingut bio entre el 60-63% en pes. Aquesta PA610 es va combinar amb nanotubs de Halloysita (HNTs) en diferents càrregues per avaluar el seu efecte a la matriu i les seues propietats. Es va obtenir un gran augment de rigidesa amb la incorporació de càrrega a la matriu polimèrica a més d'un lleuger augment de la duresa. Les propietats morfològiques mostren una bona dispersió dels nanotubs al material. Quant a les propietats tèrmiques, els HTNs no suposen una gran variació de les característiques respecte al polímer base. Els resultats termomecànics mostren un gran augment en el mòdul d'emmagatzematge. D'altra banda, es van estudiar les propietats de comportament davant del foc de les barreges de PA610 i HNTs mitjançant les tècniques del con calorimètric, índex límit d'oxigen (LOI), opacitat i toxicitat dels gasos produïts, poder calorífic de combustió i assaig UL-94. Dels resultats obtinguts s'aprecia una bona reducció de la calor alliberada amb l'augment de càrrega de HNTs, una lleugera disminució al valor del LOI. Quant a l'opacitat del fum desprès, la presència de HNTs no afecta gaire en l'alliberament del fum, però sí que s'obté una bona reducció del CO2 desprès durant la combustió del material. El poder calorífic mostra una disminució de fins a 10 MJ/Kg respecte de la PA610 sense additiu. Finalment, l'assaig d'UL-94 no suposa variació de resultats a les diferents mostres analitzades. En una darrera fase es va treballar amb grafit expandit (EGr) combinat dins de la matriu polimèrica de poliamida 1010 d'origen biològic obtinguda 100% de fonts renovables. En aquesta fase es van incorporar càrregues d'EGr entre el 2,5% i el 10% en pes. Es van estudiar propietats mecàniques, tèrmiques i termomecàniques, així com l'anàlisi del color, la morfologia, la hidrofòbia, la captació d'aigua i el seu comportament davant del foc. Mecànicament es va apreciar una gran millora en la rigidesa del material. A les propietats tèrmiques es va millorar el grau de cristal·linitat del material. L'anàlisi termomecànica va mostrar un augment al mòdul (E) i al mòdul d'emmagatzematge (E'). L'estudi de la hidrofòbia i la captació d'aigua va donar com a resultat una reducció de l'absorció d'aigua i un augment de la hidrofobicitat del material. Finalment, quant a les propietats del material davant del foc, es va aconseguir reduir en gran mesura l'alliberament de calor emesa. El valor de l'índex límit d'oxigen es redueix lleugerament i l'assaig de la UL-94 mostra una millora de V-2 a V-1 a la classificació del compost amb la incorporació d'EGr davant del polímer sense additivar.[EN] The main objective of this doctoral thesis has focused on obtaining, developing and optimizing polyamide formulations of renewable origin with additives that improve the mechanical, morphological, thermal, thermomechanical and fire behavior properties. In a first phase, has been carried out an experimental with polyamide mixtures with a partial biological origin obtained from the reaction of the dicarboxylic acid of castor oil with 1,6-hexamethylenediamine (HMDA) derived from petroleum by means of polycondensation. In this way, a BioPA 610 with a bio content between 60-63% by weight is obtained. This PA610 was combined with Halloysite nanotubes (HNTs) at different loadings to evaluate its effect on the matrix and its properties. A large increase in stiffness was obtained with the incorporation of filler in the polymeric matrix in addition to a slight increase in hardness. The morphological properties show a good dispersion of the nanotubes in the material. Regarding the thermal properties, the HTNs do not imply a great variation of the characteristics with respect to the base polymer. The thermomechanical results show a large increase in the storage modulus. On the other hand, the fire behavior properties of the mixtures of PA610 and HNTs were studied using the calorimetric cone techniques, limit oxygen index (LOI), opacity and toxicity of the gases produced, calorific value of combustion and UL-94 test. From the results obtained, a good reduction of the heat released with the increase in the load of HNTs, a slight decrease in the value of the LOI, can be seen. Regarding the opacity of the smoke released, the presence of HNTs does not affect the release of smoke too much, but a good reduction of the CO2 released during the combustion of the material is obtained. The calorific power shows a decrease of up to 10 MJ/Kg with respect to PA610 without additive. Lastly, the UL-94 test does not assume any variation in results in the different samples analysed. In a final phase, expanded graphite (EGr) combined within the polyamide 1010 polymeric matrix of biological origin obtained 100% from renewable sources was worked on. In this phase, EGr loads between 2.5% and 10% by weight were incorporated. Mechanical, thermal and thermomechanical properties were studied, as well as the analysis of color, morphology, hydrophobicity, water uptake and its behavior against fire. Mechanically, a great improvement in the rigidity of the material was appreciated. In the thermal properties, the degree of crystallinity of the material was improved. The thermomechanical analysis showed an increase in the modulus (E) and in the storage modulus (E'). The study of hydrophobicity and water uptake resulted in a reduction in water absorption and an increase in the hydrophobicity of the material. Finally, regarding the properties of the material against fire, it was possible to greatly reduce the release of emitted heat. The value of the oxygen limit index is slightly reduced and the UL-94 test shows an improvement from V-2 to V-1 in the classification of the compound with the incorporation of EGr compared to the polymer without additives.Agradezco al proyecto INTERREG SUDOE NABITEX (SOE2/P1/P0524) por permitirme participar en el mismo como parte de mi formación.Marset Gimeno, D. (2022). Desarrollo y optimización de formulaciones de poliamida de origen renovable con comportamiento ignífugo [Tesis doctoral]. Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/185134TESISCompendi

Demography, Selection and Evolution in Conifers

Tesis Doctoral inédita leída en la Universidad Autónoma de Madrid, Facultad de Ciencias, Departamento de Biología. Fecha de lectura: 12-09-2017La presente tesis doctoral la componen un total de 3 capítulos dedicados a inferir diferentes aspectos de la adaptación molecular en las coníferas. En el primer capítulo introducimos el trabajo y lo contextualizamos en el actual entendimiento de la genética molecular de las coníferas. En el segundo capítulo nos centramos en el estudio de la demografía y los procesos de selección natural del pino Carrasco (Pinus halepensis Mill) a lo largo de su distribución natural. Ahondamos en el efecto de la historia demográfica y del “gene surfing” (fenómeno estocástico por el que genes de baja frecuencia pueden alcanzar altas frecuencias a causa de colonizaciones a larga distancia) y de cómo esto dificulta la detección de las señales de selección. En el tercer capítulo estudiamos los procesos de selección a escala local, para lo cual utilizamos pares de poblaciones procedentes de zonas cuyas características ambientales contrastan entre sí, dentro del hábitat del pino Carrasco. Para desarrollar este capítulo comparamos diferentes metodologías estadísticas para inferir SNPs con frecuencias atípicas potencialmente bajo selección. Usamos lo aprendido hasta ahora para inferir selección en otras especies de coníferas, haciendo uso de datos genómicos. En el cuarto capítulo investigamos los MicroRNAs (un tipo de Pequeño ARN no codificante) en coníferas como una potencial y clave dirección para entender la adaptación molecular. Exploramos cómo establecer una ontología de genes para estas moléculas y así facilitar la transferencia de conocimientos de especies modelo, como es Arabidopsis thaliana (L.) Heynh, a otras especies a día de hoy menos estudiadas como son el grupo de coníferas. Keywords: Molecular Ecology, Selection, Adaptation, Genomics, Conifers

Assessment of fuel consumption reduction strategies on a gasoline turbocharged direct injection engine with a cooled EGR system

[EN] This research work presents the study of a low pressure EGR loop influence on a SI gasoline turbocharged direct injection engine in steady and transient testing conditions, with an optimization process of the original engine calibration in order to minimize the engine fuel consumption when cooled EGR is introduced in steady testing conditions. The cooled EGR strategy was also evaluated operating in synergy with other fuel consumption reduction strategies, such as: lean burn, multi-injection, higher coolant temperature and in-cylinder induced swirl motion. To fulfill the main objectives of this research work, firstly, a methodical process was followed, where a global methodology was first developed in order to obtain high accuracy engine tests, based on the experimental tools chosen that could comply with the requirements of the testing conditions, and the appropriate theoretical tools and procedure to post-process the tests performed. Secondly, a specific methodology was developed for each stage of the study and testing conditions, taking into account optimization processes or parametric tests in order to study the effect of a single parameter on engine's outputs or optimize an engine parameter in order to minimize the engine fuel consumption. As a first stage of the study, a basic analysis of the impact of cooled EGR on the engine combustion, performance, air management and exhaust emissions is presented. Afterwards, an optimization of the combustion phasing in order to minimize the fuel consumption was performed, and therefore the potential of cooled EGR in order to reduce the engine fuel consumption was observed for low load, part load and full load engine conditions, for two different engine speeds. In addition, a study in transient conditions of the engine operating with cooled EGR was performed. NEDC cycles were performed with different EGR valve openings and therefore a comparison of different cooled EGR rates influence on the engine performance, air management and accumulated exhaust emissions was presented. The second stage, consisted in a methodology developed to optimize the VVT setting and injection timing, for part load engine conditions, in order to maximize the cooled EGR potential to reduce engine fuel consumption. After this optimization, a synergy analysis of the optimum engine condition operating with cooled EGR and three other engine fuel consumption reduction strategies was performed. These strategies were tested to investigate and evaluate the potential of increasing the cooled EGR operational range to further decrease the engine fuel consumption. Furthermore, a basic study of the potential to reduce the engine fuel consumption and impact on combustion, air management and exhaust emissions of a lean burn strategy, in part load engine conditions, was presented as introduction of the final study of the cooled EGR strategy operating in synergy with the lean burn strategy in order to investigate the potential to control the exhaust emissions and reduce the engine fuel consumption.[ES] El objetivo de este trabajo de investigación es estudiar la influencia de un lazo de baja presión de EGR en las prestaciones de un motor de gasolina de encendido provocado turbosobrealimentado e inyección directa, en condiciones de ensayos estacionarios y transitorios, con un proceso de optimización de la calibración original del motor para minimizar el consumo de combustible del motor. La estrategia de "cooled EGR" fue también evaluada operando en sinergia con otras estrategias usadas para reducir el consumo de combustible del motor, entre ellas: mezcla pobre, múltiples inyecciones, operación a alta temperatura del fluido refrigerante del motor y movimiento de "swirl" inducido en el cilindro. Para cumplir con los objetivos mencionados, se siguió un proceso metódico donde previamente se desarrolló una metodología global para obtener resultados de indudable calidad, basados en el uso de herramientas experimentales que cumplieran con los requerimientos de las condiciones de ensayo, y las apropiadas herramientas teóricas y procedimiento para post-procesar los ensayos realizados. En segundo lugar, se desarrolló una metodología específica para cada etapa del estudio, teniendo en cuenta los procesos de optimización o estudios paramétricos que se pudieran realizar. Como primera etapa, se presenta un estudio básico del impacto del "cooled EGR" en la combustión, prestaciones, renovación de la carga y emisiones contaminantes del motor. Seguidamente, se procedió a la optimización del centrado de la combustión con la finalidad de minimizar el consumo de combustible del motor y poder analizar el potencial del "cooled EGR" como estrategia de reducción de consumo de combustible. El estudio presentado se realizó para baja, media y alta carga del motor con dos diferentes regímenes de giro del motor. Adicionalmente, se llevó a cabo un estudio del motor operando en condiciones transitorias con "cooled EGR". Se realizaron una serie de ensayos usando el ciclo NEDC como base y se probaron diferentes estrategias sencillas de control de la apertura de la válvula de EGR para analizar la influencia del "cooled EGR" en condiciones transitorias. La segunda etapa consiste en el desarrollo de una metodología para optimizar los parámetros del diagrama de distribución (VVT) y el inicio de inyección, para cargas medias del motor, con la finalidad de maximizar el potencial de reducción de consumo de combustible de la estrategia "cooled EGR". Una vez realizada la optimización, se llevó a cabo un estudio usando la configuración óptima encontrada, operando en sinergia con otras tres estrategias usadas para reducir el consumo de combustible del motor. Estas estrategias fueron evaluadas con la finalidad de incrementar el rango de operación de la estrategia "cooled EGR" para lograr reducir aún más el consumo de combustible del motor. Adicionalmente, se llevó a cabo un estudio básico sobre la influencia de operar con mezcla pobre en la combustión, prestaciones, renovación de la carga y emisiones contaminantes del motor, como introducción al último estudio llevado a cabo sobre la posibilidad de usar la estrategia de mezcla pobre en conjunto con la estrategia de "cooled EGR", con la finalidad de analizar el potencial de controlar las emisiones contaminantes y reducir el consumo de combustible del motor al mismo tiempo.[CA] L'objectiu d'este treball d'investigació és estudiar la influència d'un llaç de baixa pressió d'EGR en les prestacions d'un motor de gasolina d'encesa provocat turbosobrealimentat i injecció directa, en condicions d'assajos estacionaris i transitoris, amb un procés d'optimització del calibratge original del motor per a minimitzar el consum de combustible del motor. L'estratègia de "cooled EGR" va ser també avaluada operand en sinergia amb altres estratègies usades per a reduir el consum de combustible del motor, entre elles: mescla pobra, múltiples injeccions, operació a alta temperatura del fluid refrigerant del motor i moviment de `"swirl" induït en el cilindre. Per a complir amb els objectius mencionats, es va seguir un procés metòdic on prèviament es va desenrotllar una metodologia global per a obtindre resultats d'indubtable qualitat, basats en l'ús de ferramentes experimentals que compliren amb els requeriments de les condicions d'assaig, i les apropiades ferramentes teòriques i procediment per a post- processar els assajos realitzats. En segon lloc, es va desenrotllar una metodologia específica per a cada etapa de l'estudi, tenint en compte els processos d'optimització o estudis paramètrics que es pogueren realitzar. Com a primera etapa, es presenta un estudi bàsic de l'impacte del "cooled EGR" en la combustió, prestacions, renovació de la càrrega i emissions contaminants del motor. A continuació, es va procedir a l'optimització del centrat de la combustió amb la finalitat de minimitzar el consum de combustible del motor i poder analitzar el potencial del "cooled EGR" com a estratègia de reducció de consum de combustible. L'estudi presentat es va realitzar per a baixa, mitja i alta càrrega del motor amb dos diferents règims de gir del motor. Addicionalment, es va dur a terme un estudi del motor operand en condicions transitòries amb "cooled EGR". Es van realitzar una sèrie d'assajos usant el cicle NEDC com a base i es van provar diferents estratègies senzilles de control de l'obertura de la vàlvula d'EGR per a analitzar la influència del "cooled EGR" en condicions transitòries. La segona etapa consistix en el desenrotllament d'una metodologia per a optimitzar els paràmetres del diagrama de distribució (VVT) i l'inici d'injecció, per a càrregues mitges del motor, amb la finalitat de maximitzar el potencial de reducció de consum de combustible de l'estratègia "cooled EGR". Una vegada realitzada l'optimització, es va dur a terme un estudi usant la configuració òptima trobada, operant en sinergia amb altres tres estratègies usades per a reduir el consum de combustible del motor. Estes estratègies van ser avaluades amb la finalitat d'incrementar el rang d'operació de l'estratègia "cooled EGR" per a aconseguir reduir encara més el consum de combustible del motor. Addicionalment, es va dur a terme un estudi bàsic sobre la influència d'operar amb mescla pobra en la combustió, prestacions, renovació de la càrrega i emissions contaminants del motor, com a introducció a l'últim estudi dut a terme sobre la possibilitat d'usar l'estratègia de mescla pobra en conjunt amb l'estratègia de "cooled EGR", amb la finalitat d'analitzar el potencial de controlar les emissions contaminants i reduir el consum de combustible del motor al mateix temps.Rivas Perea, ME. (2016). Assessment of fuel consumption reduction strategies on a gasoline turbocharged direct injection engine with a cooled EGR system [Tesis doctoral no publicada]. Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/68497TESI

Constructing a National Food Policy: Integration Challenges in Australia and the UK

Calls for an integrated food policy to tackle the new fundamentals of the food system have been regularly made by academics, policymakers, the food industry and civil society for over a decade in many countries but, despite some changes, much of the old policy framework remains entrenched. This gap raises questions about why policy innovation has proved so difficult. This study responded to that research problem through a qualitative, interpretivist comparative study of how two countries attempted to improve their policy integration, via two specific policy integration projects: the UK’s Food Matters/Food 2030 process (2008-2010) and Australia’s (2010-2013) National Food Plan. It applied a conceptual framework fusing historical institutionalism and the public policy integration literature, focusing on the policy formulation stage. Fieldwork was conducted in both countries, including interviews with key informants; and publically-available documents about the policy projects and broader policy systems were analysed. The findings suggest the two policy projects represent a food policy shift from single-domain ‘policy taker’, towards multiple domain ‘policy maker’, but both fell short of what might be classed as ‘integration’ in the literature. The research identifies how tensions between domains are sidestepped, and makes broader propositions around how multiple values and goals co-exist in this contested policy space, and the need for improved value agreement capacity. It also highlights a general lack of focus on integration as a process. It explores how the legacy of historical fragmented approaches, plus political developments and decisions around institutional design, and a more general trend of hollowing out of national government, impact on how integrated food policy can be formulated in a particular country setting. It therefore proposes an emerging ‘institutionalist theory of food policy integration’, conceptualising the dimensions of integration, and multiple institutional influences on integration attempts