15,614 research outputs found
High-precision tomography of ion qubits based on registration of fluorescent photons
We develop a new method for high-precision tomography of ion qubit registers
under conditions of limited distinguishability of its logical states. It is not
always possible to achieve low error rates during the readout of the quantum
states of ion qubits due to the finite lifetime of excited levels, photon
scattering, dark noise, low numerical aperture, etc. However, the model of
fuzzy quantum measurements makes it possible to ensure precise tomography of
quantum states. To do this, we developed a fuzzy measurement model based on
counting the number of fluorescent photons. A statistically adequate algorithm
for the reconstruction of quantum states of ion qubit registers based on fuzzy
measurement operators is proposed. The algorithm uses the complete information
available in the experiment and makes it possible to account for systematic
measurement errors associated with the limited distinguishability of the
logical states of ion qubits. We show that the developed model, although
computationally more complex, contains significantly more information about the
state of the qubit and provides a higher accuracy of state reconstruction
compared to the model based on the threshold algorithm.Comment: 9 pages, 4 figure
Simulation of metal powder packing behaviour in laser-based powder bed fusion
Laser-based powder bed fusion (L-PBF) is a method of additive manufacturing, in which metal powder is fused into solid parts, layer by layer. L-PBF shows high promise for manufacture of functional Tungsten parts, but the development of Tungsten powder feedstock for L-PBF processing is demanding and expensive. Therefore, computer simulation is explored as a possible tool for Tungsten powder feedstock development at EOS Finland Oy, with whom this thesis was made.
The aim of this thesis was to develop a simulation model of the recoating process of an EOS M 290 L-PBF system, as well as a validation method for the simulation. The validated simulation model can be used to evaluate the applicability of the used simulation software (FLOW-3D DEM) in powder material development, and possibly use the model as a platform for future application with Tungsten powder. In order to reduce complexity and uncertainties, the irregular Tungsten powder is not yet simulated, and a well-known, spherical EOS IN718 powder feedstock was used instead.
The validation experiment is based on building a low, enclosed wall using the M 290 L-PBF system. Recoated powder is trapped inside as the enclosure is being built, making it possible to remove the sampled powder from a known volume. This enables measuring the powder packing density (PD) of the powder bed. The experiment was repeated five times and some sources of error were also quantified. Average PD was found to be 52 % with a standard deviation of 0.2 %.
The simulation was modelled after the IN718 powder and corresponding process used in the M 290 system. Material-related input values were found by dynamic image analysis, pycnometry, rheometry, and from literature. PD was measured with six different methods, and the method considered as most analogous to the practical validation experiment yielded a PD of 52 %. Various particle behavior phenomena were also observed and analyzed.
Many of the powder bed characterization methods found in literature were not applicable to L-PBF processing or were not representative of the simulated conditions. Many simulation studies were also found to use no validation, or used a validation method which is not based on the investigated phenomena. The validation model developed in this thesis accurately represents the simulated conditions and is found to produce reliable and repeatable results. The simulation model was parametrized with values acquired from practical experiments or literature and closely matched the validation experiment, and could therefore be considered a truthful representation of the powder recoating process of an EOS M 290. The model can be used as a platform for future development of Tungsten powder simulation
Ultra High Strength Steels for Roll Formed Automotive Body in White
One of the more recent steel developments is the quenching and partitioning process, first proposed by Speer et al. in 2003 on developing 3rd generation advanced high-strength steel (AHSS). The quenching and partitioning (Q&P) process set a new way of producing martensitic steels with enhanced austenite levels, realised through controlled thermal treatments. The main objective of the so-called 3rd generation steels was to realise comparable properties to the 2nd generation but without high alloying additions. Generally, Q&P steels have remained within lab-scale environments, with only a small number of Q&P steels produced industrially. Q&P steels are produced either by a one-step or two-step process, and the re-heating mechanism for the two-step adds additional complexities when heat treating the material industrially. The Q&P steels developed and tested throughout this thesis have been designed to achieve the desired microstructural evolution whilst fitting in with Tata’s continuous annealing processing line (CAPL) capabilities. The CALPHAD approach using a combination of thermodynamics, kinetics, and phase transformation theory with software packages ThermoCalc and JMatPro has been successfully deployed to find novel Q&P steels. The research undertaken throughout this thesis has led to two novel Q&P steels, which can be produced on CAPL without making any infrastructure changes to the line. The two novel Q&P steels show an apparent reduction in hardness mismatch, illustrated visually and numerically after nano-indentation experiments. The properties realised after Q&P heat treatments on the C-Mn-Si alloy with 0.2 Wt.% C and the C-Mn-Si alloy with the small Cr addition is superior to the commercially available QP980/1180 steels by BaoSteel. Both novel alloys had comparable levels of elongation and hole expansion ratio to QP1180 but are substantially stronger with a > 320MPa increase in tensile stress. The heat treatment is also less complex as there is no requirement to heat the steel back up after quenching due to one-step quenching and partitioning being employed on the novel alloys
Stringent test of QED with hydrogenlike tin
Inner-shell electrons naturally sense the electric field close to the
nucleus, which can reach extreme values beyond
for the innermost electrons. Especially in few-electron highly charged ions,
the interaction with the electromagnetic fields can be accurately calculated
within quantum electrodynamics (QED), rendering these ions good candidates to
test the validity of QED in strong fields. Consequently, their Lamb shifts were
intensively studied in the last decades. Another approach is the measurement of
factors in highly charged ions. However, so far, either experimental
accuracy or small field strength in low- ions limited the stringency of
these QED tests. Here, we report on our high-precision, high-field test of QED
in hydrogenlike Sn. The highly charged ions were produced with
the Heidelberg-EBIT (electron beam ion trap) and injected into the ALPHATRAP
Penning-trap setup, where the bound-electron factor was measured with a
precision of 0.5 parts-per-billion. For comparison, we present state-of-the-art
theory calculations, which together test the underlying QED to about
, yielding a stringent test in the strong-field regime. With this
measurement, we challenge the best tests via the Lamb shift and, with
anticipated advances in the -factor theory, surpass them by more than an
order of magnitude
Комплексне забезпечення корозійнобезпечної експлуатації систем тепловодопостачання житлово-комунальної інфраструктури
Васильєв Г.С. Комплексне забезпечення корозійнобезпечної
експлуатації систем тепловодопостачання житлово-комунальної
інфраструктури. – Кваліфікаційна наукова праця на правах рукопису.
Дисертація на здобуття наукового ступеня доктора технічних наук за
спеціальністю 05.17.14 «хімічний опір матеріалів та захист від корозії». –
Національний технічний університет України «Київський політехнічний
інститут імені Ігоря Сікорського», Київ, 2023.
Робота направлена на вирішення науково-технічної проблеми
корозійнобезпечної та ефективної експлуатації систем господарсько-питного
водопостачання та комунального теплопостачання житлово-комунальної
інфраструктури за рахунок зниження корозійного руйнування трубопроводів
та зниження осадження накипу в теплообмінному обладнанні. Проблема
вирішується шляхом впливу на поверхню розділу фаз метал/корозійне
середовище і обмеженого впливу на корозійне середовище за рахунок
впровадження альтернативного підходу до водопідготовки у теплових
мережах шляхом дозування реагентів комплексної дії на основі даних
корозійного моніторингу, підвищення ефективності та надійності роботи
пластинчатих теплообмінників теплових пунктів при накладанні
ультразвукової вібрації та підвищення корозійної стійкості трубопроводів
систем гарячого водопостачання шляхом впровадження комплексу
експлуатаційних заходів. Впровадження розроблених у роботі підходів не
потребує внесення змін у конструкцію систем тепловодопостачання.
У першому розділі роботи проведений детальний аналіз будови систем
телповодопостачання населених пунктів. Розглянуто види підведення
теплової енергії до житлових будинків для потреб гарячого водопостачання та
опалення, переваги та недоліки типових схем. Проведений детальний аналіз
процесів внутрішньої корозії, що відбуваються в теплових мережах,
теплообмінному обладнанні та внутрішньобудинкових мережах в залежності
від режиму роботи та складу води. Показано, в усіх випадках корозію
спричиняє розчинений у воді кисень, а характер руйнування залежить від
режиму роботи системи. Розглянуто вплив складу води на осадження накипу
на поверхнях нагріву, механізм цього процесу та економічні наслідки. Втрати
палива від накипу становлять 1-3% на кожний міліметр товщини осаду.
Проаналізована традиційні методи боротьби з корозією та накипоутворенням:
деаерування та пом’якшення води у теплових мережах, застосування труб із
захисним покриттям та періодичне видалення осадів у системах гарячого
водопостачання. Визначено принципові недоліки цих методів. Окреслено
фізико-хімічні задачі, вирішення яких є необхідним для практичного
впровадження технологій корозійного контролю та протикорозійного захисту.
У другому розділі наведено стислий опис використаних методів
визначення швидкості корозії, елементного складу та структури поверхневих
осадів, а також установок для проведення досліджень. Для дослідження
процесів корозії маловуглецевих сталей застосовувалися поляризаційні
методи: прямої поляризації та поляризаційного опору. Результати перевіряли
методом масометрії. Для дослідження корозійної стійкості легованих сталей
використовували методи потенціостатичної, гальваностатичної та
потенціодинамічної поляризації. Процеси утворення накипу вивчали із
застосуванням методів зсуву вуглекисневої рівноваги за рахунок
електровідновлення кисню, а також метод термічної кристалізації. Для аналізу
фазових шарів на поверхні металу використовували методи ІЧ-спектроскопії,
рентгенофлюорисцентного та рентгеноструктурного аналізу. Морфологію
поверхні та осадів досліджували методами скануючої електронної мікроскопії.
Для прогнозування фізико-хімічних процесів використовували методи
мультифізичного моделювання в середовищі Comsol Multiphysics.
У третьому розділі приведені результати аналізу впливу умов
експлуатації корозійного досліджуваної корозійної системи на електрохімічну
активність продуктів корозії. Електрохімічна активність продуктів корозії
обумовлена тим, що важкорозчинні сполуки тривалентного заліза виступають
деполяризатором корозійного процесу. Поява на поверхні сталі додаткового
деполяризатора не призводить до зростання швидкості корозії. Це пов’язано із
тим, що шар гідроксиду, який містить іони Fe3+, одночасно відіграє роль
бар’єру для доступу кисню до поверхні металу. Швидкість деполяризації сталі
тривалентним залізом буде визначатися швидкістю доставки кисню до
поверхні шару гідроксиду. Таким чином, тривалентне залізо виступає у ролі
проміжної частинки в даному процесі. Воно відновлюється, окиснюючи
поверхню заліза і окиснюється киснем, наявним у воді. Збільшення часу
експозиції призводить до перекристалізації аморфних сполук у більш
стабільний кристалічний гетит, що веде до зменшення концентрації
електрохімічно активних іонів Fe3+ та зниженню швидкості корозії внаслідок
блокування поверхні сталі від доступу кисню. Визначено, що вплив
електрохімічно активних продуктів корозії у холодній водогінній воді
призводить до завищення визначеного значення швидкості корозії на 60 % при
використанні поляризаційних методів вимірювання. Збільшення температури
води до 60 С, твердості до 4,5 ммоль/дм3 і швидкості потоку до 0,4 м/с веде
до переважного утворення на поверхні металу шару карбонатних осадів, що
не проявляють електрохімічної активності.
У четвертому розділі наведені результати випробувань зразків
багатотонажних продуктів переробки агропромислового комплексу сімейства
хрестоцвітів в якості сировини для отримання «зелених» інгібіторів корозії для
систем теплопостачання. Методом хромато-мас-спектроскопії проведено
аналіз компонентного складу екстрактів. Протинакипну ефективність
досліджено методами електрохімічного зміщення вуглексиневої рівноваги при
катодному відновленні кисню та при термічні кристалізації. Встановлено, що
протинакипний ефект проявляє спиртовий екстракт макухи редьки,
ефективність інгібування накипу становить 75%. В той же час обмежена
модифікація корозійного середовища екологічно-чистими, безпечними
сполуками веде до зниження швидкості корозії за рахунок утворення на
поверхні металу захисної плівки.
В п’ятому розділі роботи наводяться результати впливу ультразвукової
вібрації на стійкість легованих сталей AISI 430, 304, 316 до пітингової корозії
в хлоридвмісних середовищах. Через санітарні обмеження для питної води,
захист теплообмінних поверхонь пластинчатих апаратів у теплових пунктах
неможливо здійснити із застосуванням інгібіторів корозії. Перспективним
підходом для підвищення пітингостійкості високолегованих сталей до
локальних видів корозії є застосування ультразвуку, але ультразвукова
обробка середовища має дуже обмежений радіус дії – 10-50 см від
випромінювача. Збільшення радіусу дії вимагає підвищення потужності
ультразвуку, що може негативно впливати на метал, викликаючи кавітаційне
руйнування. Запропоновано замінити введення ультразвуку у середовище на
прикладання ультразвукової вібрації до металу. Швидкість поширення звуку
в металі більше ніж у воді у 3,8 рази, за рахунок цього зона впливу вібрації
збільшується, а потужність ультразвуку зменшується. Це одночасно дозволяє
забезпечити обробку поверхні в докавітаційному режимі та веде до
енергозбереження. Показано, що накладання ультразвукової вібрації частотою
28 кГц і потужністю 1,2 Вт призводить до зміщення потенціалу пітингу на 100-
150 мВ в анодну сторону, а струм розчинення сталі через пітинги знижується
в 10-30 разів при накладанні вібрації. Встановлено механізм ультразвукового
пригнічення пітингу, який полягає у вібраційному зниженні адгезії шару осаду
над зоною пітингу, що веде до нейтралізації кислого середовища в зоні пітингу
та репасивації металу внаслідок інтенсивного перемішування розчину в
приповерхневому шарі. Показано, що залежність зміщення потенціалу пітингу
від прикладеної потужності ультразвуку має лінійний характер. Ефективність
ультразвукового пригнічення пітингів підтверджена методами оптичної та
електронної мікроскопії поверхні після випробувань, даними хронометрії та
кулонометрії та зміни маси в результаті анодної поляризації.
В шостому розділі наведені результати досліджень впливу режимів
роботи системи гарячого водопостачання на утворення стійких захисних
шарів на внутрішній поверхні трубопроводів. Показано, що підтримання
швидкості потоку не нижче 0,3 м/с та рівня підживлення системи гарячого
водопостачання не менше 30% об’єму систему на годину дозволяє знизити
швидкість корозії сталевих трубопроводів принаймні у 2 рази за рахунок
утворення на їх поверхні природного захисного шару із продуктів корозії та
осадів солей твердості. Більша швидкість потоку зменшує товщину
дифузійного шару і дозволяє кисню швидше досягати поверхні металу.
Збільшення подачі кисню прискорює корозію і підлуговування в катодних
зонах. Крім того, більша швидкість потоку збільшує надходження іонів
HCO3
– , утворюючи захисний карбонатний шар. Таким чином, поверхня
повністю покривається шаром кристалів кальциту невеликих розмірів, що діє
як бар’єр для кисню, і швидкість корозії зменшується. Більша швидкість
потоку також покращує блокуючі властивості поверхневого шару в анодних
зонах. Тонший дифузійний шар і більший запас кисню переміщують місце
перебігу реакції з об'єму розчину в пору. Це підтримує окислення іонів Fe2+ у
порах і запобігає їх проникненню в об’єм розчин, блокуючи тим самим пори
продуктами зневоднення Fe(OH)3. Сформований шар щільний, міцно
зчеплений з поверхнею і має здатність до самовідновлення. Показано, що
встановлення в систему гарячого водопостачання електролізерних установок
з магнієвим анодом дозволяє захистити катодно лише незначну ділянку труби
(10-15 см) навколо магнієвого анода. Решта поверхні металу захищається за
рахунок посилення захисних властивостей карбонатів в присутності
електрохімічно введених іонів магнію. Визначено оптимальне співвідношення
потоків у з’єднаннях труб системи гарячого водопостачання. Так, для
мінімізації негативного впливу пар диференційної аерації бажано
підтримувати рівномірний розподіл потоків у з’єднаннях труб, а швидкість
потоку не нижче 0,3 м/с.
У сьомому розділі роботи приведені розробки засобів корозійного
контрою та протикорозійного захисту, результати їх промислових
випробувань та впровадження. Для надійної роботи засобів корозійного
моніторингу в умовах утворення електрохімічно активних продуктів корозії
розроблено нову конструкцію датчика, який можна вилучати із трубопроводу
без зупинки останнього. Розроблені нові мікропроцесорні корозиметри, що
можуть в автоматичному режимі керувати дозуючим обладнанням для
введення інгібітору корозії. На основі корозиметрів, які додатково обладнано
GSM-модулем дистанційної передачі показань, побудована система
дистанційного корозійного моніторингу. Проведені успішні промислові
випробування такої системи в умовах реагентної водопідготовки на районній
котельні міста Києва та показана можливість переходу від традиційної
водопідготовки до реагентної без погіршення якості теплоносія. В результаті
випробувань було встановлено, що розбіжність між методами не перевищує 5-
15 % для котельних різних типів. Електрохімічний метод дозволяє визначати
вплив різних факторів на швидкість корозії: об’єм підживлення, наявність
корозійних процесів в обладнанні водопідготовки та пошкодження бойлерів
систем гарячого водопостачання. Висока чутливість та оперативність даного
методу можуть бути використані для подальшого контролю цих параметрів.
Проведені випробування протикорозійної та протинакипної ефективності
ультразвукової вібрації на теплообмінному апараті. Визначено мінімальну
потужність ультразвуку, необхідну для підтримання безнакипного режиму
роботи пластинчатого теплообмінника, яка становить 100 Вт/м2
.
Ультразвукова вібрація запобігає утворенню кристалів карбонату на поверхні
теплообмінних пластин, забезпечуючи підтримання їх в очищеному стані в
ході експлуатації. Дана технологія покладена в основу протикорозійного
захисту пластинчатих теплообмінників. Удосконалено електронний блок
установок магнієвого захисту від корозії типу ЩИТ. Введено функцію
архівування результатів роботи установки для аналізу ефективності захисту в
часі та коригування захисного струму в залежності від фактичних результатів
роботи. Установки магнієвого захисту від корозії введено в ДБН В.2.5-39:2008
та успішно впроваджуються при будівництві нового житла.The work is aimed at solving the scientific and technical problem of corrosionsafe and effective operation of domestic and drinking water supply systems and
communal heat supply of residential and communal infrastructure due to the
reduction of corrosive destruction of pipelines and the reduction of scale deposition
in heat exchange equipment. The problem is solved by influencing the surface of the
metal/corrosive medium interface and limited influence on the corrosive medium
due to the implementation of an alternative approach to water treatment in heat
networks by dosing reagents of complex action based on corrosion monitoring data,
increasing the efficiency and reliability of the plate heat exchangers of thermal points
by application of ultrasonic vibration and increasing the corrosion resistance of
pipelines of hot water supply systems by implementing a set of operational
measures. The implementation of the approaches developed in the work does not
require making changes to the design of heating and water supply systems.
In the first section of the work, a detailed analysis of the structure of hot water
supply systems of settlements was carried out. The types of thermal energy supply
to residential buildings for the needs of hot water supply and heating, advantages
and disadvantages of typical schemes are considered. A detailed analysis of internal
corrosion processes occurring in heat networks, heat exchange equipment and indoor
networks depending on the mode of operation and water composition was carried
out. It is shown that in all cases corrosion is caused by oxygen dissolved in water,
and the nature of the destruction depends on the operating mode of the system. The
influence of water composition on the deposition of scale on heating surfaces, the
mechanism of this process and economic consequences are considered. Fuel losses
from scale are 1-3% for each millimeter of sediment thickness. Traditional methods
of combating corrosion and scale formation were analyzed: deaeration and softening
of water in heating networks, use of pipes with a protective coating and periodic
removal of sediments in hot water supply systems. The fundamental shortcomings
of these methods have been identified. Physico-chemical problems are outlined, the
solution of which is necessary for the practical implementation of corrosion control
and anti-corrosion protection technologies.
The second chapter provides a brief description of the methods used to
determine the corrosion rate, elemental composition, and structure of surface
sediments, as well as research techniques. To study corrosion processes of lowcarbon steels, polarization methods were used: direct polarization and polarization
resistance. The results were checked by weight-loss technique. Potentiostatic,
galvanostatic and potentiodynamic polarization techniques were used to study the
corrosion resistance of stainless steels. The processes of scale formation were
studied using the methods of shifting the carbon dioxide balance due to the
electroreduction of oxygen, as well as the method of thermal crystallization. The
methods of IR spectroscopy, X-ray fluorescence and X-ray structural analysis were
used to analyze the phase layers on the metal surface. The morphology of the surface
and sediments was studied by scanning electron microscopy. To predict
physicochemical processes, computer modeling methods were used in the Comsol
Multiphysics environment.
The third section presents the results of the analysis of the influence of the
operating conditions of the corrosion system under study on the electrochemical
activity of corrosion products. The electrochemical activity of corrosion products is
caused by sparingly soluble compounds of Fe3+ act as a depolarizer of the corrosion
process. The appearance of an additional depolarizer on the steel surface does not
lead to an increase in the corrosion rate. This is due to the fact that the hydroxide
layer, which contains Fe3+ ions, simultaneously plays the role of a barrier for access
of oxygen to the metal surface. The rate of depolarization of steel by ferric iron will
be determined by the rate of delivery of oxygen to the surface of the hydroxide layer.
Thus, trivalent iron acts as an intermediate particle in this process. It is restored by
oxidizing the iron surface and is oxidized by the oxygen present in the water. An
increase in the exposure time leads to the recrystallization of amorphous compounds
into more stable crystalline goethite, which leads to a decrease in the concentration
of electrochemically active Fe3+ ions and a decrease in the corrosion rate due to the
blocking of the steel surface from oxygen access. It was determined that the
influence of electrochemically active corrosion products in cold tap water leads to
an overestimation of the determined value of the corrosion rate by 60% when using
polarization measurement methods. An increase in water temperature to 60 C,
hardness to 4.5 mmol/dm3
, and flow rate to 0.4 m/s leads to the preferential
formation of a layer of carbonate deposits on the metal surface that do not exhibit
electrochemical activity.
The fourth chapter presents the results of tests of samples of multi-tonnage
processing products of the agro-industrial complex of the cruciferous family as raw
materials for obtaining "green" corrosion inhibitors for heat supply systems. The
component composition of the extracts was analyzed by the method of gaschromatography mass-spectroscopy. The anti-scaling efficiency was investigated by
the methods of electrochemical shift of the carbon balance during cathodic reduction
of oxygen and during thermal crystallization. It was established that the alcohol
extract of radish cake has an anti-scale effect, the scale inhibition efficiency is 75%.
At the same time, limited modification of the corrosive environment with
environmentally friendly, safe compounds leads to a decrease in the rate of corrosion
due to the formation of a protective film on the surface of the metal.
In the fifth section of the work, the results of the influence of ultrasonic
vibration on the resistance of AISI 430, 304, 316 stainless steels to pitting corrosion
in chloride-containing environments are given. Due to sanitary restrictions for hot
potable water, protection of the heat exchange surfaces of plate apparatus in thermal
points cannot be carried out with the use of corrosion inhibitors. A promising
approach to increase the pitting resistance of highly alloyed steels to local types of
corrosion is the use of ultrasound, but ultrasonic treatment of the environment has a
very limited radius of action – 10-50 cm from the horn. Increasing the radius of
action requires increasing the power of ultrasound, which can negatively affect the
metal, causing cavitation destruction. It is proposed to replace the introduction of
ultrasound into the environment with the application of ultrasonic vibration to the
metal. The speed of sound propagation in metal is 3.8 times greater than in water,
due to this, the area of influence of vibration increases, and the power of ultrasound
decreases. This simultaneously allows for surface treatment in the pre-cavitation
mode and leads to energy savings. It is shown that the application of ultrasonic
vibration with a frequency of 28 kHz and a power of 1.2 W leads to a shift of the
pitting potential by 100-150 mV to the anode side, and the steel dissolution current
through the pitting decreases by 10-30 times when the vibration is applied. The
mechanism of ultrasonic suppression of pitting has been established, which consists
in vibrational reduction of the adhesion of the sediment layer above the pitting zone,
leads to neutralization of the acidic environment in the pitting zone and repassivation
of the metal due to intensive mixing of the solution in the near-surface layer. It is
shown that the dependence of the displacement of the pitting potential on the applied
ultrasound power is linear. The effectiveness of ultrasonic suppression of pitting is
confirmed by the methods of optical and electron microscopy of the surface after the
tests, data of chronometry and coulometry and changes in mass as a result of anodic
polarization agrees well.
The sixth chapter presents the results of studies of the influence of hot water
supply system operating modes on the formation of stable protective layers on the
inner surface of pipelines. It is shown that maintaining the flow rate at least 0.3 m/s
and the level of the hot water supply at least 30% of the system volume per hour
allows to reduce the corrosion rate of steel pipelines by at least 2 times due to the
formation of a natural protective layer on their surface corrosion products and
deposits of hardness salts. A higher flow rate reduces the thickness of the diffusion
layer and allows oxygen to reach the metal surface faster. Increasing the supply of
oxygen accelerates corrosion and alkalizing in the cathodic zones. In addition, a
higher flow rate increases the supply of HCO3
– ions, forming a protective carbonate
layer. Thus, the surface is completely covered with a layer of small calcite crystals,
which acts as a barrier to oxygen, and the rate of corrosion is reduced. A higher flow
rate also improves the blocking properties of the surface layer in the anodic zones.
A thinne
Monotheism and the Suffering of Animals in Nature
This is the Submitted Manuscript Under Review. The final version is available from Cambridge University Press via the DOI in this recordThis Element concerns itself with a particular aspect of the problem posed to monotheistic religious thought by suffering, namely the suffering of non-human creatures in nature. It makes some comparisons between Judaism, Christianity, and Islam, and then explores the problem in depth within Christian thought. After clarification of the nature of the problem, the Element considers a range of possible responses, including those based on a fall-event, those based on freedom of process, and those hypothesising a constraint on the possibilities for God as creator. Proposals based on the motif of self-emptying are evaluated. Two other aspects of the question concern God's providential relationship to the evolving creation, and the possibility of resurrection lives for animals. After consideration of the possibility of combining different explanations, the Element ends its discussion by looking at two innovative proposals at the cutting-edge of the debate
Modifying supersaturation rate with membrane area to volume ratio: scaling reduction and improved crystal growth control in membrane distillation crystallisation
This study provides detailed characterisation of nucleation kinetics, induction time and supersaturation to understand scaling and crystal growth in membrane distillation crystallisation. Membrane area was used to moderate supersaturation rate, as a method to transition across the metastable zone without modifying boundary layer conditions. Increasing membrane area sustained the same water vapour flux but increased supersaturation rate within the crystallising solution (sodium chloride). This reduced induction time and increased the supersaturation level at induction. Membrane scaling was minimised by increasing supersaturation rate despite an increase in nucleation rate. This conforms with classical nucleation theory but contradicts membrane distillation crystallisation literature, where elevated supersaturation is often linked to advanced scaling. The transition from heterogeneous to homogeneous nucleation was evidenced once greater supersaturation at induction was achieved. The probability for scaling within the low supersaturation domain was confirmed through diagnostic investigation of the scaling deposit formed, and the growth mechanism within the scaling layer related to the relevant supersaturation region. Crystal size and morphology were also related to the metastable region, where membrane-to-volume ratio can facilitate higher nucleation rates complemented by greater crystal growth. This study provides critical insight for the development of scaling mitigation strategies and creates a basis for the sustainable design of thermal membrane crystallisation systems
Solidification behavior of high nitrogen stainless steels and establishment of a one-dimensional heat transfer framework
Duplex stainless steel (DSS) has excellent corrosion resistance and mechanical properties due to its dual-phase structure. The solidification process is the key to determining the structure of materials, and an in-depth investigation of solidification can help us better understand the properties of materials. The melting and solidification processes of S32101 DSS were investigated using high temperature confocal microscopy (HTCM)
Influence of Entropy Changes on First Passage Time in the Thermodynamics of trajectories
For the thermodynamics of trajectories, an ensemble containing the variables
of dynamic activity and first-passage time (FPT) is considered. The dependence
of the average FPT on the total non-negative change in entropy is obtained.
Depending on whether entropy flows into or out of the system, the average FPT
increases or decreases as the total entropy change increases. The same
dependences were obtained for the dispersions of dynamic activity and FPT, as
well as for the correlation of dynamic activity and FPT.Comment: 21 pages, 6 figure
- …