A non-linear quasi-3D model for air management modelling in engines

El modelado se ha convertido en los últimos años en una herramienta esencial en el diseño de motores de combustión interna alternativos, ya que permite reducir considerablemente el tiempo y los costes de desarrollo. Las metodologías de diseño clásicas se basan en la fabricación de prototipos y la realización de pruebas de ensayo y error. Actualmente, la mayoría de estas pruebas han sido sustituidas por cálculos numéricos, de modo que sólo las opciones de diseño más prometedoras se prueban en realidad en banco motor. Durante años, los códigos unidimensionales de dinámica de gases en el dominio del tiempo han sido suficientes para modelar tanto las prestaciones y el consumo del motor como el ruido de admisión y escape. Sin embargo, para un nivel más exigente de diseño, una representación 1D puede no ser suficiente para describir con precisión el flujo en ciertos elementos. Esto es especialmente importante en el caso de silenciadores, donde la hipótesis unidimensional sólo se puede aplicar a geometrías simples. En el caso de las uniones de conductos es la existencia de estructuras tridimensionales de flujo complejas lo que establece el límite de la aplicabilidad de una descripción simple cero-dimensional. En vista de estas limitaciones, la primera opción sería el uso de un modelo de dinámica de fluidos computacional (CFD); sin embargo, su aplicación conllevaría un tiempo de cálculo excesivo. Una posible solución de compromiso viene dada por los modelos cuasi-3D, basados en esquemas tridimensionales, pero con ciertas simplificaciones capaces de reducir significativamente el tiempo de cálculo sin afectar excesivamente a la precisión. Tales soluciones se han convertido en estándar en los códigos comerciales y se han aplicado con éxito a los silenciadores, tanto para excitaciones acústicas en el régimen lineal como en condiciones reales de motor, típicamente no lineales. Esta tesis tiene como objetivo el desarrollo de un nuevo método numérico cuasi-3D en una malla escalonada, basado en la simplificación de la ecuación de la cantidad de movimiento, para ser incluido en un código unidimensional existente. Tal método, sin embargo, no está libre de inconvenientes. En particular, se ve afectado por la aparición de oscilaciones no físicas, especialmente en gradientes de presión significativos. De la revisión bibliográfica se determina que este comportamiento es típico en esquemas de segundo orden y se puede ver acentuado por las simplificaciones adoptadas. Tras estudiar las posibles soluciones aplicables a este problema, se desarrollan tres limitadores de flujo diferentes, basados en las metodologías MDT, FCT y TVD. Una vez definido el método numérico y asegurada su estabilidad, es necesario desarrollar las condiciones de contorno adecuadas que permitan su utilización. Con este objetivo, se desarrollan las condiciones de pulso de presión de entrada y de extremo anecoico, los cuales permiten simular un banco de impulso. No hay que olvidar, sin embargo, que el objetivo final es la conexión con un código unidimensional, por lo que hay que comprobar que el método numérico cuasi-3D creado es compatible con los unidimensionales existentes, mostrando algunos resultados preliminares. Finalmente, con el método ya completamente operativo, se procede a su validación en las aplicaciones para las que ha sido diseñado principalmente, las cuales son, modelado de silenciadores y uniones de conductos. Para el caso de los silenciadores, se modelan dispositivos de complejidad creciente, pasando por geometrías de sección constante hasta sistemas con geometrías reales. Los resultados obtenidos se validan con otras herramientas tanto lineales como no lineales. En el caso de las uniones de conductos, el objetivo principal es el de establecer el potencial del nuevo método numérico frente a los tradicionales unidimensionales, por lo que los resultados de ambos se comparan con datos experimentEngine modelling has become an essential tool in the design of internal combustion engines, allowing considerable reductions in development time and cost. Classical design methodologies are based on prototype manufacturing and trial-and-error tests, but currently, most of those tests have been replaced by numerical computations, so that only the most promising design options are actually tested on engine bench. For years, one-dimensional gas dynamics codes in the time domain have offered sufficiently good solutions for modelling both engine performance and intake and exhaust noise. However, for a more demanding level of design, a 1D representation may not be sufficient to describe accurately the flow in certain elements. This is especially important in the case of silencers. In the case of duct junctions, the existence of complex 3D flow structures is what sets the applicability limit for a simple zero-dimensional description. In view of these limitations, the first option would typically be the use of a computational fluid dynamics (CFD) model; however, the application of such a model to a complete intake or exhaust system entails an excessive computational time. A possible compromise solution is given by quasi-3D models, based on three-dimensional schemes, but with certain simplifications able to significantly reduce the calculation time without excessively affecting the accuracy. Such solutions have become standard in commercial codes and have been successfully applied to silencers with perforated tubes and absorbing material, both in the linear acoustic regime and in real engine conditions, typically non-linear. The objective of this thesis is the development a new quasi-3D numerical method in a staggered-grid, based on the simplification of the momentum equation, to be included in an existing one-dimensional code. Such method however, is not hassle free. In particular, it is affected by the appearance of non-physical oscillations, specially near significant pressure gradients. From the literature review it is determined that this behaviour is typical among second-order schemes and it can be aggravated by the simplifications adopted. After researching the possible solutions to face this problem, three different flux limiters are developed, based on the MDT, FCT and TVD methodologies. In the case of the two latter methods, its effectiveness is well established for finite differences schemes, thus defining a clear improving line for quasi-3D models. Once the numerical method is defined and its stability assured, proper boundary conditions that allow its use must be developed. With this objective, a pressure pulse inlet and an anechoic termination boundary condition are developed, which allow the simulation of an impulse test rig. It should not be forgotten, however, that the ultimate objective is the connection with a one-dimensional code, therefore the compatibility of the quasi-3D numerical method created with the existing one-dimensional methods has to be tested, showing some preliminary results. Eventually, with a fully operative method, the validation process for the applications which it has been mainly developed for, takes place, namely, mufflers and duct junctions modelling. In the case of mufflers, increasingly complex devices are modelled, from constant section geometries to real geometry systems. The results obtained are validated with both linear and non-linear tools. In the case of duct junctions, the main objective is to establish the potential of the new numerical method against the traditional one-dimensional schemes, consequently, results from both approaches are compared to experimental measures, obtaining promising results.El modelatge s'ha convertit en els últims anys en una eina essencial en el disseny de motors de combustió interna alternatius, ja que permet reduir considerablement el temps i els costos de desenvolupament. Les metodologies de disseny clàssiques es basen en la fabricació de prototips i la realització de proves d'assaig i error. Actualment, la majoria d'aquestes proves han sigut substituïdes per càlculs numèrics, de manera que només les opcions de disseny més prometedores es proven en realitat en banc motor. Durant anys, els codis unidimensionals de dinàmica de gasos en el domini del temps han sigut suficients per a modelar tant les prestacions i el consum del motor com el soroll d'admissió i escapament. No obstant això, per a un nivell més exigent de disseny, una representació 1D pot no ser prou per a descriure amb precisió el flux en certs elements. Açò és especialment important en el cas de silenciadors, on la hipòtesi unidimensional només es pot aplicar a geometries simples. En el cas de les unions de conductes és l'existència d'estructures tridimensionals de flux complexes el que establix el límit de l'aplicabilitat d'una descripció simple zero-dimensional. En vista d'estes limitacions, la primera opció seria típicament l'ús d'un model de dinàmica de fluids computacional (CFD); no obstant això, l'aplicació comporta un temps de càlcul excessiu. Una possible solució de compromís ve donada pels models quasi-3D, basats en esquemes tridimensionals, però amb certes simplificacions capaços de reduir significativament el temps de càlcul sense afectar excessivament la precisió. Tals solucions s'han convertit en estàndard en codis comercials i s'han aplicat amb èxit als silenciadors, tant per a excitacions acústiques en el règim lineal com en condicions reals de motor, típicament no lineals. Aquesta tesi té com a objectiu el desenvolupament d'un nou mètode numèric quasi-3D en una malla escalonada, basat en la simplificació de l'equació de la quantitat de moviment, per a ser inclòs en un codi unidimensional existent. Tal mètode, però, no està lliure d'inconvenients. En particular, es veu afectat per l'aparició d'oscil·lacions no físiques, especialment en gradients de pressió significatius. De la revisió bibliogràfica es determina que aquest comportament és típic en esquemes de segon ordre i es pot veure accentuat per les simplificacions adoptades. Després d'estudiar les possibles solucions aplicables a aquest problema, es desenvolupen tres limitadors de flux diferents, basats en les metodologies MDT, FCT i TVD. En el cas dels dos últims mètodes, la seua efectivitat està ben establida per als esquemes de diferències finites, la qual cosa definix una clara via de millora per als models quasi-3D. Una vegada definit el mètode numèric i assegurada la seua estabilitat, és necessari desenvolupar les condicions de contorn adequades que permeten la seua utilització. Amb aquest objectiu, es desenvolupen les condicions de pols de pressió d'entrada i d'extrem anecoic, els quals permeten simular un banc d'impuls. No cal oblidar que l'objectiu final és la connexió amb un codi unidimensional, per la qual cosa cal comprovar que el mètode numèric cuasi-3D creat és compatible amb els unidimensionals existents, mostrant alguns resultats preliminars. Finalment, es procedix a la seua validació en les aplicacions per a les que ha sigut dissenyat principalment, les quals són, modelatge de silenciadors i unions de conductes. Per al cas dels silenciadors, es modelen dispositius de complexitat creixent, passant per geometries de secció constant fins a sistemes amb geometries reals. Els resultats obtinguts es validen amb altres eines tant lineals com no lineals. En el cas de les unions de conductes, l'objectiu principal és el d'establir el potencial del nou mètode numèric front als unidimensionals tradicionals, per la qual cosa els resultats d'ambdós es comparen amb dades experimHernández Marco, M. (2018). A non-linear quasi-3D model for air management modelling in engines [Tesis doctoral no publicada]. Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/103683TESI

Diversity and noise effects in a model of homeostatic regulation of the sleep-wake cycle

Recent advances in sleep neurobiology have allowed development of physiologically based mathematical models of sleep regulation that account for the neuronal dynamics responsible for the regulation of sleep-wake cycles and allow detailed examination of the underlying mechanisms. Neuronal systems in general, and those involved in sleep regulation in particular, are noisy and heterogeneous by their nature. It has been shown in various systems that certain levels of noise and diversity can significantly improve signal encoding. However, these phenomena, especially the effects of diversity, are rarely considered in the models of sleep regulation. The present paper is focused on a neuron-based physiologically motivated model of sleep-wake cycles that proposes a novel mechanism of the homeostatic regulation of sleep based on the dynamics of a wake-promoting neuropeptide orexin. Here this model is generalized by the introduction of intrinsic diversity and noise in the orexin-producing neurons in order to study the effect of their presence on the sleep-wake cycle. A quantitative measure of the quality of a sleep-wake cycle is introduced and used to systematically study the generalized model for different levels of noise and diversity. The model is shown to exhibit a clear diversity-induced resonance: that is, the best wake-sleep cycle turns out to correspond to an intermediate level of diversity at the synapses of the orexin-producing neurons. On the other hand only a mild evidence of stochastic resonance is found when the level of noise is varied. These results show that disorder, especially in the form of quenched diversity, can be a key-element for an efficient or optimal functioning of the homeostatic regulation of the sleep-wake cycle. Furthermore, this study provides an example of constructive role of diversity in a neuronal system that can be extended beyond the system studied here.Comment: 18 pages, 12 figures, 1 tabl

Enguera. Propiedad y renta en un núcleo textil valenciado del siglo XVIII

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Las primeras reacciones de las compañías ferroviarias españolas al inicio de la competencia automovilística antes de la Guerra Civil

Editada en la Fundación Empresa PúblicaEl trabajo introduce un nuevo elemento explicativo del «problema ferroviario» distinto a la crisis económica o a la acción del Estado y surgido desde finales de la década de los veinte: la competencia del automóvil. Así, se analiza cómo antes de la Guerra Civil el transporte motorizado por carretera había comenzado a competir con el ferroviario, al menos en los tráficos más rentables. Posteriormente se analizan las diversas medidas propuestas por las compañías para intentar contrarrestar esta creciente competencia y los escasos logros prácticos conseguidos.This paper explains the so-called «Spanish railways problem» as a consequence of the new competition that this traditional mean of transport suffered from the rapid development of the automobile industry. Road transportation more than any other factor was the cause of the financial difficulties of the railways companies before the Civil War. We also study the reaction of these firms and the failures of all measures that were taken.Publicad

Aquatic invasive species vector management: challenges and practical solutions on the eve of new global shipping regulations

A new world standard for ballast water management (IMO-D2) will be enforced commencing September 2017. This thesis aims to achieve required final population abundances for target organisms. In chapter 2, I tested synergy effects with two ballast water treatments (chlorination and ballast water exchange). Chapter 3 evaluated the number and volume of samples required to achieve defined error rates. Chapter 4 estimated potential production and exposure to disinfection by-products that may occur when chlorine-treating ballast water. Shipboard trials were carried out en route from Canada to Brazil with sampling carried out using a multiport ballast-tank sampling installation designed for these experiments, followed by statistical modeling and simulation for accuracy determination. Bench experiments for by-product formation were carried out with water samples collected from the same origin ports and a ballast tank to mimic water salinity and natural organic matter content. By-products were analyzed over time to determine potential exposure of vessel personnel. Combined treatment performed equal or better than each treatment alone. Synergistic effects were found for Escherichia coli resulting in greatest reductions when treatments were combined. Antagonistic effects (i.e. less than additive) were detected for phytoplankton and coliform bacteria, possibly due to replenishment of individuals after ballast water exchange. Synergistic effects could not be assessed for zooplankton due to complete elimination of viable individuals in all chlorine treatments. Multiport sampling reduced variability from within-tank aggregation. As volume and replicate number increased, error rates decreased. The best tradeoff for accuracy, precision and practicality was obtained using 1m3 ballast samples. Concerns for potential exposure to chemical treatment by-products for vessel personnel were justified, as single-pulse dosing can lead to significant production of harmful trihalomethane by-products, particularly in brackish ballast water with greater natural organic content, but also for marine and freshwater ballast supplemented with organic content. Freshwater chemical by-product levels were lowest for all treatments examined. Meeting performance-based ballast water effluent standards starting in 2017 will be challenging. My thesis demonstrates that sample sizes for effluent compliance testing should be substantial (1 m3), and that combinations of treatments may offer the greatest opportunities for reducing target organism abundances to values below permissible thresholds

EXTRACCIÓN Y CARACTERIZACIÓN DE ANTOCIANINAS DE LA FRESA MEDIANTE FLUIDOS SUPERCRÍTICOS ASISTIDA POR CAMPOS ELÉCTRICOS PULSADOS

Aplicación de las tecnología de extracción supercrítica y campos eléctricos pulsados para extraer antocianinas de la fresaLa búsqueda constante de procesos alternativos aplicables a la extracción de productos naturales, que no utilicen disolventes orgánicos o requieran de altas temperaturas, ha llevado a la tecnología supercrítica a ocupar un lugar importante en el sector alimentario. La extracción con fluidos supercríticos ha destacado como una alternativa a los métodos convencionales, ya que tienen características de extracción ajustables debido a su densidad, la cual puede ser controlada mediante cambios de presión y temperatura. Generalmente el dióxido de carbono es el fluido supercrítico más utilizado por ser una opción viable debido a su naturaleza medioambientalmente benigna y a sus propiedades termodinámicas flexibles. Adicionalmente han surgido tecnologías novedosas las cuales han ayudado a mejorar los procesos productivos, una de ellas es la de campos eléctricos pulsados. Esta tecnología consiste en un tratamiento no térmico para la conservación de alimentos en el cual se coloca un alimento fluido, semifluido o sólido en una solución electrolítica entre dos electrodos por periodos cortos de tiempo (menos de un segundo) y se aplica un determinado número de pulsos de alto voltaje. Las frutas y hortalizas de color rojo, como la fresa, presentan un alto contenido de pigmentos, destacando las antocianinas. Estos compuestos pertenecen al grupo de los flavonoides y son glucósidos de las antocianidinas, las cuales presentan actividad antioxidante, disminuyen el daño oxidativo causado por radicales libres y se relacionan con la actividad anticancerígena, antiinflamatoria y antitumoral. El presente proyecto de investigación tiene como objetivo general la extracción de las antocianinas contenidas en la fresa por medio de fluidos supercríticos asistido por campos eléctricos pulsados y posteriormente caracterizarlas, esto con la finalidad de desarrollar un método que pueda tener muchas ventajas en diferentes aspectos como los son ambientales, económicos y productivos, y que pueda considerarse como una alternativa viable en la extracción de compuestos naturales

Acute Kidney Injury in Cirrhosis

Acute kidney injury is a very relevant feature in the liver cirrhosis. Acute renal failure is due to prerenal factors, intrinsic factors of the kidney, or postrenal. Prerenal damage is the result of renal hypoperfusion without damage to the glomeruli or renal tubules. Without treatment, prerenal acute renal failure can progress to acute tubular necrosis, a type of intrinsic renal damage. Patients with cirrhosis are prone to developing acute kidney injury. The acute decrease of the kidney function contributes to the mortality of patients with cirrhosis. The potential triggers of acute kidney injury should be recognized and removed; this includes the discontinuation of diuretics and nephrotoxic drugs, the treatment of infections and gastrointestinal bleeding, and plasma expansion in case of hypovolemia. The new International Club of Ascites-Acute Kidney Injury in cirrhosis criteria provide a simple and relevant staging system for acute kidney injury in patients with liver cirrhosis based on relative increases in serum creatinine. Vasopressors such as terlipressin and norepinephrine in combination with intravenous albumin represent the first-line therapy for hepatorenal syndrome