Fluidodinámica Computacional aplicada a vehículos: Estudio de la influencia de las ruedas y los pasos de rueda en la aerodinámica de un automóvil

El presente Proyecto tiene como objetivo el estudio de la influencia que tiene la geometría de los pasos de rueda y las ruedas en los coeficientes de resistencia al avance y sustentación de un turismo tipo (Volkswagen Bora de 1999), con el objetivo de calcular el valor óptimo. La primera fase del Proyecto consta de una recopilación de antecedentes y bibliografía relacionada con la materia. A partir de este punto, se han escogido como parámetros de optimización la altura de amortiguación del vehículo y la profundidad del paso de rueda como los más representativos y relativamente sencillos de manipular en términos de fabricación del vehículo. Se han descartado otras posibilidades, tales como la geometría de las ruedas, debido a que su elección viene marcada por otros aspectos más críticos como la dinámica longitudinal del vehículo y la seguridad en la conducción. Seguidamente, se han recreado mediante herramientas de CAD las diferentes configuraciones del vehículo al variar estos parámetros geométricos, para después construir sus respectivas mallas mediante el programa Gambit 2.1 que son la base del cálculo posterior. A continuación se realizan los análisis aerodinámicos mediante Fluent 6.1, un programa de Fluidodinámica Computacional (Comptutational Fluid Dynamics, CFD) que permite la simulación virtual del problema. Estos análisis se dividen en dos grandes grupos: análisis bidimensionales (2D) y tridimensionales (3D). En los análisis 2D se simula solamente el modelo original del turismo, con el objetivo de validar los resultados mediante la bibliografía antes de estudiar las diferentes configuraciones. Los resultados obtenidos, aun aproximándose al valor real del CD del vehículo, no describen de forma completamente correcta el flujo alrededor del vehículo, con lo que se decidió realizar el posterior análisis 3D. Éstos predijeron mejor las características más importantes del flujo mostradas en la bibliografía, con lo que se procedió a la simulación de las diferentes configuraciones del vehículo variando los parámetros de optimización escogidos anteriormente. Estos análisis corroboraron la existencia de una cierta correlación entre los parámetros de estudio seleccionados y el comportamiento aerodinámico del vehículo, tal y como mostraba la bibliografía. A partir de estos análisis se comprueba la existencia de unas configuraciones óptimas, que no difieren en exceso con la del modelo original. Finalmente se comprueban otros aspectos en la aerodinámica del vehículo relacionados con la temática que se estudia, como son los casos de una rueda aislada y la influencia total de las ruedas y los pasos de rueda en la aerodinámica del turismo, mediante la simulación de un modelo sin la presencia de estos elementos. La finalidad de estas simulaciones ha sido la comprobación de que la metodología seguida durante el Proyecto es correcta, a partir de la satisfactoria validación de estos resultados con la bibliografía y antecedentes disponibles

Simulation of Volumetrically Heated Pebble Beds in Solid Breeding Blankets for Fusion Reactors: Modelling, Experimental Validation and Sensitivity Studies

Die Bruteinheiten sind die zentralen Komponenten des sogenannten Helium Cooled Pebble Bed (HCPB) Brut Blankets. Diese Komponenten erfüllen zwei Schlüsselfunktionen eines nuklearen Fusionsreaktors: Erbrüten des benötigten Tritiums, um eine Selbstversorgung des Reaktors mit Tritium zu erreichen, und Extrahieren von Wärme, die zur Erzeugung von Elektrizität genutzt werden kann. Die Bruteinheiten bestehen aus einem Schüttbett aus Lithium-Orthosilikat (Li4SiO4) als Tritium-Brutmaterial und einem Beryllium Schüttbett als Neutronen-Multiplikator. Eine Besonderheit, die in den Schüttbetten auftritt, sind stark nichtlineare thermo-mechanische Phänomene unter Neutronenbestrahlung während des Betriebs. Diese Phänomene beeinflussen wiederum die Wärmeübertragungsfähigkeit und somit das Temperaturfeld dieser granularen Materialien. Auf der anderen Seite spielt das Temperaturfeld eine wichtige Rolle bei den zwei vorhergenannten Schlüsselfunktionen des Reaktors, da das Erbrüten von Tritium und die Wärmeübertragung hauptsächlich vom thermo-mechanischen Verhalten dieser Schüttbetten abhängt. Daher ist die korrekte Vorhersage und Kontrolle des thermo-mechanischen Verhaltens ein Schlüsselfaktor für die Umsetzbarkeit dieses Brut Blanket Konzepts. In dieser Dissertation wurde eine geschlossene Validierungsstrategie zur thermo-mechanischen Validierung der Bruteinheiten entwickelt. Diese Strategie basiert auf der Entwicklung von speziellen Test- und Modellierungswerkzeugen, die zur Qualifikation der thermo-mechanischen Funktionalität dieser Komponenten in einer Out-of-pile Versuchsreihe benötigt werden. Der Neutronenfluss in den Bruteinheiten erzeugt eine nichthomogene Erwärmung der Schüttbetten, der bei einem Out-of-pile Experiment durch ein externes Heizsystem ersetzt werden muss, wobei die Störung des Schüttbetts möglichst gering zu halten ist. Aus diesem Grund wurde ein Heizsystem entwickelt, das diese volumetrische Heizung simuliert. Dieses Heizsystem basiert auf ohmscher Heizung und linienförmigen Heizelementen, die die punktförmigen Wärmequellen des granularen Materials durch linienförmige Wärmequellen annähern. Diese linienförmigen Wärmequellen repräsentieren „längliche Kügelchen“ in diskreten Positionen, die nahe genug angeordnet sind, um die im funktionalen Material auftretenden thermischen Gradienten zu reproduzieren. Das Heizerkonzept wurde für Li4SiO4 entwickelt und basiert auf einer hexagonalen Matrix-Anordnung von linienförmigen und parallelen Heizelementen mit einem Durchmesser von 1 mm und einem Abstand von jeweils 7 mm. Dasselbe Prinzip kann angewandt werden, um die nukleare Erwärmung in Beryllium Schüttbetten zu reproduzieren, indem man die Abstände und Leistung der Heizelemente anpasst. Ein Satz gleichförmig verteilter Thermoelemente in Quer- und Längsrichtung in der Mittelebene des Schüttbetts ermöglichen eine zweidimensionale Temperaturrekonstruktion der Messebene durch biharmonische Spline-Interpolation. Dieses Heizsystem wurde in einen relevanten Bereich der Bruteinheit eingebaut und der Konzeptnachweis wurde in einem PRE-test Mock-Up eXperiment (PREMUX) erbracht, das im Rahmen dieser Dissertation entwickelt und gebaut wurde. Die Packungsdichte des Schüttbetts mit und ohne Heizsystem zeigt keinen signifikanten Unterschied, was einem indirekten Nachweis der geringen Störung durch das Heizsystem entspricht. Diese geringe Störung wurde durch in-situ Messungen der effektiven thermischen Leitfähigkeit des Schüttbetts bei Raumtemperatur mit der Hot-Wire-Methode bestätigt, die eine gute Übereinstimmung mit der verfügbaren Literatur zeigt. Stationäre Testreihen mit 5 verschiedenen Heizleistungen, die die höchste zu erwartende Wärmeerzeugung sowie relevante transiente Pulse enthalten, wurde durchgeführt und zeigten, dass das Konzept geeignet ist, die thermischen Gradienten innerhalb des Schüttbetts nachzuahmen. Die zweidimensionale Abbildung der Temperaturverteilung zeigt eine fast symmetrische Verteilung bei jedem Leistungsniveau und es konnten keine signifikanten Unterschiede der Temperatur an der oberen und unteren Oberfläche an der Verbindungsschicht zwischen dem Schüttbettrand und der Testbox von PREMUX beobachtet werden. Daher kann kein deutlicher Effekt in der Temperaturverteilung durch die Bildung möglicher Hohlräume nach mehrmaliger nicht-elastischer Kompression des Schüttbetts beobachtet werden. Zwei sich ergänzende Methoden wurden mit dem Ziel entwickelt, ein umfassendes Modellierungs-Werkzeug für Vorhersage und Validierungszwecken bereitzustellen. Die erste Methode ist ein deterministisches, vereinfachtes thermo-mechanisches Modell, das in dem kommerziellen Finite–Elemente-Code ANSYS implementiert ist. Dieses Modell repräsentiert grundlegende Phänomene innerhalb des Schüttbetts: Nichtlineare Elastizität, Drucker-Prager Cap Plastizität, eine nicht-assoziatives Fließgesetz und ein anisotropes Verfestigungsgesetz. Eine erste Validierung des Modells anhand des Vergleichs der einachsigen Kompressionsspannung von in der Literatur vorhandenen einachsigen Kompressionstests mit der Dehnung des Schüttbetts bei verschiedenen Temperaturen zeigt eine gute Übereinstimmung (root mean square errors (RMSE) < 10%). Die Anwendung des Modells auf PREMUX hat ebenfalls eine im Allgemeinen gute Übereinstimmung der Temperaturverteilungen, die während der Experimentdurchführung mit PREMUX aufgezeichnet wurden, gezeigt. Die vorhergesagten hydrostatischen Spitzendrücke betragen etwa ~2.1 MPa und treten um den zentralen Heizer und die Thermoelemente auf, wohingegen im Volumen des Schüttbetts die maximalen Werte bei etwa 1.4 MPa liegen. Laut Literatur entsprechen solche hydrostatischen Drücke einer maximalen Kontaktkraft der Kügelchen von 2~3 N, was unterhalb der bekannten durchschnittlichen Zerdrückungs-Last dieser Kügelchen ist. Daher wird ein geringer Anteil an zerbrochenen Kügelchen in PREMUX erwartet, was später durch eine Analyse der Kügelchen nach Beendigung des Experiments bestätigt wurde. Der zweite Modellierungs-Ansatz basiert auf einer probabilistischen Finite-Elemente-Methode, die die inhärenten Unsicherheiten der Eingangsparameter des Modells berücksichtigt und erlaubt, eine stochastische Sensitivitätsanalyse durchzuführen, um statistische Informationen über die Ausgänge der Modells zu erhalten. Dieser Ansatz ermöglicht die formale Validierung des Modells durch die Definition eines Kriteriums basierend auf statistischen Daten von Modell und Experiment. Diese Vorgehensweise wurde in einem thermischen Modell von PREMUX in ANSYS und dem DesignXplorer-Modul implementiert. Nach der Bestimmung und Charakterisierung der stochastischen Eingangsparameter des Modells wurde ein Design of Experiments (DoE) für jedes Leistungs-Level des Heizsystems durchgeführt, um einen Satz von Designpoints zu erhalten, der in einem weiteren Schritt dazu genutzt wurde, ein Response-Surface mithilfe von geeigneten Interpolationsverfahren (Meta-Modelle) für jeden Modellausgang aufzubauen. Ein Modellausgang entspricht dabei jeweils einer Temperatur des Schüttbetts in der Messebene von PREMUX. An diesen Punkten ersetzen die Meta-Modelle das Finite-Elemente-Modell und tausende Berechnungen können durchgeführt werden, um stochastische Stichproben zu erzeugen und auf diese Weise die Wahrscheinlichkeitsdichtefunktionen der Modellausgänge zu erhalten. Als Validierungskriterium wird die Steigung einer linearen Regression zwischen den stochastischen Modellausgängen und den Vergleichswerten aus dem PREMUX Experiment vorgeschlagen, welches einen quantitativen Übereinstimmungswert (1:1) und eine statistische Signifikanz (95% Konfidenz) gibt

Fluidodinámica Computacional aplicada a vehículos: Estudio de la influencia de las ruedas y los pasos de rueda en la aerodinámica de un automóvil

El presente Proyecto tiene como objetivo el estudio de la influencia que tiene la geometría de los pasos de rueda y las ruedas en los coeficientes de resistencia al avance y sustentación de un turismo tipo (Volkswagen Bora de 1999), con el objetivo de calcular el valor óptimo. La primera fase del Proyecto consta de una recopilación de antecedentes y bibliografía relacionada con la materia. A partir de este punto, se han escogido como parámetros de optimización la altura de amortiguación del vehículo y la profundidad del paso de rueda como los más representativos y relativamente sencillos de manipular en términos de fabricación del vehículo. Se han descartado otras posibilidades, tales como la geometría de las ruedas, debido a que su elección viene marcada por otros aspectos más críticos como la dinámica longitudinal del vehículo y la seguridad en la conducción. Seguidamente, se han recreado mediante herramientas de CAD las diferentes configuraciones del vehículo al variar estos parámetros geométricos, para después construir sus respectivas mallas mediante el programa Gambit 2.1 que son la base del cálculo posterior. A continuación se realizan los análisis aerodinámicos mediante Fluent 6.1, un programa de Fluidodinámica Computacional (Comptutational Fluid Dynamics, CFD) que permite la simulación virtual del problema. Estos análisis se dividen en dos grandes grupos: análisis bidimensionales (2D) y tridimensionales (3D). En los análisis 2D se simula solamente el modelo original del turismo, con el objetivo de validar los resultados mediante la bibliografía antes de estudiar las diferentes configuraciones. Los resultados obtenidos, aun aproximándose al valor real del CD del vehículo, no describen de forma completamente correcta el flujo alrededor del vehículo, con lo que se decidió realizar el posterior análisis 3D. Éstos predijeron mejor las características más importantes del flujo mostradas en la bibliografía, con lo que se procedió a la simulación de las diferentes configuraciones del vehículo variando los parámetros de optimización escogidos anteriormente. Estos análisis corroboraron la existencia de una cierta correlación entre los parámetros de estudio seleccionados y el comportamiento aerodinámico del vehículo, tal y como mostraba la bibliografía. A partir de estos análisis se comprueba la existencia de unas configuraciones óptimas, que no difieren en exceso con la del modelo original. Finalmente se comprueban otros aspectos en la aerodinámica del vehículo relacionados con la temática que se estudia, como son los casos de una rueda aislada y la influencia total de las ruedas y los pasos de rueda en la aerodinámica del turismo, mediante la simulación de un modelo sin la presencia de estos elementos. La finalidad de estas simulaciones ha sido la comprobación de que la metodología seguida durante el Proyecto es correcta, a partir de la satisfactoria validación de estos resultados con la bibliografía y antecedentes disponibles

Hydraulic modeling of a segment of the EU DEMO HCPB breeding blanket back supporting structure

The Helium-Cooled Pebble Bed (HCPB) concept for the Breeding Blanket (BB) of the EU DEMO tokamak reactor is under development at KIT within the EUROfusion consortium. Although the coolant distribution inside the blanket manifolds has been investigated in the past using 3D CFD models, such detailed analysis could not be extended to investigate the behavior of all blanket segments as a whole. Thus, for system-level analyses, lumped-parameter models are used, which exploit 0D/1D simplifications of the physics. This work presents the development of a 1D thermal-hydraulic (TH) model for the HCPB Back Supporting Structure (BSS). To validate such model, an experimental campaign is foreseen in 2018 in the HELOKA facility at KIT, in which a scaled-down mock-up of a segment of the BSS, which is dimensioned according to the facility working conditions, will be tested. Using the results of CFD simulations on full-size and mock-up, a first successful comparison between 3D and 1D results is presented. The 1D model is developed in such a way to allow a smooth integration in the GETTHEM code, which is under development at PoliTo, for the TH simulation of the entire tokamak

Efecto de cuatro fitorreguladores comerciales en el desarrollo y rendimiento del girasol

Plantas de girasol TECMON-52 fueron tratadas con cuatro reguladores del crecimiento, Biozyme a 500 ml/ha Biogib (giberelina) a 5.0 mM, Cycocel (Clormequat), a 3,000 ppm, Cultar (Paclobutrazol) y un control (testigo), para evaluar los efectos sobre los componentes morfológicos del rendimiento del girasol (Helianthus annuus L.). El experimento consistió de 20 unidades experimentales, cada una con 6 surcos, de 0.8 m de ancho y 6 m de largo. Las variables estudiadas fueron las siguientes: altura de la planta, diámetro del tallo, longitud y ancho de la hoja, longitud y diámetro del pecíolo, área foliar, diámetro del capítulo, número de aquenios/planta, peso de aquenios/capítulo y rendimiento de grano/capítulo (Kg/ha). El análisis de varianza para todas las variables estimadas dieron diferencias altamente significativas (p<0.01). Los tratamientos que dieron Mayores resultados de crecimiento y rendimiento fueron Biozyme y Cultar o Bonzi (Paclobutrazol)

Structure-preserving neural networks

We develop a method to learn physical systems from data that employs feedforward neural networks and whose predictions comply with the first and second principles of thermodynamics. The method employs a minimum amount of data by enforcing the metriplectic structure of dissipative Hamiltonian systems in the form of the so-called General Equation for the Non-Equilibrium Reversible-Irreversible Coupling, GENERIC (Öttinger and Grmela (1997) [36]). The method does not need to enforce any kind of balance equation, and thus no previous knowledge on the nature of the system is needed. Conservation of energy and dissipation of entropy in the prediction of previously unseen situations arise as a natural by-product of the structure of the method. Examples of the performance of the method are shown that comprise conservative as well as dissipative systems, discrete as well as continuous ones

Hacia un científico digital

En este trabajo se pretende aplicar inteligencia artificial para predecir la evolución temporal de un sistema físico arbitrario sólo mediante el uso de datos, es decir, sin conocer las ecuaciones que lo rigen. Este método se ha validadado con dos sistemas dinámicos disipativos: uno continuo y otro discreto

Bleeding complications during percutaneous endoscopic gastrostomy treated with hemoclips

Percutaneous endoscopic gastrostomy (PEG) has become the primary procedure for the long-term nutrition of patients with swallowing disorders. It has been shown to be a safe method with a lower complication rate than surgical placement. Acute hemorrhage following PEG is rarely reported. We present a case report about the use of hemoclips to stop bleeding from gastric wall vessel injury during a PEG procedure

Synergistic interaction in the analgesic-like effects of maqui berry and citrus Is antagonized by sweeteners

Although physiologically pain has a protective function, in many diseases, it is one of the most prominent symptoms. Today, new trends are focused on finding more natural alternatives to conventional treatments to alleviate it. Thereby, the purpose of this investigation was to obtain preclinical data of the antinociceptive properties of a lyophilized obtained from a newly designed maqui–citrus beverage alone and added with different sweeteners. To achieve this objective, maqui berry and citrus pharmacological activity were studied separately, as well as the interaction of both ingredients. In addition, due to the controversy generated regarding the intake of sugars, related to different metabolic diseases, the influence of different sweeteners (stevia, sucralose, or sucrose) was studied to determine their possible influence on the bioactive compounds of this product. For the attainment of our goals, a pharmacological evaluation, using the 1% formalin test, a nociceptive pain model in mice, was performed by using a sub-efficacious dosage of Maqui (25 mg/kg, i.p.) alone and combined with citrus, and then compared with the effects obtained in the presence of the different sweeteners. As a result, the antinociceptive response of the maqui was synergized in the presence of citrus in the neurogenic and inflammatory phases of the formalin test. However, this response was partially or totally reduced in the presence of the sweeteners. Our study gives preclinical evidence that a combination of maqui and citrus might exert beneficial actions to relieve pain, whereas the presence of sweeteners could reduce or avoid it.This work was partially supported by Consejo Nacional de Ciencia y Tecnología (CONACYT) grant numbers 226454 and 256448 and Institutional projects numbers INP-NC123280.0 and INP-NC17073.0. Also, was partially funded by the Spanish MINECO through Research Project AGL2016-75332-C2-1-R (AEI/FEDER, UE), the Spanish MICIN through Research Project PID2019- 104212RD-100, and VA by a FPI grant (BES-2017-079754