Surface of metal as an indicator of fatigue damage

Advances in Military Technology, Vol. 8, No. 2, December 2013The possibility of fatigue damage analysis by the extrusion/intrusion structures on the surface of aluminium alloy is shown. Quantitative characteristics of the extrusion/intrusion structures and the methods for their monitoring are substantiated. Two approaches for fatigue analysis are presented: a) direct inspection of the aircraft components, b) application of fatigue sensors

Surface roughness effect on ultracold neutron interaction with a wall and implications for computer simulations

We review the diffuse scattering and the loss coefficient in ultracold neutron reflection from slightly rough surfaces, report a surprising reduction in loss coefficient due to roughness, and discuss the possibility of transition from quantum treatment to ray optics. The results are used in a computer simulation of neutron storage in a recent neutron lifetime experiment that re-ported a large discrepancy of neutron lifetime with the current particle data value. Our partial re-analysis suggests the possibility of systematic effects that were not included in this publication.Comment: 39 pages, 9 figures; additional calculations include

Surface of metal as an indicator of fatigue damage

Advances in Military Technology, Vol. 8, No. 2, December 2013The possibility of fatigue damage analysis by the extrusion/intrusion structures on the surface of aluminium alloy is shown. Quantitative characteristics of the extrusion/intrusion structures and the methods for their monitoring are substantiated. Two approaches for fatigue analysis are presented: a) direct inspection of the aircraft components, b) application of fatigue sensors

Анализ эффективности технологий извлечения диоксида углерода из продуктов сгорания

The main purpose of the article is to compare and analyze existing technologies for extracting carbon dioxide from combustion products in relation to mini-CHP plants operating on local fuels. The article presents a brief overview of the main technical features of the implementation of carbon dioxide extraction technologies from gas mixtures. The specific features and limitations for each of the methods are shown. Mathematical modeling of technological processes of adsorption, physical and chemical absorption is carried out on the basis of Aspen Hysys and Aspen Adsorption software packages. When modeling absorption processes, the composition of combustion products characteristic of the actual operating conditions of an energy source on wood chips was considered, while for the adsorption process, the composition of combustion products was simulated by a binary mixture of carbon dioxide and nitrogen with a molar content of 11 and 89 %, respectively. The results of numerical research that were obtained have shown that the highest degree of carbon dioxide extraction from combustion products is 97 %, and it is achieved in the optimal mode of implementation of chemical absorption technology. With the same method, the highest degree of purity of the resulting carbon dioxide is observed, viz. 86 % taking into account water vapor and 99 % if it is dry. The least effective technology for extracting carbon dioxide was the method of physical absorption in a fixed bed, in which the degree of purity of the resulting dry carbon dioxide was 79 %. Therefore, for practical use in the deep utilization of combustion products of mini-CHP plants operating on local fuels, to obtain carbon dioxide with a low content of impurities, it is necessary to apply the method of chemical absorption. The use of physical absorption technology in a fixed bed can be used to reduce energy source emissions or in cases where the degree of purity of carbon dioxide does not matter.Основная цель статьи – сравнение и анализ существующих технологий извлечения диоксида углерода из продуктов сгорания мини-ТЭЦ, работающих на местных видах топлива. Представлен краткий обзор основных технических особенностей реализации технологий извлечения углекислоты из газовых смесей. Показаны особенности и ограничения применения каждого из методов. На базе программных пакетов Aspen Hysys и Aspen Adsorption выполнено математическое моделирование технологических процессов адсорбции, физической и химической абсорбции. При моделировании абсорбционных процессов рассматривался состав продуктов сгорания, характерный для реальных условий работы энергоисточника на древесной щепе, а при моделировании адсорбционного процесса состав продуктов сгорания имитировался бинарной смесью из диоксида углерода и азота с мольным содержанием 11 и 89 % соответственно. Полученные результаты численного исследования показали, что наибольшая степень извлечения диоксида углерода из продуктов сгорания составляет 97 % и достигается в оптимальном режиме реализации технологии химической абсорбции. При этом же методе наблюдается наибольшая степень чистоты полученного диоксида углерода: 86 % с учетом паров воды и 99 % сухого. Наименее эффективной технологией извлечения углекислоты оказался метод физической абсорбции, при котором степень чистоты полученного сухого диоксида углерода составила 79 %. Следовательно, для получения диоксида углерода с незначительным содержанием примесей необходимо применять метод химической абсорбции. Технология физической абсорбции в неподвижном слое может использоваться для снижения выбросов энергоисточника или в случаях, когда степень чистоты углекислоты не имеет значения

Анализ эффективности технологии производства водорода на мини-ТЭЦ на местных видах топлива термохимическим методом

Within the framework of the policy of “decarbonization” of the economy, a technology for hydrogen producing from local fuels (LF) and combustible waste of human activity is proposed as a part of the development of the functionality of heating cycles of energy production. The aim of the present study is to evaluate the energy efficiency of a steam-powered mini-CHP plant operating on local fuels with a thermochemical hydrogen production module. A brief literature review of thermochemical cycles of hydrogen production is presented, and it is shown that hybrid copper-chlorine Cu–Cl cycles are recognized as the most promising. In the Aspen Hysys software environment, a mathematical model of a mini-CHP plant with a five-stage hydrogen production cycle was synthesized, which can later be used as a component in the digital twin. According to the results of the analysis of the mathematical model, it was determined that the specific consumption of electric energy per 1 kg of hydrogen for such a scheme will be 9.11 (kW×h)/kg, which is on average more than five times less than in the production of hydrogen by electrolysis, the rest of the required energy is replaced by thermal one, while the maximum fuel utilization factor of mini-CHP with a hydrogen production module using wood waste as fuel amounted to 83.1 %, including a thermal efficiency of 51.5 %, the efficiency of hydrogen production at the lowest calorific value is 31 %, the electrical efficiency for the supply of electricity to the grid is 0.6 %. For comparison, the maximum fuel utilization of a steam-powered mini-CHP of the same electrical capacity reaches 90.9 %. The expansion of mini-CHP options operating on local fuels by introducing a hydrogen production unit by hybrid thermochemical method into its scheme makes it possible to increase the maneuverability of the station, which implies the possibility of organizing the operation of mini-CHP in accordance with the requirements of thermal consumers and electrical graph-reducing the loads of the power system during the hours of maxima and minima of its consumption by changing the electrical power supply to the network or increasing the power consumption of electricity from the external network to the power required for hydrogen production. In conclusion, the possibility of developing the studied scheme of a mini-CHP operating on local fuels towards further utilization of combustion products in order to generate artificial natural gas, which in this case can be called “green”, is indicated.В рамках политики «обезуглероживания» экономики предлагается технология получения водорода из местных видов топлива и горючих отходов человеческой деятельности в рамках развития функциональности теплофикационных циклов производства энергии. Целью исследования является оценка энергетической эффективности паросиловой мини-ТЭЦ, работающей на местных видах топлива, с модулем производства водорода термохимическим способом. Представлен краткий литературный обзор термохимических циклов производства водорода и показано, что наиболее перспективными считаются гибридные циклы медь-хлор Cu–Cl. В программной среде Aspen Hysys была синтезирована математическая модель мини-ТЭЦ с пятиступенчатым циклом производства водорода, которая может в дальнейшем быть использована как компонент в составе цифрового двойника. По результатам анализа математической модели было определено, что удельное потребление электрической энергии на 1 кг водорода для такой схемы составит 9,11 (кВт∙ч)/кг, что в среднем в пять раз меньше, чем при производстве водорода электролизом, остальная часть требуемой энергии замещена тепловой, при этом максимальный коэффициент использования топлива мини-ТЭЦ с модулем производства водорода, использующей в качестве топлива отходы древесины, составил 83,1 %, в том числе тепловой КПД составляет 51,5 %, эффективность производства водорода по низшей теплоте сгорания – 31%, электрический КПД по отпуску электроэнергии в сеть – 0,6 %. Для сравнения максимальный коэффициент использования топлива паросиловой мини-ТЭЦ той же электрической мощности достигает 90,9 %. Расширение опций мини-ТЭЦ на местных видах топлива путем ввода в ее схему блока производства водорода гибридным термохимическим методом позволяет повысить маневренность станции, что предполагает возможность организации функционирования мини-ТЭЦ в соответствии с требованиями тепловых потребителей и электрического графика нагрузок энергосистемы в часы максимумов и минимумов ее потребления за счет изменения электрической мощности отпуска в сеть или увеличения мощности потребления электроэнергии из внешней сети до мощности, требуемой для производства водорода. В заключение указывается на возможность развития исследуемой схемы мини-ТЭЦ на местных видах топлива в сторону дальнейшей утилизации продуктов сгорания с целью генерации искусственного природного газа, который в этом случае можно назвать «зеленым»

Neutron lifetime measurements using gravitationally trapped ultracold neutrons

Our experiment using gravitationally trapped ultracold neutrons (UCN) to measure the neutron lifetime is reviewed. Ultracold neutrons were trapped in a material bottle covered with perfluoropolyether. The neutron lifetime was deduced from comparison of UCN losses in the traps with different surface-to-volume ratios. The precise value of the neutron lifetime is of fundamental importance to particle physics and cosmology. In this experiment, the UCN storage time is brought closer to the neutron lifetime than in any experiments before:the probability of UCN losses from the trap was only 1% of that for neutron beta decay. The neutron lifetime obtained,878.5+/-0.7stat+/-0.3sys s, is the most accurate experimental measurement to date.Comment: 38 pages, 19 figures,changed conten

Coherent Schwinger Interaction from Darboux Transformation

The exactly solvable scalar-tensor potential of the four-component Dirac equation has been obtained by the Darboux transformation method. The constructed potential has been interpreted in terms of nucleon-nucleon and Schwinger interactions of neutral particles with lattice sites during their channeling Hamiltonians of a Schwinger type is obtained by means of the Darboux transformation chain. The analitic structure of the Lyapunov function of periodic continuation for each of the Hamiltonians of the family is considered.Comment: 12 pages, Latex, six figures; six sections, one figure adde

О целесообразности строительства мини-ТЭЦ на местных видах топлива в условиях Республики Беларусь. Часть 2. Роль мини-ТЭЦ в системах теплоснабжения городов и населенных пунктов Беларуси

. Within the framework of ensuring the country's energy security and pursuing a policy of decarbonization of the economy in the Republic of Belarus, it is assumed to maximize the use of its own fuel and energy resources (TER). However, the question of choosing the type of heat source in centralized heat supply  systems when using local fuels (LF) remains open.  The commissioning of the Belarusian Nuclear Power Plant and the relatively high unit cost of power generation capacities running on LF inclines the scales to use boiler houses as heat sources. Based on the world experience in the development and application of heating as the most energy-efficient solution in the field of heat supply, this problem has been studied in the conditions of Belarus. It is shown that the electric capacity of mini-thermal power plants using traditional LF connected to the unified system of the country is less than 100 MW, and the main technologies implemented at mini-thermal power plants using LF in the Republic of Belarus are traditional steam power plants with water steam as the working fluid (11 power plants) and steam power plant with organic Rankine cycle (ORC) (3 power plants). Geographically, mini- thermal power plants operating on LF are located evenly throughout the entire territory of the Republic of Belarus. The number of hours of use of the installed capacity of renewable energy sources (RES) of the Republic of Belarus has been determined. Energy sources based on organic waste and biomass (over 4,000 hours per year) and on hydro resources (about 3,500 hours per year) have a clear advantage, for which indicator of the number of hours of installed capacity use is much higher than for solar and wind power installations. In addition, biomass generating capacities have the lowest coefficient of electricity supply to the combined  energy system. Based on the analysis of modern trends in the development of energy, technical and economic “attractiveness factors” for the construction of heating systems for heat supply on LF in the conditions of Belarus have been formulated, which, in addition to traditional factors (substitution of imported fuel – natural gas and oil), include improvement of the quality and reliability of energy supply to consumers in remote locations, development of polygeneration, reduction of losses  of electric energy for its transport, participation in covering the electric load schedule of the unified power system, and also indicated the possibility of creating an energy hub on the basis of a mini-thermal power plant, structured for the integration  of energy sub-sectors, distributed generation sources and the option of generating “green” energy carriers.В рамках обеспечения энергетической безопасности страны и проведения политики декарбонизации экономики в Республике Беларусь предполагается максимальное использование собственных топливно-энергетических ресурсов (ТЭР). Однако открытым остается вопрос выбора вида теплоисточника в системах централизованного теплоснабжения при использовании местных видов топлива (МВТ). Ввод в эксплуатацию Белорусской АЭС и относительно высокая удельная стоимость электрогенерирующих мощностей на МВТ склоняют чашу весов к применению  в качестве теплоисточников котельных. Исходя из мирового опыта развития и применения теплофикации как наиболее энергоэффективного решения в области теплоснабжения, исследована данная проблема в условиях Республики Беларусь. Показано, что электрическая мощность мини-ТЭЦ на традиционных МВТ, подключенных к объединенной системе страны, составляет менее 100 МВт, а основными технологиями, реализованными на мини-ТЭЦ на МВТ  в Республике Беларусь, являются традиционные ПСУ с водяным паром в качестве рабочего тела (11 электростанций) и ПСУ с органическим циклом Ренкина (ОРЦ) (3 электростанции). Географически мини-ТЭЦ, работающие на МВТ, расположены равномерно по всей территории Республики Беларусь. Определено число часов использования установленной мощности возобновляемых источников энергии Республики Беларусь. Явное преимущество имеют энергоисточники на органических отходах и биомассе (свыше 4000 ч/год) и на гидроресурсах (около 3500 ч/год), для которых показатель числа часов использования установленной мощности значительно выше, чем для установок солнечной и ветровой энергетики. Кроме того, генерирующие мощности на биомассе имеют наименьший коэффициент поставки электроэнергии в Объединенную энергетическую систему Беларуси. На основе анализа современных тенденций развития энергетики сформулированы технико-экономические «факторы привлекательности» строительства теплофикационных систем теплоснабжения на МВТ в условиях Беларуси, к которым, помимо традиционных факторов (замещение импортируемого топлива – природного газа и нефти), относятся  повышение качества и надежности энергообеспечения потребителей в удаленных точках, развитие полигенерации, снижение потерь электрической энергии на ее транспорт, участие в покрытии электрического графика нагрузок объединенной энергосистемы, а также указана возможность создания на базе мини-ТЭЦ энергетического хаба, структурированного под интеграцию энергетических подотраслей, источников распределенной генерации и опцию генерации «зеленых» энергоносителей

О целесообразности строительства мини-ТЭЦ на местных видах топлива в условиях Республики Беларусь. Часть 1. Состояние использования местных видов топлива в системах теплоснабжения

As part of ensuring the country's energy security and pursuing a policy of decarbonization of the economy in the Republic of Belarus, the maximum use of its own fuel and energy resources (FER) is expected. However, the question of choosing the type of heat source in centralized heat supply systems when using local fuels (LF) remains open. The commissioning of the Belarusian Nuclear Power Plant and the relatively high specific cost of electricity generating capacities using local fuels tip the scales to the use of boiler houses as heat sources. However, world experience in the development and application of heating, as the most energy-efficient solution in the field of heat supply, requires a more thorough study of this problem. The paper presents an overview of the use of local fuels in Belarus and a number of European countries with developed centralized heat supply. Based on the analysis of open source data, the paper provides information on the state of use of local fuels in district heating systems of the Republic of Belarus and a number of European countries that have experience in the widespread use of solid biomass and where it constitutes a significant share in the structure of thermal and electrical energy production in relation to other fuel and energy resources. The main aspects of the energy programs of a number of European countries with the largest share of thermal and electrical energy generation using local fuels are presented. It has been revealed that the energy program of Finland is of the greatest interest for Belarus, where the share of nuclear energy in the structure of electrical energy production, just like in the Republic of Belarus, is approaching to 40 % and the energy strategy assumes an increase in the share of thermal power plants using local fuels in the structure of heat and electricity generation.В рамках обеспечения энергетической безопасности страны и проведения политики декарбонизации экономики в Республике Беларусь предполагается максимальное использование собственных топливно-энергетических ресурсов (ТЭР). Однако открытым остается вопрос выбора вида теплоисточника в системах централизованного теплоснабжения при использовании местных видов топлива (МВТ). Ввод в эксплуатацию Белорусской АЭС и относительно высокая удельная стоимость электрогенерирующих мощностей на МВТ склоняет чашу весов к применению в качестве теплоисточников котельных. Однако мировой опыт развития и применения теплофикации, как наиболее энергоэффективного решения в области теплоснабжения, требует более тщательного исследования данной проблемы. В статье представлен обзор по применению МВТ в Беларуси и ряде европейских стран с развитым централизованным теплоснабжением, а также на основе анализа данных открытых источников представлена информация по состоянию применения МВТ в системах централизованного теплоснабжения Республики Беларусь и ряда европейских стран, имеющих опыт в широком использовании твердой биомассы и где она составляет существенную долю в структуре выработки тепловой и электрической энергии по отношению к другим ТЭР. Приведены основные аспекты энергетических программ ряда европейских стран с наибольшей долей выработки тепловой и электрической энергии на МВТ. Выявлено, что наибольший интерес для Беларуси представляет энергетическая программа Финляндии, где доля атомной энергии в структуре выработки электрической энергии так же, как и в Республике Беларусь, приближается к 40 % и энергетическая стратегия предполагает увеличение доли ТЭЦ на МВТ в структуре выработки тепловой и электрической энергии

Entanglement production with multimode Bose-Einstein condensates in optical lattices

Deep optical lattices are considered, in each site of which there are many Bose-condensed atoms. By the resonant modulation of trapping potentials it is possible to transfer a macroscopic portion of atoms to the collective nonlinear states corresponding to topological coherent modes. Entanglement can be generated between these modes. By varying the resonant modulating field it is possible to effectively regulate entanglement production in this multimode multitrap system of Bose condensates.Comment: Latex file, 16 pages, 7 figure