Systolic and Hyper-Systolic Algorithms for the Gravitational N-Body Problem, with an Application to Brownian Motion

A systolic algorithm rhythmically computes and passes data through a network of processors. We investigate the performance of systolic algorithms for implementing the gravitational N-body problem on distributed-memory computers. Systolic algorithms minimize memory requirements by distributing the particles between processors. We show that the performance of systolic routines can be greatly enhanced by the use of non-blocking communication, which allows particle coordinates to be communicated at the same time that force calculations are being carried out. Hyper-systolic algorithms reduce the communication complexity at the expense of increased memory demands. As an example of an application requiring large N, we use the systolic algorithm to carry out direct-summation simulations using 10^6 particles of the Brownian motion of the supermassive black hole at the center of the Milky Way galaxy. We predict a 3D random velocity of 0.4 km/s for the black hole.Comment: 33 pages, 10 postscript figure

Charactérisation à haute fréquence d'un jet balayant

International audienceSweeping jets are an emerging type of actuators that have gained interest due to their potential use in flow control applications. The working principle of these devices is based on the bi-stable attachment of a jet to adjacent walls. They are able to produce unsteady blowing within a wide range of operating frequencies. Nevertheless, the state of art shows a lack of space-time characterization of these actuators for high sweeping frequencies. This paper resents a conditional approach that reconstructs the spatial dynamic response of sweeping jets for sweeping frequencies above 500 Hz. The time-dependent velocity is measured with two single-hot-wire sensors: a reference one placed at the edge of the exit nozzle, and a flying one. The method is then tested to characterize the flow at the exit nozzle of an in-house sweeping jet actuator with 1mm space resolution, and 50 µs time resolution. These measurements are performed with a sweeping frequency of 639 Hz. Overall this paper demonstrates that the conditional approach is very useful for understanding the physics of flow control actuators.Les jets balayants sont des actionneurs fluidiques en pleine extension dans le domaine du contrôle actif des écoulements de par leur large gamme de fréquences et de vitesses. Ils se basent sur le phénomène de bi-stabilité de détachement de l'écoulement sur les parois interne de l'actionneur. Cependant la littérature montre une faiblesse pour la caractérisation expérimentale à haute fréquence de l'écoulement en sortie d'actionneur. Ce papier présente une méthode de reconstruction résolue en espace et en temps, basée sur une approche conditionnelle permettant de reconstruire l'écoulement pour des fréquence de balayage supérieures à 500Hz. Les signaux de vitesse résolus en temps sont mesurés à l'aide de deux fils chauds : un fixe pour le signal de synchronisation et un mobile, se déplaçant sur un maillage de finesse 1mm. Cette méthode est ensuite appliquée à un actionneur de jet balayant fonctionnant a une fréquence de 639Hz, avec un signal de vitesse de résolution temporelle de 50 micro secondes. Ce papier démontre ainsi que l'approche conditionnelle peut être utilisable pour comprendre la physique des écoulements en sortie d'actionneurs fluidiques

Unsteady behaviour of separated and reattaching flows for a backward-facing step configuration at high Reynolds numbers.

A contribution to the study of unsteady behaviour of separated and reattaching flows over a backward-facing is reported.Unsteady wall pressure and velocity field measurements are done in order to clarify the main separate Reynolds number dependencies (based on the step height and the free stream velocity) with regards to downstream external parameters (e.g. expending ratio and boundary layer thickness). The recirculation length and the secondary separation point, as well as the statistics of the velocity filelds and the surface pressure, are analysed and compared to previous studies. The experiments are performed in an optically accessible closed-loop wind tunnel with a 2mx2mx10m test section. The step height of the backward-facing step is 83mm and corresponds to an expansion ratio of 1.04, i.e. negligible inference of the upper wall. An effectively nominally two-dimensional ow is provided by the large span of 2000mm yielding an aspect ratio of 24. A set of 25 static pressure taps in parallel with 25 sub-miniature piezo-resistive Kulite XCQ-062 sensors were distributed in the middle plane downstream of the back-facing step. The unforced flows were studied using a standard two-component TSI particle image velocimetry (PIV) system with two cameras. For every flow configuration, 2000 double-frame images were recorded with a repetition rate of 7Hz. Synchronized pressure and PIV measurements were used to analysed the statistical properties as well as the streamwise time-space characteristics of separated flows. Main flow characteristics were first investigated for seven Reynolds numbers ranged from 31500 to 182600. A comparison with previous studies was done in order to highlight the expanding ratio influences on the main separation parameters. The emphasis of this work was also placed on the convective motion of the vortical flow structures. Unsteady pressure spectra indicated that in the region close to the separation point, even for high Reynolds number, the low frequency flapping motion is dominant over the high frequency mode of the large-scale vortical structure. The ability to understand the flow field unsteadiness can lead to the development of active and/or passive flow control techniques. Current works are being done searching for active control laws strategies to control these instabilities

A randomised clinical evaluation of a fluoride mouthrinse and dentifrice in an in situ caries model

Objectives Fluoride mouthrinses provide advantages for fluoride delivery by maintaining elevated intra-oral fluoride concentrations following fluoride dentifrice use. This in situ caries study investigated potential anti-caries efficacy of a 220 ppm fluoride mouthrinse. Methods This was an analyst-blinded, four-treatment, randomised, crossover study using partially demineralised, gauze-wrapped, human enamel samples mounted in a mandibular partial denture. Participants brushed twice daily for 14 days with either a 1150 ppm fluoride or a fluoride-free placebo dentifrice and either rinsed once daily with the 220 ppm fluoride mouthrinse or not. Following each treatment period, percent surface microhardness recovery (%SMHR) and enamel fluoride uptake (EFU) were assessed. Results Fifty three participants completed the study. Compared with the placebo dentifrice/no rinse treatment, the fluoride-containing regimens demonstrated greater enamel remineralisation (%SMHR) and fluoridation (EFU): fluoride dentifrice/fluoride rinse (%SMHR difference: 21.55 [95% CI: 15.78,27.32]; EFU difference 8.35 [7.21,9.29]); fluoride dentifrice/no rinse: 19.48 [13.81,25.15]; 6.47 [5.35,7.60]; placebo dentifrice/fluoride rinse: 16.76 [11.06,22.45]; 5.87 [4.72,7.00] (all P < .0001). There were no significant differences in%SMHR between fluoride regimens. The fluoride dentifrice/fluoride rinse regimen was associated with higher EFU than the fluoride dentifrice/no rinse (1.88 [0.75,3.01], P = .0013) and placebo dentifrice/fluoride rinse regimens (2.48 [1.34,3.62], P < .0001). Treatments were generally well-tolerated. Conclusions The in situ caries model demonstrated that the fluoride mouthrinse is effective in promoting enamel caries lesion remineralisation and fluoridation whether used following a fluoride or non-fluoride dentifrice. Additive (potential) anti-caries benefits of a fluoride rinse after a fluoride dentifrice were confined to enhancements in lesion fluoridation (EFU). Clinical significance In conjunction with a fluoride dentifrice, fluoride mouthrinses enhance enamel fluoridation, which may be useful in caries prevention

Erosion Remineralization Efficacy of Gel-to-Foam Fluoride Toothpastes in situ: A Randomized Clinical Trial

This single-center, randomized, placebo-controlled, four-treatment, four-period crossover study compared the enamel remineralization effects of low- and medium-abrasivity gel-to-foam toothpastes and a reference toothpaste (all 1,450 ppm fluoride as NaF) versus placebo toothpaste (0 ppm fluoride) using a short-term in situ erosion model. Subjects (n = 56) wearing a palatal appliance holding acid-softened bovine enamel specimens brushed their teeth with the test toothpastes. Thereafter, the specimens were removed for analysis of percent surface microhardness recovery (%SMHR) and percent relative erosion resistance (%RER) at 2, 4, and 8 h. Both low- and medium-abrasivity gel-to-foam fluoride toothpastes and the reference toothpaste provided significantly greater %SMHR than placebo at all assessment time points (all p < 0.05). No statistically significant difference of %SMHR was observed between the fluoride treatment groups at any time point. Similarly, all fluoride products provided significantly superior %RER versus placebo (all p < 0.0001), whereas no significant difference of this parameter was noted between the fluoride treatment groups. Increasing numerical improvements of %SMHR and %RER were observed in all four treatment groups over time (2, 4, and 8 h). The present in situ model is a sensitive tool to investigate intrinsic and fluoride-enhanced rehardening of eroded enamel. All three fluoride toothpastes were more efficacious than placebo, and there were no safety concerns following single dosing in this short-term in situ model

The influence of lithium excess in the target on the properties and compositions of Li1+x Mn2O4−δ thin films prepared by PLD

Li–Mn–O thin films were deposited by pulsed laser deposition (PLD) onto stainless steel substrates using targets containing different concentrations of added Li2O. The influence of the target composition on the stoichiometry of the resulting thin films, the surface morphology and the electrochemical properties was studied. The application of the target with added 7.5 mol% Li2O results in an almost ideal lithium content, while all films were still oxygen deficient. The thin films were applied as electrodes in Li//Li1+xMn2O4−δ cells (i.e. model cells for a rechargeableLi-ionbattery)andcharacterizedbycyclicvoltammetry and galvanostatic charge/discharge experiments. The electrochemical measurements of the thin films confirmed that the thin films can serve as good modelsystems and that they show a sufficient cyclability

Base suction, entrainment flux, and wake modes in the vortex formation region at the rear of a three-dimensional blunt bluff body.

A slitted base cavity of constant depth with a varying filling ratio 0≤R_{f}≤100% is experimentally investigated to reduce the form drag of a three-dimensional blunt body (the so-called squareback Ahmed body) at a Reynolds number Re=2.89×10^{5}. The drag reduction is achieved by a decrease of base suction (or, equivalently, the increase of pressure at the base). The plain cavity (R_{f}=100%) reduces the base suction by 22% compared to the case with no cavity (R_{f}=0). All intermediate filling ratio are obtained by the enlargement of the slits, initially having a zero width for the plain cavity case. It is shown that the gradual base suction change can be related to the level of the entrainment flux of the free shear layers developing from the rear separation and to the suppression of the transverse steady asymmetric instability of the wake. The model of the vortex formation region length of Gerrard [J. Fluid Mech. 25, 401 (1966)0022-112010.1017/S0022112066001721] is shown to provide an insightful interpretation of the drag reduction mechanism using ventilated base cavities

Dépendance paramétrique de l'écoulement autour d'une marche montante à hauts nombres de Reynolds.

La caractérisation et la compréhension des mécanismes physiques régissant le comportement des écoulements décollés est un sujet étudié depuis maintenant de nombreuses années sur des configurations diverses et variées, mais sur lequel persistes encore des zones d'ombres. Ces écoulements se retrouvent dans bon nombres de configurations industriels et leur contrôle se révèle être un atout dans diverse problèmes actuels (réduction de consommations des véhicules, augmentation du rendement des machines énergétiques, etc.). Cependant, pour contrôler des écoulements industriels complexes, il faut d'abord comprendre et contrôler des décollements sur des configurations académiques comme des marches descendantes, des bosses, des cavités ou des marches montantes. Ces dernières présentent des mécanismes complexes de séparations à deux zones de recirculations qui les rendent moins présentes dans la littérature que les marches descendantes. L'objectif de cette communication est d'étudier le comportement dynamique d'un écoulement autour d'une marche montante en fonction de différents paramètres (nombres de Reynolds Re, rapport de hauteur de marche sur épaisseur de couche limite incidente h/delta, rapport de contraction Cr), par l'intermédiaire de mesures expérimentales et de comparaisons avec la littérature. Pour ce faire, 9 configurations de marches montante 2D ont été étudiées dans la soufflerie du laboratoire LAMIH pour de hauts nombres de Reynolds. Le champ aérodynamique a été mesuré par PIV standard 2D2C en trois zones (une en amont, deux en aval), ainsi que la pression pariétale (stationnaire et instationnaire) en différents points. Des quantités comme la longueur de recollement sur la face frontale, le rattachement sur la face supérieure, la distribution moyenne de pression pariétale et le contenue instationnaire de cette dernière ont été analysés et comparés avec des études similaires. Les résultats montrent une faible dépendance de ces différentes grandeurs au nombre de Reynolds au-delà d'une valeur critique égale à 8500 quelques soit les autres paramètres de l'écoulement. De plus, pour des nombres de Reynolds supérieur à cette valeur critique, une corrélation linéaire en fonction du logarithme du ratio h/delta se dégage et dont l'ordonnée à l'origine semble dépendre du rapport de contraction Cr. Le même comportement peut être observé sur la distribution de pression dans les zones de recirculations, notamment sur la partie avale où la dépression dans le bulbe de recirculation est d'autant plus forte que h/delta est grand. Enfin, les spectres en fréquences et les corrélations spatio-temporels des sondes de pressions ont permis de faire ressortir des comportements instables, corroborés par la littérature. Quelques soit la configuration, deux mécanismes haute et basse fréquences ont été identifiés. Le premier correspondant à l'instabilité convective de Kelvin-Helmholtz, dont la fréquence décroît avec la distance au point de séparation pour ensuite saturer en lâché de tourbillons. Le second, correspond à un mécanisme de battement de la couche de cisaillement. Il a également été observé que les fréquences caractéristiques adimensionnées de ces phénomènes ne variaient pas avec le nombre de Reynolds, et très peu avec le paramètre h/delta. Ces deux mécanismes contribuent à l'organisation des structures tourbillonnaires dans la couche de cisaillement, dont la vitesse locale de convection a été calculée et montre une dépendance en h/delta

Etudes expérimentales et numériques d'un jet de particules : application au freinage ferroviaire

Les transports ferrés urbains, bien que considérés comme une alternative écologique au transport individuel, font aujourd'hui l'objet d'un intérêt grandissant en matière de risque pour la santé et d'exposition aux particules fines. Des campagnes de mesures aux particules fines (PM) effectuées dans plusieurs réseaux souterrains de métropoles mondiales ont révélé des niveaux relativement élevés. Ces mesures se basent sur des taux moyens mesurés principalement en stations et ne permettent pas d'identifier précisément la provenance des particules. L'objectif principal de ce travail est d'apporter, par voie expérimentale, des éléments permettant d'améliorer les modèles numériques prédictifs de transport et de comportement des particules issues du freinage d'un matériel roulant. Un certain nombre d'études ont été réalisées sur le sujet en écoulement multiphasique mais peu d'entre elles ont été menées sur les particules d'usure et aucune ne s'est attaquée au problème du comportement dynamique des particules et de leur interaction avec un écoulement turbulent autour d'un équipement ferroviaire. Cette étude vise à tester numériquement le « Suspension balance Model » (SBM), modèle basé sur les phénomènes de migration de particules dans un écoulement. Une configuration canonique d'écoulement est définie (jet de particules en couche limite) en vue de procéder à une validation expérimentale par méthodes optiques. L'interaction du jet avec un écoulement de type couche limite est analysée en vue de comparer les champs de vitesse et de concentration issus de la modélisation et de l'expérience. Ces essais sont réalisés dans un canal hydraulique avec injection de particules calibrées

RESÍDUOS ELETRÔNICOS: Efeitos na saúde humana, impacto ambiental e potencial econômico

With technological advances, electronic devices require specialised recycling methods due to the presence of toxic by-products. Millions of tons of waste electro-electronic equipment are disposed of annually, much of it illegally. This study focused on the proper disposal and recycling of WEEEs, and the effects of metals on the environment and human health. Qualitative research methods of exploratory nature were used, by means of literature review. The incorrect disposal of this equipment generates impacts to the environment and human health. Precious metals are increasingly scarce due to intense extraction, showing the importance of its recycling. The recycling of WEEEs is gaining significant attention due to the presence of precious, critical or strategic metals in these wastes. More efficient, safe and sustainable processes need to be developed for the recovery of these metals, in addition to the development of greater awareness about the importance of the correct disposal of WEEECon los avances tecnológicos, los dispositivos electrónicos requieren métodos de reciclaje especializados debido a la presencia de subproductos tóxicos. Cada año se eliminan millones de toneladas de residuos de equipos electroelectrónicos, muchos de ellos de forma ilegal. Este estudio se centró en la eliminación y el reciclaje adecuados de los RAEE, y en los efectos de los metales en el medio ambiente y la salud humana. Se utilizaron métodos de investigación cualitativa de carácter exploratorio, mediante la revisión de la literatura. La eliminación incorrecta de estos equipos genera impactos en el medio ambiente y en la salud humana. Los metales preciosos son cada vez más escasos debido a su intensa extracción, lo que demuestra la importancia de su reciclaje. El reciclaje de los RAEE está ganando una gran atención debido a la presencia de metales preciosos, críticos o estratégicos en estos residuos. Es necesario desarrollar procesos más eficientes, seguros y sostenibles para la recuperación de estos metales, además de desarrollar una mayor conciencia sobre la importancia de la correcta eliminación de los RAEECom o avanço tecnológico os dispositivos eletrônicos requerem métodos especializados de reciclagem pela presença de subprodutos tóxicos. Milhões de toneladas de resíduos de equipamentos eletroeletrônicos são descartadas anualmente, boa parte de forma ilegal. Este estudo focou no descarte adequado e reciclagem de REEEs, e efeitos dos metais no meio ambiente e saúde humana. Foram utilizados métodos qualitativos de investigação de caráter exploratório, por meio de revisão bibliográfica da literatura. O descarte incorreto destes equipamentos gera impactos ao meio ambiente e à saúde humana. Metais preciosos estão cada vez mais escassos devido a intensa extração, mostrando a importância da sua reciclagem. A reciclagem de REEEs está ganhando atenção significativa devido à presença de metais preciosos, críticos ou estratégicos nestes resíduos. Processos mais eficientes, seguros e sustentáveis precisam ser desenvolvidos para recuperação destes metais, além do desenvolvimento de uma maior consciência sobre a importância do descarte correto de REE