Modeling of temperature fields of details during laser hardening using the method of polyargument systems

Представлено дані математичного моделювання теплового стану ріжучого інструменту в умовах лазерного загартування. Розглядаються особливості реалізації методу поліаргументних систем для розв’язання тривимірної задачі теплопереносу з локалізованим рухомим джерелом лазерного нагріву. Наводяться дані числових досліджень щодо встановлення закономірностей впливу радіуса плями нагріву на температурний режим зміцнюваного інструменту. Показано, що варіювання даного параметра може використовуватися як ефективний спосіб впливу на тепловий стан ріжучого інструменту в процесі його загартування променем лазера. Представлено результати моделювання температурних режимів інструмента в широкому практично важливому діапазоні зміни його кута заточки.The data of mathematical modeling of the thermal state of a cutting tool under conditions of laser hardening are presented. The features of the implementation of the method of polyargument systems for solving the three-dimensional heat transfer problem with a localized movable laser heating source are considered. The data of numerical studies to establish patterns of the influence of the radius of the heating spot on the temperature regime of the hardened tool are presented. It is shown that varying this parameter can be used as an effective way of influencing the thermal state of a cutting tool during its hardening by a laser beam. The results of modeling the temperature conditions of the tool in a wide practically important range of changes in its sharpening angle are presented.Представлены данные математического моделирования теплового состояния режущего инструмента в условиях лазерной закалки. Рассматриваются особенности реализации метода полиаргументных систем для решения трехмерной задачи теплопереноса с локализованным подвижным источником лазерного нагрева. Приводятся данные численных исследований по установлению закономерностей влияния радиуса пятна нагрева на температурный режим упрочняемого инструмента. Показано, что варьирование данного параметра может использоваться в качестве эффективного способа воздействия на тепловое состояние режущего инструмента в процессе его закалки лучом лазера. Представлены результаты моделирования температурных режимов инструмента в широком практически важном диапазоне изменения его угла заточки

Solitary waves in the Nonlinear Dirac Equation

In the present work, we consider the existence, stability, and dynamics of solitary waves in the nonlinear Dirac equation. We start by introducing the Soler model of self-interacting spinors, and discuss its localized waveforms in one, two, and three spatial dimensions and the equations they satisfy. We present the associated explicit solutions in one dimension and numerically obtain their analogues in higher dimensions. The stability is subsequently discussed from a theoretical perspective and then complemented with numerical computations. Finally, the dynamics of the solutions is explored and compared to its non-relativistic analogue, which is the nonlinear Schr{\"o}dinger equation. A few special topics are also explored, including the discrete variant of the nonlinear Dirac equation and its solitary wave properties, as well as the PT-symmetric variant of the model

ТЕМПЕРАТУРНІ РЕЖИМИ ЗОН ЗВОРОТНИХ ТОКІВ У БЛИЖНЬОМУ СЛІДІ ЦИЛІНДРИЧНИХ СТАБІЛІЗАТОРІВ ПОЛУМ'Я

The results of experimental studies of the temperature regimes of the back flow zones behind the cylindrical flame stabilizers of microjet burners are presented. The authors have considered a burner device, which is a circular channel with a cylindrical stabilizer placed in it. Circular openings for feeding fuel gas (propane-butane) into the blowing air flow off are located in a circle on the stabilizer. To determine the sizes of the back flow zones in the regions astern of the stabilizer, a method of visualizing the flow using sodium salts was used. The temperature measurement in the back flow zone was carried out by the chromel-alumel thermocouple. The regularities of the influence on the length of the back flows zones and the temperatures in these zones of such regime parameters of the combustion process as the value of the air flow velocity at the inlet to the channel and the air excess coefficient are analysed. Particular attention is paid to the study of the features of the change in the heat state and the length of the back flow zones as a function of the magnitude of the relative pitch of disposition of the gas-supply openings. An increase in the relative pitch of the gas-supplying openings and the air excess coefficient is shown to lead to a decrease in the length of the back flow zones, and an increase in the airflow velocity, on the contrary, increases this length. The influence of the relative pitch of disposition of the gas is noted to supply openings related to the fact that its growth leads to an increase in the injecting action of the fuel gas jets, which consists in a greater attraction of ambient air to the fuel jets. This in turn leads to an additional increase in the degree of rarefaction in the back flows zone beyond the stabilizer, and then to a decrease in the length of this zone. The dependence of the length of the back flow zone on the magnitude of the relative pitch of the gas supply openings is observed to be significant only at relatively high values of the air excess coefficient. With an increase in this pitch and the air-flow velocity, the maximum values of the temperatures are defined to increase. An increase in the air excess coefficient is considered to lead to a drop in maximum temperatures in the back flows zone. The results of the completed studies can be used in energy practice in the design of burner devices for fuel combustion equipment with relatively low power, when it is necessary to ensure the uniformity of heat supply over the fire space.Наведено результати експериментальних досліджень теплового стану мікрофакельних пальникових пристроїв з циліндричними стабілізаторами полум'я. Встановлено особливості формування температурних режимів і геометричних характеристик зон зворотних токів у закормовій ділянці циліндричних стабілізаторів. Проаналізовано закономірності впливу конструктивних і режимних чинників на основні параметри процесу спалювання в розглядуваних пальникових пристроях. Наведено дані щодо залежності довжини зон зворотних токів у закормових ділянках циліндричних стабілізаторів полум'я та величини температур у них від таких режимних параметрів процесу спалювання, як величина швидкості потоку повітря на вході в канал і коефіцієнт надлишку повітря. Встановлено, що зі збільшенням швидкості повітряного потоку протяжність зони зворотних токів зростає, вплив же коефіцієнта надлишку повітря має протилежний характер: довжина зони зворотних токів і рівень температур у них зменшуються зі зростанням коефіцієнта надлишку повітря. Певну увагу приділено дослідженню особливостей зміни теплового стану і протяжності зон зворотних токів за стабілізаторами полум'я від величини відносного кроку розташування газоподавальних отворів. Зазначено, що з огляду на інжектуючу дію струмин паливного газу відбувається скорочення довжини зон зворотних токів зі збільшенням вказаного відносного кроку

ОСОБЛИВОСТІ ЗМІНИ ТЕПЛОФІЗИЧНИХ ВЛАСТИВОСТЕЙ НАДКРИТИЧНОЇ ВОДИ ПІД ЧАС ТЕЧІЇ В КРУГЛИХ ТРУБАХ, ЩО ОБІГРІВАЮТЬСЯ

In the nuclear power industry, one of the promising development paths is related to the transition to supercritical parameters, in particular, to the development of water-cooled fourth-generation reactors. Such transition requires the solution of a number of complex problems, among which one can single out the problem of heat and mass transfer during the upstream flow of supercritical water in heated channels. This work is devoted to the study of the influence of the temperature dependence of the physical properties of supercritical water on their space distribution in the channel. The axisymmetric problem of hydrodynamics and heat transfer in a vertically round tube with an upstream flow of supercritical water was considered. The internal diameter of the tube is 10 mm, the length of the heated part of the tube is 4 m, the mass flux of the water is 1000 kg/(m2·s), the inlet water temperature is 342°C, and the pressure is 24 MPa, input heat flux: q = 392 kW/m2 (option 1) and q = 826 kW/m2 (option 2). The study was conducted on the basis of CFD modeling using Fluent code. The results of the studies showed that the nature of the distribution of the physical properties of supercritical water in the heated channel is largely due to the motion of the front of the pseudo-phase transition in it and depends on the value of the heat flux. For a relatively small input heat flux, in almost the entire considered region the coolant temperature is noted to be lower than the pseudo-phase transition temperature. In this case, as for the sufficiently high input heat flux, the region between the beginning and the end of the pseudo-phase transition zone covers almost the entire length of the tube. The position of the front of the pseudo-phase transition near the tube axis is displaced along its length from the end of the tube to its middle. Accordingly, the positions of the maximum specific heat and thermal conductivity, calculated from the temperature at the axis of the tube, are displaced. The nature of the specific heat distribution along the tube radius is also analysed for the two heat transfer values considered. The position of the specific heat maximum in the cross section of the tube essentially is shown to depend on the level of the heat flux supplied. As a result of the studies, it has been defined that the above described complex character of the space distribution of the physical properties of the coolant in the region of the pseudo-phase transition leads to a significant acceleration of the flow, the variability of the buoyancy forces, the restructuring of the velocity profiles and tangential stresses.Для процесу течії надкритичної води в каналі, що обігрівається, проведено дослідження особливостей просторового розподілу фізичних властивостей води, зумовлених їх істотною температурною залежністю, характерною для надкритичних середовищ у ділянці псевдофазового переходу. На основі комп'ютерного моделювання розв'язано задачу тепломасоперенесення у вертикальній круглій трубі під час висхідного руху в ній води надкритичних параметрів. Показано, що характер розподілу властивостей теплоносія у поздовжньому перетині труби певною мірою визначається рухом в ньому фронту псевдофазового переходу. Проаналізовано вплив величини густини теплового потоку, що підводиться до стінки труби, на положення границь початку і кінця зони псевдофазового переходу і на пов'язані з цим особливості просторової зміни фізичних властивостей теплоносія. Наведено результати СFD моделювання з розподілу уздовж довжини труби, що обігрівається, таких властивостей надкритичної води, як густина, динамічна в'язкість, коефіцієнт теплопровідності і питома теплоємність. Виконано зіставлення особливостей розподілу зазначених властивостей, розрахованих за температурою на стінці труби і на її осі. Досліджено характер зміни питомої теплоємності по радіусу труби і проаналізовано вплив рівня теплового потоку, що підводиться, на положення максимуму теплоємності в різних поперечних перетинах каналу

Unexpected large eruptions from buoyant magma bodies within viscoelastic crust

Large volume effusive eruptions with relatively minor observed precursory signals are at odds with widely used models to interpret volcano deformation. Here we propose a new modelling framework that resolves this discrepancy by accounting for magma buoyancy, viscoelastic crustal properties, and sustained magma channels. At low magma accumulation rates, the stability of deep magma bodies is governed by the magma-host rock density contrast and the magma body thickness. During eruptions, inelastic processes including magma mush erosion and thermal effects, can form a sustained channel that supports magma flow, driven by the pressure difference between the magma body and surface vents. At failure onset, it may be difficult to forecast the final eruption volume; pressure in a magma body may drop well below the lithostatic load, create under-pressure and initiate a caldera collapse, despite only modest precursors

El Mayor-Cucapah (Mw 7.2) earthquake: Early near-field postseismic deformation from InSAR and GPS observations

El Mayor-Cucapah earthquake occurred on 4 April 2010 in northeastern Baja California just south of the U.S.-Mexico border. The earthquake ruptured several previously mapped faults, as well as some unidentified ones, including the Pescadores, Borrego, Paso Inferior and Paso Superior faults in the Sierra Cucapah, and the Indiviso fault in the Mexicali Valley and Colorado River Delta.We conducted several Global Positioning System (GPS) campaign surveys of preexisting and newly established benchmarks within 30 km of the earthquake rupture. Most of the benchmarks were occupied within days after the earthquake, allowing us to capture the very early postseismic transient motions. The GPS data show postseismic displacements in the same direction as the coseismic displacements; time series indicate a gradual decay in postseismic velocities with characteristic time scales of 66 ± 9 days and 20 ± 3 days, assuming exponential and logarithmic decay, respectively. We also analyzed interferometric synthetic aperture radar (InSAR) data from the Envisat and ALOS satellites. The main deformation features seen in the line-of-sight displacement maps indicate subsidence concentrated in the southern and northern parts of the main rupture, in particular at the Indiviso fault, at the Laguna Salada basin, and at the Paso Superior fault. We show that the near-field GPS and InSAR observations over a time period of 5 months after the earthquake can be explained by a combination of afterslip, fault zone contraction, and a possible minor contribution of poroelastic rebound. Far-field data require an additional mechanism, most likely viscoelastic relaxation in the ductile substrate. ©2014. American Geophysical Union