La3TaO7 derivatives with Weberite structure type: Possible electrolytes for solid oxide fuel cells and high temperature electrolysers

In this study, with the aim to enhance the ionic conduction of known structures by defect chemistry, the La2O3-Ta2O5 system was considered with a focus on the La3TaO7 phase whose structure is of Weberite type. In order to predict possible preferential substitution sites and substitution elements, atomistic simulation was used as a first approach. A solid solution La3−xSrxTaO7−x/2 was confirmed by X-ray diffraction and Raman spectroscopy; it extends for a substitution ratio up to x = 0.15. Whereas La3TaO7 is a poor oxide ion conductor (σ700 °C = 2 × 10−5S.cm−1), at 700 °C, its ionic conductivity is increased by more than one order of magnitude when 3.3% molar strontium is introduced in the structure (σ700 °C = 2 × 10−4S.cm−1)

Impact behaviour of dissimilar AA2024-T351/7075-T651 FSWed butt-joints: effects of Al2O3-SiC particles addition

Dissimilar friction stir welding joints are widely employed in the industrial field due to the excellent microstructural and mechanical properties of the resulting joints. Nevertheless, to further enhance the weld properties, the addition of reinforcement particles on the joint-line during the process has been proven effective for increasing its mechanical performance. In the present investigation, the microstructure and the impact behaviour of FSWed joints between AA2024-T351 and AA7075-T651 aluminium plates were investigated, considering the effect of different process parameters selected through a full factorial 2k design of experiments: both the rotational and translational speed of the tool, as well as the addition of Al2O3-SiC microparticles, were considered as input parameters. Unnotched 10 x 5 x 55 mm impact specimens were tested through an instrumented 50 J Charpy pendulum: total impact energy, the two complementary initiation and propagation energies as well as the peak force were correlated to the adopted process parameters. From the performed analyses, it was found that joints with reinforcing particles are prone to form wormhole defects across the stir zone that not only affect the microstructural development, but also the impact behaviour since they require less energy at break in comparison with joints fabricated without particles addition

Simulation numérique de la combustion turbulente (Méthode de frontières immergées pour les écoulements compressibles, application à la combustion en aval d'une cavité)

Une méthode de frontières immergées est développée pour la simulation d écoulements compressibles et validée au travers de cas-tests spécifiques (réflexion d ondes acoustiques et quantification de la conservation de la masse dans des canaux inclinés). La simulation aux grandes échelles (LES) d une cavité transsonique est ensuite présentée. Le bouclage aéro-acoustique, très sensible aux conditions aux limites, est reproduit avec précision par la LES dans le cas où les parois sont immergées dans un maillage structurée. La comparaison des stratégies de modélisation de sous-maille pour cet écoulement transsonique et l adaptation des filtres en présence de frontières immergées sont également discutées. Le rôle, souvent sous-estimé, du schéma de viscosité artificiel, est quantifié.Dans la dernière partie du manuscrit, des études sont réalisées pour aider au dimensionnement d un nouveau concept de chambre de combustion où la flamme est stabilisée par la recirculation de gaz brûlés dans une cavité (chambre TVC pour Trapped Vortex Combustor). La modélisation de la combustion turbulente est basée sur une chimie tabulée, couplée à une fonction densité de probabilité présumée (PCM-FPI). L étude de la dynamique de la flamme est réalisée pour diverses conditions de fonctionnement (débit de l écoulement principal et présence ou non d un swirl). Les spécificités de mise en œuvre de la simulation d un écoulement de ce type sont discutées et un soin particulier est apporté au traitement de la condition de sortie, qui constitue un point sensible de la chaîne de modélisation. Les phénomènes d instabilités et de retour de la flamme sont mis en évidence ainsi que les modifications à apporter au dispositif afin de minimiser ces effets. L existence d un cycle limite acoustique est souligné et une formule permettant d anticiper le niveau des fluctuations de pression est proposée et validée. Une correction au modèle PCM-FPI est présentée afin de préserver la vitesse de flamme et d assurer une reproduction plus précise de la dynamique de flamme.An immersed boundary method has been developed for the simulation of compressible flow and validated with reference test cases (pressure wave reflection and quantification of mass conservation for various inclined channels). Large Eddy Simulation (LES) of a transonic cavity is then presented. The aeroacoustic feedback loop, which is highly sensitive to the boundary conditions, was accurately reproduced where the walls are immersed inside a structured grid. The comparison between the modeling approaches for this transonic flow and the correction of the filtering operation near immersed boundaries are also discussed. The often underestimated role of the numerical artificial dissipation is also quantified.In the last part of this manuscript, many studies are realized to help in the design of a new combustion chamber for Trapped Vortex Combustor (TVC). The turbulent combustion model is based on tabulated chemistry and a presumed probability density function (PCM-FPI) method.The flame dynamics is studied for various operating conditions (flowrate of the main flow and presence of swirl motion). Details concerning the realization of such a flow are discussed and special care is taken for the treatment of the most sensitive outlet boundary condition. The phenomena of combustion instabilities and of flame backflow are highlighted along with the modifications to be made for the device to minimize these effects. The existence of a acoustic limit cycle is emphasized and a formula is proposed and validated to anticipate the level of pressure fluctuations. Finally a correction to the PCM-FPI model is suggested to preserve the flame front speed and to ensure a more accurate description of the flame dynamics.ROUEN-INSA Madrillet (765752301) / SudocSudocFranceF

Large Eddy simulation of a trapped Vortex combustor

The Trapped Vortex Combustor (TVC) is a challenging configuration where flame stabilization is achieved through the presence of a cavity. The present work describes an unsteady non-reacting and reacting annular TVC flow studied with Large-Eddy Simulation and Immersed Boundaries Method. The combustion model is based on tabulated chemistry associated with a presumed PDF. The effects of local strain rate and of heat losses are included in the modelling. The simulations are compared with experimental results and the performance of the modelling closures is discussed

Comparison of DNA extraction kits for PCR-DGGE analysis of human intestinal microbial communities from fecal specimens

<p>Abstract</p> <p>Background</p> <p>The influence of diet on intestinal microflora has been investigated mainly using conventional microbiological approaches. Although these studies have advanced knowledge on human intestinal microflora, it is imperative that new methods are applied to facilitate scientific progress. Culture-independent molecular fingerprinting method of Polymerase Chain Reaction and Denaturing Gradient Gel Electrophoresis (PCR-DGGE) has been used to study microbial communities in a variety of environmental samples. However, these protocols must be optimized prior to their application in order to enhance the quality and accuracy of downstream analyses. In this study, the relative efficacy of four commercial DNA extraction kits (Mobio Ultra Clean^®Fecal DNA Isolation Kit, M; QIAamp^®DNA Stool Mini Kit, Q; FastDNA^®SPIN Kit, FSp; FastDNA^®SPIN Kit for Soil, FSo) were evaluated. Further, PCR-DGGE technique was also assessed for its feasibility in detecting differences in human intestinal bacterial fingerprint profiles.</p> <p>Method</p> <p>Total DNA was extracted from varying weights of human fecal specimens using four different kits, followed by PCR amplification of bacterial 16S rRNA genes, and DGGE separation of the amplicons.</p> <p>Results</p> <p>Regardless of kit, maximum DNA yield was obtained using 10 to 50 mg (wet wt) of fecal specimens and similar DGGE profiles were obtained. However, kits FSp and FSo extracted significantly larger amounts of DNA per g dry fecal specimens and produced more bands on their DGGE profiles than kits M and Q due to their use of bead-containing lysing matrix and vigorous shaking step. DGGE of 16S rRNA gene PCR products was suitable for capturing the profiles of human intestinal microbial community and enabled rapid comparative assessment of inter- and intra-subject differences.</p> <p>Conclusion</p> <p>We conclude that extraction kits that incorporated bead-containing lysing matrix and vigorous shaking produced high quality DNA from human fecal specimens (10 to 50 mg, wet wt) that can be resolved as bacterial community fingerprints using PCR-DGGE technique. Subsequently, PCR-DGGE technique can be applied for studying variations in human intestinal microbial communities.</p

Numerical simulation of turbulent combustion : Immersed Boundary Method for compressible flow, application to combustion behind a cavity

Une méthode de frontières immergées est développée pour la simulation d’écoulements compressibles et validée au travers de cas-tests spécifiques (réflexion d’ondes acoustiques et quantification de la conservation de la masse dans des canaux inclinés). La simulation aux grandes échelles (LES) d’une cavité transsonique est ensuite présentée. Le bouclage aéro-acoustique, très sensible aux conditions aux limites, est reproduit avec précision par la LES dans le cas où les parois sont immergées dans un maillage structurée. La comparaison des stratégies de modélisation de sous-maille pour cet écoulement transsonique et l’adaptation des filtres en présence de frontières immergées sont également discutées. Le rôle, souvent sous-estimé, du schéma de viscosité artificiel, est quantifié.Dans la dernière partie du manuscrit, des études sont réalisées pour aider au dimensionnement d’un nouveau concept de chambre de combustion où la flamme est stabilisée par la recirculation de gaz brûlés dans une cavité (chambre TVC pour Trapped Vortex Combustor). La modélisation de la combustion turbulente est basée sur une chimie tabulée, couplée à une fonction densité de probabilité présumée (PCM-FPI). L’étude de la dynamique de la flamme est réalisée pour diverses conditions de fonctionnement (débit de l’écoulement principal et présence ou non d’un swirl). Les spécificités de mise en œuvre de la simulation d’un écoulement de ce type sont discutées et un soin particulier est apporté au traitement de la condition de sortie, qui constitue un point sensible de la chaîne de modélisation. Les phénomènes d’instabilités et de retour de la flamme sont mis en évidence ainsi que les modifications à apporter au dispositif afin de minimiser ces effets. L’existence d’un cycle limite acoustique est souligné et une formule permettant d’anticiper le niveau des fluctuations de pression est proposée et validée. Une correction au modèle PCM-FPI est présentée afin de préserver la vitesse de flamme et d’assurer une reproduction plus précise de la dynamique de flamme.An immersed boundary method has been developed for the simulation of compressible flow and validated with reference test cases (pressure wave reflection and quantification of mass conservation for various inclined channels). Large Eddy Simulation (LES) of a transonic cavity is then presented. The aeroacoustic feedback loop, which is highly sensitive to the boundary conditions, was accurately reproduced where the walls are immersed inside a structured grid. The comparison between the modeling approaches for this transonic flow and the correction of the filtering operation near immersed boundaries are also discussed. The often underestimated role of the numerical artificial dissipation is also quantified.In the last part of this manuscript, many studies are realized to help in the design of a new combustion chamber for Trapped Vortex Combustor (TVC). The turbulent combustion model is based on tabulated chemistry and a presumed probability density function (PCM-FPI) method.The flame dynamics is studied for various operating conditions (flowrate of the main flow and presence of swirl motion). Details concerning the realization of such a flow are discussed and special care is taken for the treatment of the most sensitive outlet boundary condition. The phenomena of combustion instabilities and of flame backflow are highlighted along with the modifications to be made for the device to minimize these effects. The existence of a acoustic limit cycle is emphasized and a formula is proposed and validated to anticipate the level of pressure fluctuations. Finally a correction to the PCM-FPI model is suggested to preserve the flame front speed and to ensure a more accurate description of the flame dynamics

Simulation numérique de la combustion turbulente : Méthode de frontières immergées pour les écoulements compressibles, application à la combustion en aval d’une cavité

An immersed boundary method has been developed for the simulation of compressible flow and validated with reference test cases (pressure wave reflection and quantification of mass conservation for various inclined channels). Large Eddy Simulation (LES) of a transonic cavity is then presented. The aeroacoustic feedback loop, which is highly sensitive to the boundary conditions, was accurately reproduced where the walls are immersed inside a structured grid. The comparison between the modeling approaches for this transonic flow and the correction of the filtering operation near immersed boundaries are also discussed. The often underestimated role of the numerical artificial dissipation is also quantified.In the last part of this manuscript, many studies are realized to help in the design of a new combustion chamber for Trapped Vortex Combustor (TVC). The turbulent combustion model is based on tabulated chemistry and a presumed probability density function (PCM-FPI) method.The flame dynamics is studied for various operating conditions (flowrate of the main flow and presence of swirl motion). Details concerning the realization of such a flow are discussed and special care is taken for the treatment of the most sensitive outlet boundary condition. The phenomena of combustion instabilities and of flame backflow are highlighted along with the modifications to be made for the device to minimize these effects. The existence of a acoustic limit cycle is emphasized and a formula is proposed and validated to anticipate the level of pressure fluctuations. Finally a correction to the PCM-FPI model is suggested to preserve the flame front speed and to ensure a more accurate description of the flame dynamics.Une méthode de frontières immergées est développée pour la simulation d’écoulements compressibles et validée au travers de cas-tests spécifiques (réflexion d’ondes acoustiques et quantification de la conservation de la masse dans des canaux inclinés). La simulation aux grandes échelles (LES) d’une cavité transsonique est ensuite présentée. Le bouclage aéro-acoustique, très sensible aux conditions aux limites, est reproduit avec précision par la LES dans le cas où les parois sont immergées dans un maillage structurée. La comparaison des stratégies de modélisation de sous-maille pour cet écoulement transsonique et l’adaptation des filtres en présence de frontières immergées sont également discutées. Le rôle, souvent sous-estimé, du schéma de viscosité artificiel, est quantifié.Dans la dernière partie du manuscrit, des études sont réalisées pour aider au dimensionnement d’un nouveau concept de chambre de combustion où la flamme est stabilisée par la recirculation de gaz brûlés dans une cavité (chambre TVC pour Trapped Vortex Combustor). La modélisation de la combustion turbulente est basée sur une chimie tabulée, couplée à une fonction densité de probabilité présumée (PCM-FPI). L’étude de la dynamique de la flamme est réalisée pour diverses conditions de fonctionnement (débit de l’écoulement principal et présence ou non d’un swirl). Les spécificités de mise en œuvre de la simulation d’un écoulement de ce type sont discutées et un soin particulier est apporté au traitement de la condition de sortie, qui constitue un point sensible de la chaîne de modélisation. Les phénomènes d’instabilités et de retour de la flamme sont mis en évidence ainsi que les modifications à apporter au dispositif afin de minimiser ces effets. L’existence d’un cycle limite acoustique est souligné et une formule permettant d’anticiper le niveau des fluctuations de pression est proposée et validée. Une correction au modèle PCM-FPI est présentée afin de préserver la vitesse de flamme et d’assurer une reproduction plus précise de la dynamique de flamme

Immersed Boundaries in Large Eddy Simulation of Compressible Flows

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Large Eddy Simulation of turbulent flames in a Trapped Vortex Combustor (TVC) – A flamelet presumed-pdf closure preserving laminar flame speed

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Self-ignition scenarios after rapid compression of a turbulent mixture weakly-stratified in temperature

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