Дослідження просторової течії в проточній частині високонапірної радіально-осьової гідротурбіни

The paper presents some results of a computational study of the spatial turbulent flow of a viscous fluid in the flow part of the high-pressure Francis turbine Fr500, made using the CFX-TASCflow application program package. To improve the energy performance at the preliminary design stage of the turbine, numerical flow simulations should be carried out. This CFD approach reduces costs and time in comparison with the experimental approach and makes it possible to improve and analyze turbine performance and its design before the model is manufactured. The computational complex of programs provides an opportunity to see the picture of pressure distribution, the field of velocity vectors and the movement of fluid particles for substantiation and analysis of results. Numerical modeling of the spatial flow in the flow part of the turbine was carried out to determine changes in the energy characteristics, therefore, the k-ε turbulence model was chosen. As a result of the calculation, the distribution of speeds and pressures in the various elements of the hydraulic turbine was determined at different openings of the guide vane. The analysis of energy losses in the flow part of a Francis turbine: a spiral case, a stator withflat rings, a guide vane, a runner and a draft tube on the optimal operating mode of the hydraulic turbine, as well as an analysis of the effect of opening the guide vane on changes in energy losses in various elements of the flow parts. The results of the computational study confirm that the hydraulic efficiency of a hydraulic turbine largely depends on the losses in the guide vane and the runner, which means it is these elements that should be given the most attention, their design and coordination of the flow in them. The issue of increasing the energy performance of the flow parts of a high-pressure Francis turbine was also considered.В роботі представлені деякі результати розрахункового дослідження просторової турбулентної течії в'язкої рідини в проточній частині високонапірної радіально-осьової гідротурбіни РО500, виконаного за допомогою комплексу прикладних програм CFX-TASCflow. Для поліпшення енергетичних показників на попередньому етапі проектування гідротурбіни проводиться чисельне моделювання потоку. Даний підхід CFD знижує витрати і час в порівнянні з експериментальними підходом і дає можливість удосконалити і аналізувати показники турбіни і її конструкцію до моменту виготовлення моделі. Розрахунковий комплекс програм надає можливість побачити картину розподілу тиску, поле векторів швидкості і руху частинок рідини для обґрунтування та аналізу результатів. Чисельне моделювання просторового потоку в проточній частині гідротурбіни було проведено для визначення зміни енергетичних характеристик, тому була обрана k-ε модель турбулентності. В результаті розрахунку були визначені розподіл швидкостей і тисків в різних елементах гідравлічної турбіни, при різних відкриттях напрямного апарату. Виконано аналіз втрат енергії в проточній частині радіально-осьової гідротурбіни: спіральній камері, статорі з плоскими кільцями, напрямному апараті, робочому колесі і відсмоктуючій трубі на оптимальному режимі роботи гідротурбіни, а також аналіз впливу відкриття напрямного апарату на зміни втрат енергії в різних елементах проточної частини. Наведені результати розрахункового дослідження підтверджують, що гідравлічний коефіцієнт корисної дії гідравлічної турбіни в значній мірі залежить від втрат в напрямному апараті і робочому колесі і означає саме цим елементам варто приділяти найбільші увагу, їх конструкції та узгодженню потоку в них. Також було розглянуто питання підвищення енергетичних показників проточної частини високонапірної радіально-осьової гідротурбіни

Дослідження потоку рідини в двовимірній і тривимірній постановці в проточній частині високонапірної радіально-осьової гідротурбіни

The paper presents some results of a computational study of the spatial flow of a viscous fluid in a high-pressure Francis turbine Fr500 (in the optimal mode). To improve the energy performance at the preliminary design stage of the turbine, numerical flow simulations should be carried out. The difficulty of solving the problem posed is due both to the complex spatial geometry of the blade system of the runner and the varying degree of influence of the working bodies on the formation of energy characteristics. This CFD approach reduces costs and time in comparison with the experimental approach and makes it possible to improve and analyze turbine performance and its design before the model is manufactured. The computational complex of programs provides an opportunity to see the picture of pressure distribution, the field of velocity vectors and the movement of fluid particles for substantiation and analysis of results. Numerical modeling of the spatial flow in the flow part of the turbine was carried out to determine changes in the energy characteristics, therefore, the k - ε turbulence model was chosen, this model is the most successful model of first-level turbulence of the circuit. The results of the computational study confirm that the hydraulic efficiency of a hydraulic turbine largely depends on the losses in the guide vane and the runner, which means it is these elements that should be given the most attention, their design and coordination of the flow in them. Analysis of the energy loss in the flow part of the Francis turbine was carried out using programs for calculating fluid flow in two-dimensional and three-dimensional formulation. The obtained calculated data correspond to the previously known experimental recommendations for high-pressure Francis turbine. The issues of increasing the energy performance of a projected high-pressure Francis turbine were considered.В роботі представлені деякі результати розрахункового дослідження просторової турбулентної течії в'язкої рідини в проточній частині високонапірної радіально-осьової гідротурбіни РО500. Для поліпшення енергетичних показників на попередньому етапі проектування гідротурбіни проводиться чисельне моделювання потоку. Складність вирішення поставленого завдання обумовлена як складної просторової геометрією лопатевої системи робочого колеса, так і різним ступенем впливу робочих органів на формування енергетичних характеристик. Даний підхід CFD знижує витрати і час в порівнянні з експериментальними підходом і дає можливість удосконалити і аналізувати показники турбіни і її конструкцію до моменту виготовлення моделі. Розрахунковий комплекс програм надає можливість побачити картину розподілу тиску, поле векторів швидкості і руху частинок рідини для обґрунтування та аналізу результатів. Чисельне моделювання просторового потоку в проточній частині гідротурбіни було проведено для визначення зміни енергетичних характеристик, тому була обрана k - ε модель турбулентності, дана модель є найбільш вдалою моделлю турбулентності першого рівня замикання. Наведені результати розрахункового дослідження підтверджують, що гідравлічний коефіцієнт корисної дії гідравлічної турбіни в значній мірі залежить від втрат в напрямному апараті і робочому колесі і означає саме цим елементам варто приділяти найбільші увагу, їх конструкції та узгодженню потоку в них. Аналіз втрат енергії в проточній частині радіально-осьової гідротурбіни був проведений з використанням програм для розрахунку течії рідини в двовимірній і тривимірній постановці. Отримані розрахункові дані відповідають відомим раніше експериментальним рекомендаціям для високонапірної радіально-осьової гідротурбіни. Були розглянуті питання підвищення енергетичних показників спроектованої високонапірної радіально-осьової гідротурбіни

Neural Potential Field for Obstacle-Aware Local Motion Planning

Model predictive control (MPC) may provide local motion planning for mobile robotic platforms. The challenging aspect is the analytic representation of collision cost for the case when both the obstacle map and robot footprint are arbitrary. We propose a Neural Potential Field: a neural network model that returns a differentiable collision cost based on robot pose, obstacle map, and robot footprint. The differentiability of our model allows its usage within the MPC solver. It is computationally hard to solve problems with a very high number of parameters. Therefore, our architecture includes neural image encoders, which transform obstacle maps and robot footprints into embeddings, which reduce problem dimensionality by two orders of magnitude. The reference data for network training are generated based on algorithmic calculation of a signed distance function. Comparative experiments showed that the proposed approach is comparable with existing local planners: it provides trajectories with outperforming smoothness, comparable path length, and safe distance from obstacles. Experiment on Husky UGV mobile robot showed that our approach allows real-time and safe local planning. The code for our approach is presented at https://github.com/cog-isa/NPField together with demo video

Cluster-size constrained network partitioning

International audienceIn this paper we consider a graph clustering problem with a given number of clusters and approximate desired sizes of the clusters. One possible motivation for such task could be the problem of databases or servers allocation within several given large computational clusters, where we want related objects to share the same cluster in order to minimize latency and transaction costs. This task differs from the original community detection problem. To solve this task, we adopt some ideas from Glauber Dynamics and Label Propagation Algorithm. At the same time we consider no additional information about node labels, so the task has the nature of unsupervised learning. We propose an algorithm for the problem, show that it works well for a large set of parameters of Stochastic Block Model (SBM) and theoretically show that its running time complexity for achieving almost exact recovery is of O(n·d·ω) for the mean-field SBM with d being the average degree and ω tending to infinity arbitrary slow. Other significant advantage of the proposed approach is its local nature, which means it can be efficiently distributed with no scheduling or synchronization

Polymerisable octahedral rhenium cluster complexes as precursors for photo/electroluminescent polymers

New polymerisable photoluminescent octahedral rhenium cluster complexes trans-[{Re₆Q₈}(TBP)₄VB)₂] (Q = S or Se; TBP – p-tert-butylpyridine; VB – vinyl benzoate) have been synthesised, characterised and used to construct rhe-nium cluster-organic polymer hybrid materials. These novel polymer systems are solution-processable and the rhenium clusters retain their photoluminescent properties within the polymer environment. Notably, when the rhenium cluster complexes are incorporated into the matrix of the electroluminescent polymer poly(N-vinylcarbazole), the resultant cluster polymer hybrid combined properties of both components and was used successfully in the construc-tion of a polymer light emitting diode (PLED). These prototype devices are the first PLEDs to incorporate octahedral rhenium clusters and provide the first direct evidence of the electroluminescent properties of rhenium clusters and indeed, to the best of our knowledge, of any member of the family of 24-electron hexanuclear cluster complexes of molybdenum, tungsten or rhenium

Hexaazide octahedral molybdenum cluster complexes: synthesis, properties and the evidence of hydrolysis

This article reports the synthesis, crystal structure of new molybdenum hexaazide cluster complex (ⁿBu₄N)₂[{Mo₆I₈}(N₃)₆] (3) and comparison of its photophysical and electrochemical properties to those of earlier reported analogues (ⁿBu₄N)₂[{M₆X₈}(N₃)₆] (X = Cl, Br). Additionally, the dimerisation of 3 as a result of hydrolysis was revealed by mass spectrometry and single crystal X-Ray diffraction. Indeed, the structurally characterised compound (ⁿBu₄N)₄[{Mo₆I₈}(N₃)₅)₂O] represents the first example of oxo-bridged dimer of octahedral molybdenum clusters complexes

Water-soluble hybrid materials based on {Mo₆X₈}⁴⁺ (X = Cl, Br, I) cluster complexes and sodium polystyrene sulfonate

Development of water-soluble forms of octahedral molybdenum clusters {Mo₆X₈}⁴⁺ (X = Cl, Br, I) is strongly motivated by the tremendous potential that these complexes have for biological applications, namely as agents for bioimaging and photodynamic therapy. In these work we report the first water-soluble hybrid materials, which represent sodium polystyrene sulfonate doped by molybdenum clusters, and evaluation of their photophysical and biological properties (dark and photoinduced cytotoxicity and cellular uptake) with the use of cervical cancer (HeLa) and human epidermoid larynx carcinoma (Hep-2) cell-lines as models

Advances in the Engineering of Near Infrared Emitting Liquid Crystals and Copolymers, Extended Porous Frameworks, Theranostic Tools and Molecular Junctions Using Tailored Re6 Cluster Building Blocks

International audienceAt the occasion of the fiftieth birthday of the introduction of the term 'metal atom cluster' by F. A. Cotton in inorganic chemistry, it is the good time to make a review on the advances in the engineering of molecular assemblies and nanomaterials based on octahedral Re6 metal atom clusters. The latter exhibit unique intrinsic structural and physicochemical properties (orthogonal disposition of metallic sites that can be selectively functionalized, photoluminescence, redox, generation of singlet oxygen) that make them relevant building blocks for the structuration at the nanometric scale and functionalization of hybrid organic-inorganic materials and supramolecular frameworks. After synthesis by solid state chemistry techniques at high temperature, inorganic precursors built up on face-capped [(Re6Yi8)Ya6] cluster units (Y = chalcogen and/or halogen) can be functionalized via solution chemistry techniques or organic melts to form [(Re6Yi8)La6] (L = CN, OH, various organic ligands...). This work reports advances in the synthesis of [(Re6Yi8)Ya6] and [(Re6Yi8)La6] cluster units as well as on their use in the elaboration of supramolecular frameworks, nanoparticles, hybrid nanomaterials (co-polymers and liquid crystals) and active molecular junctions

Luminescent coordination polymers based on Ca²⁺ and octahedral cluster anions [{M₆Clⁱ₈}Clᵃ₆}²⁻ (M = Mo, W) : synthesis and thermal stability studies

Luminescent coordination polymers (CPs) based of inexpensive stable precursors are attractive materials for applications. Here we report the synthesis and evaluation of the stability and photophysical characteristics of the first examples of phosphorescent CPs based on octahedral molybdenum and tungsten cluster anions. Specifically 1D CP trans-[{Ca(OPPh₃)₄}{{M₆Clⁱ₈}Clᵃ₆}]∞ (M = Mo, W) can be obtained either directly at increased temperature or via intermediate phases [cis-Ca(OPPh₃)₄(H₂O)₂][{M₆Clⁱ₈}Clᵃ₆]∙2CH₃CN that are stable at room-temperature, but convert to the titled CP at temperatures above 100 °C

Cellular internalisation, bioimaging and dark and photodynamic cytotoxicity of silica nanoparticles doped by {Mo₆I₈}⁴⁺ metal clusters

Silica nanoparticles (SNPs) doped by hexanuclear molybdenum cluster complexes [{Mo₆X₈}L₆]n (X = Cl, Br, or I; L = various inorganic or organic ligands) have been recently suggested as materials with a high potential for biomedical applications due to both the outstanding photoluminescent properties and the ability to efficiently generate singlet oxygen upon photoirradiation. However, no studies were undertaken so far to prove this concept. Therefore, here we examined the potential of photoluminescent SNPs doped by {Mo₆I₈}⁴⁺ for such applications as bioimaging and photodynamic therapy using human epidermoid larynx carcinoma (Hep-2) cell line as a model. Our results demonstrated both: (i) significant luminescence from cells with internalised molybdenum cluster doped SNPs combined with the low cytotoxicity of particles in the darkness and (ii) significant cytotoxicity of the particles upon photoirradiation. Thus, this research provides strong experimental evidence for high potential of molybdenum cluster doped materials in such biomedical applications as optical bioimaging, biolabeling and photodynamic therapy