Lard Used as a Fuel for Hybrid Rocket Motors

A bio-derived fuel, lard, was successfully tested using a laboratory scale hybrid rocket motor and a static test stand at the University of Tennessee-Knoxville. The experimental setup used gaseous oxygen as the oxidizer. Twenty-three experimental tests were successfully conducted with lard and oxygen. The nine-inch fuel grains used in the current investigation produced a measured thrust ranging from 70-145 Newtons (15-33 pounds) with calculated specific impulses ranging from 122-181 seconds. All the tests conducted were intensely fuel rich, and had equivalence ratios ranging from 0.2 to 0.45. The low equivalence ratios are partially due to unburned fuel particles that exit the nozzle. The tests conducted have shown that the regression rate of the lard was higher than that of other fuels, such as HTPB (hydroxyl-terminated polybutadiene), used in hybrid rocket motors. Lard has produced results similar to those obtained by researchers at Stanford University using paraffin. This investigation has provided sufficient evidence to indicate that lard merits further study as a fuel for hybrid rocket motors

Power Failure in Administrative Environments

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The Half-Life of a Tweet

Twitter has started to share an impression_count variable as part of the available public metrics for every Tweet collected with Twitter's APIs. With the information about how often a particular Tweet has been shown to Twitter users at the time of data collection, we can learn important insights about the dissemination process of a Tweet by measuring its impression count repeatedly over time. With our preliminary analysis, we can show that on average the peak of impressions per second is 72 seconds after a Tweet was sent and that after 24 hours, no relevant number of impressions can be observed for ~95% of all Tweets. Finally, we estimate that the median half-life of a Tweet, i.e. the time it takes before half of all impressions are created, is about 80 minutes

Druckluftbetriebene Kleinturbinen für Mobile Anwendungen

Die vorliegende Arbeit befasst sich mit der Untersuchung und Realisierung eines tragbaren Turbinen-Generator-Systems zur Gewinnung elektrischer Energie aus der Strömung von Druckluft. Anhand des Anwendungsszenarios von Pressluft-Atemsystemen wird eine Strömungsmaschine mit angeschlossenem Generator entworfen, aufgebaut und charakterisiert. In Situationen, in denen mobile Pressluft-Atemsysteme zum Einsatz kommen, wird in der Regel ein Druckbehälter mit Atemgas mitgeführt. Durch den hohen Druck von bis zu 300 bar enthält der Druckbehälter eine erhebliche Energiemenge. Da die Anwender solcher mobiler Pressluft-Atemsysteme - wie (Berufs-)Taucher und Feuerwehrleute - zunehmend elektrisch betriebene Geräte wie Lampen, Funksysteme und Sensoren mitführen, müssen aktuell Batterien für die Versorgung der Geräte eingesetzt werden. Die vorliegende Arbeit befasst sich mit der Umwandlung eines Teils der im komprimierten Atemgas enthaltenen Energie in elektrische Energie. Mittels einer Turbine, die an einen elektrischen Generator angeschlossen ist, wird zwischen Druckbehälter und Mundstück des Anwenders elektrische Energie aus der Strömung des komprimierten Gases gewonnen. Mit dem Scheibenläufer-Turbinenprinzip schlug Nikola Tesla im Jahr 1913 eine Bauform für Strömungsmaschinen vor, die bis heute Gegenstand wissenschaftlicher Untersuchungen ist. Das auf der Grenzflächenreibung zwischen parallelen Flächen beruhende Prinzip ist im Vergleich mit schaufelbasierten Turbinen weniger aufwändig in der Herstellung und verspricht eine höhere Laufruhe im Betrieb. In dieser Arbeit wird auf Grundlage dieses Turbinenprinzips eine Strömungsmaschine mit dem Ziel des Einsatzes in mobilen Pressluft-Atemsystemen entworfen und aufgebaut. Die Strömungsmaschine liegt in einem quaderförmigen Gehäuse mit den Kantenlängen 50 mm x 50 mm x 37,3 mm (BxHxT). Der Durchmesser des Rotors beträgt 20 mm. Seitlich ist ein handelsüblicher Brushless-DC-Motor als Generator angebracht. Alle Teile werden mit herkömmlichen Fertigungsverfahren wie CNC-Fräsen, Drehen und Feinätzen hergestellt. Zusätzlich werden als Alternative zu den scheibenbasierten Turbinenelementen drei verschiedene schaufelbasierte Turbinenelemente mithilfe des Fused Deposition Modeling 3D-Drucks (FDM) hergestellt und anschließend eingesetzt. Eine besondere Herausforderung stellt die präzise Wuchtung des aus mehreren Einzelteilen bestehenden Rotors dar, da der Rotoraufbau zur Charakterisierung wechselnder Konstruktionsparameter wie Scheibenanzahl und -abstände variabel ist. Jedoch soll er Drehzahlen von bis zu 100.000 min-1 standhalten. Es werden in zwei Rotorebenen jeweils sechs manuell verschiebbare Massen eingebracht, welche die Kompensation einer dynamischen Unwucht ermöglichen. Das Thema Unwucht wird dafür zunächst allgemein aufgearbeitet, um anschließend die Unwuchtsituation der Konstruktion eingehend zu analysieren. Zur Auslegung der Auswuchtparameter wird eine neue Methodik zur Beurteilung und Dimensionierung der Kompensationseinrichtungen erarbeitet und schließlich auf das vorliegende Szenario angewandt. Es wird eine Auswuchtmaschine aufgebaut, mit dem die dynamische Unwucht des Rotors bis in den niedrigen einstelligen mg*mm-Bereich bestimmt werden kann, was experimentell verifiziert wird. In einem einfachen, manuellen iterativen Verfahren kann auf diese Weise eine Wuchtgüte von G2,5 nach ISO 21940-11 erreicht werden. Im Zuge einer Modellbildung wird die Energiewandlungskette mit ihren einzelnen Wandlungsschritten und Verlustmechanismen für stationäre Betriebszustände beschrieben. Mittels der Modellgleichung kann eine Darstellung des Leistungskennfelds P(n, dm/dt) in Abhängigkeit zu den Betriebsparametern Drehzahl n und Massestrom dm/dt erzeugt werden. Ebenso werden qualitative Aussagen über die Einflüsse einzelner Modellparameter auf das Leistungskennfeld gemacht. Während der Charakterisierung des Turbinen-Generator-Systems werden 15 Rotorkonfigurationen eigenhändig aufgebaut, ausgewuchtet und hinsichtlich ihrer Leistungsdaten bei der Energieumwandlung untersucht. Davon basieren neun Rotorkonfigurationen auf dem Scheibenläuferprinzip von Tesla und sind in Spaltanzahl, Spaltbreite variabel. Sechs Rotorkonfigurationen werden mit insgesamt drei verschiedenen 3D-gedruckten schaufelbasierten Turbinenelementen aufgebaut. Als weitere Variation wird die Breite der Einlassdüse variiert. Die Turbine wird dabei jeweils mit einem Massefluss von 0 bis 150 slpm (Standardliter pro Minute) beaufschlagt, was dem Bereich der menschlichen Atmung in verschiedenen Belastungssituationen entspricht. Die Messungen zeigen, dass mit den Rotoren nach dem Scheibenläuferprinzip und dem übrigen Aufbau bis zu 23,28 W elektrische Leistung gewonnen werden können. Mittels der 3D-gedruckten Turbinenelemente wird eine gewonnene elektrische Leistung von bis zu 58,31 W gemessen. Die Drehzahl bei maximaler Luftströmung beträgt dabei zwischen 60.000 und 92.000 min-1. Der Vergleich zwischen den gemessenen Leistungskennfeldern und der zuvor angestellten Modellbildung wird exemplarisch durchgeführt und zeigt eine hohe qualitative Übereinstimmung. Die Ergebnisse dieser Arbeit können als Ausgangspunkt für weitere Untersuchungen an tragbaren Druckluft-Turbinensystemen genutzt werden. Die entwickelte Methodik zur Analyse und Auslegung von mechanischen Einheiten zur Unwuchtkorrektur ist für viele Wuchtaufgaben direkt anwendbar und kann für weitere Ausgleichsverfahren erweitert werden

Evaluation of Assisted Fluidization of Nanoagglomerates by Monitoring Moisture in the Gas Phase and the Influence of Gas Viscosity

We have previously reported that the fluidization of nanoparticle agglomerates can be enhanced by the addition of external force fields such as vibration, acoustic waves, centrifugal force, and magnetic particles. The criteria usually used to evaluate the enhancement in fluidization quality are the fluidized bed expansion, pressure drop, and visual appearance of the fluidized bed to determine the presence of bubbles, large heavy agglomerates and/or channeling and spouting. Here we introduce a different approach based on measuring the rate of absorption/desorption of moisture (humidification/drying) of hydrophilic fluidized nanopowders. The fluidizing gas was humidified in a controlled manner, and the amount of moisture in the gas phase was measured before and after the fluidized bed by humidity sensors. The experiments show that the amount of moisture adsorbed or desorbed by the bed of powder is larger when the fluidized bed was assisted by vibration or moving magnetic particles than when the bed was conventionally fluidized. In addition, the effect of high temperature gas on the fluidization of nanopowders was studied by using neon as a fluidizing gas at room temperature. It is shown that due to the increase in gas viscosity, the minimum bubbling velocity is increased, bubbling is reduced and a smoother fluidization is obtained

PROBING COSMOLOGY AT DIFFERENT SCALES

Although we are in an era of precision cosmology, there is still much about our Universe that we do not know. Moreover, the concordance ΛCDM model of cosmology faces many challenges at all scales relevant to cosmology. Either discrepancies have been discovered with ΛCDM predictions or the model has simply broken down and is not a useful predictor. The current rate of expansion is incorrectly predicted by ΛCDM, as are the size and distribution of dwarf halo galaxies for Milky Way like galaxies. Obtaining the observed cores in galaxies with the standard description of dark matter is troublesome and requires more than the base ΛCDM model, as does understanding star formation and how it impacted galaxy evolution requires much more than base ΛCDM knowledge and many more. My work focuses on probing different scales in cosmology with different techniques to extract information about our Universe and its history. I use ultra-high-energy cosmic-rays (UHECRs) as a probe of the local universe and tested tidal disruption events (TDES) as a possible source of the UHECRs. By analyzing energy requirements, source densities and observed fluxes, I find that TDEs can explain the observed UHECR flux. The assumption of TDEs as the source of UHECRs can lead to a a measurement of the density of super massive black holes which reside in the center of galaxies. At a larger scale, I build a tool to extract the luminosity function of CO from star-forming galaxies with line intensity maps (LIMs) and convolutional neural networks (CNNs). This new technique allows a faster analysis of LIMs in a more model-independent way than previous techniques. Finally, at the largest observable scales, I probe potential dark matter interactions and their impact on the cosmic mi- crowave background (CMB). This work explores how different dark matter interaction mechanisms impact the CMB when considered simultaneously and individually. As cosmology is a science of many scales, all of these scales must be studied to improve our understanding of the Universe. Dong so, my thesis has wide-ranging implications for cosmic-rays, star formation and galaxy evolution, and dark matter interactions

Heavy flavor jet tagging algorithm developments at CMS for HL-LHC

The rich physics program at the high luminosity LHC (HL-LHC) requires all final state particles to be reconstructed with good accuracy. However, it also poses formidable challenge of dealing with very high pileup. Different identification algorithms need to be upgraded along with the detectors to improve the overall event reconstruction in such a hostile collision environment. The new timing device in the proposed CMS detector at the HL-LHC allows for the construction of timing observables at the track-level as well as at the jet-level. This information when given as inputs to the deep neural networks, have a potential to improve the existing algorithms used for heavy flavor (HF) jet tagging. In this paper, the latest developments on the studies for HF jet tagging performance at the HL-LHC are presented

Analyses of murine GBP homology clusters based on in silico, in vitro and in vivo studies

The interactions between pathogens and hosts lead to a massive upregulation of antimicrobial host effector molecules. Among these, the 65 kDa guanylate binding proteins (GBPs) are interesting candidates as intricate components of the host effector molecule repertoire. Members of the GBP family are highly conserved in vertebrates. Previous reports indicate an antiviral activity of human GBP1 (hGBP1) and murine GBP2 (mGBP2). We recently demonstrated that distinct murine GBP (mGBP) family members are highly upregulated upon Toxoplasma gondii infection and localize around the intracellular protozoa T. gondii. Moreover, we characterised five new mGBP family members within the murine 65 kDa GBP family. Here, we identified a new mGBP locus named mGbp11. Based on bacterial artificial chromosome (BAC), expressed sequence tag (EST), and RT-PCR analyses this study provides a detailed insight into the genomic localization and organization of the mGBPs. These analyses revealed a 166-kb spanning region on chromosome 3 harboring five transcribed mGBPs (mGbp1, mGbp2, mGbp3, mGbp5, and mGbp7) and one pseudogene (pseudomGbp1), as well as a 332-kb spanning region on chromosome 5 consisting of six transcribed mGBPs (mGbp4, mGbp6, mGbp8, mGbp9, mGbp10, and mGbp11), and one pseudogene (pseudomgbp2). Besides the strikingly high homology of 65% to 98% within the coding sequences, the mGBPs on chromosome 5 cluster also exhibit a highly homologous exon-intron structure whereas the mGBP on chromosome 3 reveals a more divergent exon-intron structure. This study details the comprehensive genomic organization of mGBPs and suggests that a continuously changing microbial environment has exerted evolutionary pressure on this gene family leading to multiple gene amplifications. A list of links for this article can be found in the Availability and requirements section

The Two Faces of Capacitance: New Interpretations for Electrical Impedance Measurements of Perovskite Solar Cells and Their Relation to Hysteresis

Perovskite solar cells are notorious for exhibiting transient behaviour not seen in conventional inorganic semiconductor devices. Significant inroads have been made into understanding this fact in terms of rapid ion migration, now a well-established property of the prototype photovoltaic perovskite MAPbI$_3$ and strongly implicated in the newer mixed compositions. Here we study the manifestations of ion migration in frequency-domain small-signal measurements, focusing on the popular technique of Electrical Impedance Spectroscopy (EIS). We provide new interpretations for a variety of previously puzzling features, including giant photo-induced low-frequency capacitance and negative capacitance in a variety of forms. We show that these apparently strange measurements can be rationalized by the splitting of AC current into two components, one associated with charge-storage, and the other with the quasi-steady-state recombination current of electrons and holes. The latter contribution to the capacitance can take either a positive or a negative sign, and is potentially very large when slow, voltage-sensitive processes such as ion migration are at play. Using numerical drift-diffusion semiconductor models, we show that giant photo-induced capacitance, inductive loop features, and low-frequency negative capacitance all emerge naturally as consequences of ion migration via its coupling to quasi-steady-state electron and hole currents. In doing so, we unify the understanding of EIS measurements with the comparably well-developed theory of rate dependent current-voltage (I-V) measurements in perovskite cells. Comparing the two techniques, we argue that EIS is more suitable for quantifying I-V hysteresis than conventional methods based on I-V sweeps, and demonstrate this application on a variety of cell types.Comment: Fixed typos and amended the axes on Figure 3 for clarit