Substantion of choosing the design of a reactor-dust collector with two colliding flows

Об'єктом дослідження є пиловловлювачі для сухої очистки газу − апарати, в яких реалізуються гідродинамічні режими. Переваги використання таких апаратів: робота з газами високої температури, високий ступінь очищення; регулювання процесу очищення газу від пилу за рахунок регулювання витрати вторинного повітря. Серед недоліків пиловловлювачів слід виділити: високий гідравлічний опір, а також складна експлуатація і установка. Теорія роботи апаратів для сухого очищення газового потоку від пилу ще не вдосконалена і не дає можливості обґрунтованого вибору конструкції апарату та його основних характеристик. Розглядається створення конструкції пиловловлювача, в якому ступінь очищення газового потоку від пилу досягає 97–98,5 % незалежно від розміру часток дисперсної фази. Цей факт є необхідною умовою для сучасної промисловості. Запропоновано конструкцію гетерогенного реактора для системи газ-тверде з двома потоками, які співударяються. Конструкція дозволятиме значно інтенсифікувати взаємодію між частками і газовою фазою за рахунок збільшення відносної швидкості фаз при їх руху проти течії. Визначено особливості гідродинаміки реактора, розподілу часу перебування в реакторі і запропонована модель реактора на основі дискретних Марковських процесів. Експериментально встановлено, що ступінь очищення газодисперсного потоку від пилу в запропонованому реакторі може досягати 98 %. Це можливо в зв'язку з утворенням агломератів за рахунок інтенсивної взаємодії між частинками, які більше розміру часток на вході в реактор в 3–4 рази. Запропонована конструкція має переваги в порівнянні з відомими промисловими апаратами для сухого очищення газів. Доведено, що в порівнянні з виваженим шаром і гідродинамічними умовами в циклонах, вихрових камерах запропонований реактор має перевагу з точки зору витрат енергії на подолання опору. Це пов'язано з тим, що в зазначених апаратах велика частка енергії витрачається на підтримку частинок в зваженому стані, а також на прокачку повітря через внутрішні пристрої. При експлуатації запропонованого газоочисного пиловловлювача досягнуті якісні показники, які підтверджують доцільність проведених досліджень і доцільність вибору апарату для сухого очищення газового потоку

ANALYSIS OF THE SANITARY PURIFICATION OF GAS EMISSIONS FROM DUST IN THE LIME MANUFACTURE

Experimental studies have been carried out to study the effect of the location of the blade vortex from the end of the flue (the flow outflow from the flue to the separation chamber) by the value Vjmax and the determination of the optimum cross section where Vjmax is reached, and also the study of the influence of structural changes on the purification efficiency. The dependence of this swirler on the value of the tangential velocity of the gas flow at its exit from the separator is established. The cross-sections of the flue duct in which, after the swirler, the maximum values Vj, Vr are reached, the features of the dust-gas flow in the studied sections are considered. Based on the studies of the hydrodynamic situation during the flow of a rotating flow in the flue after the swirler, the possibilities of agglomeration of dust particles in the investigated zones, as well as the destruction of NOx gas impurities, are analyzed. During the operation of the reconstructed vortex dust collector, qualitative indices are attained, which confirm the expediency of the conducted studies and the expediency of reconstructing the vortex apparatus. It is proved that the installation of the blade vortex enhances the purification efficiency of the dust-gas flow in a vortex dust collector and will allow for a comprehensive purification of the exhaust gases

NIR camera for early detection of diabetic ulcers

The purpose of this Creative Inquiry is to test whether near-infrared (NIR) imaging devices can detect areas of skin at risk for ulceration in diabetic patients. Venous blood accumulation, or high levels of deoxygenated blood within a tissue, can indicate poor blood circulation and increased risk of ulceration. Here we propose to detect venous blood in tissues using differences in optical spectra of oxygenated vs. deoxygenated blood in NIR region. We previously designed and built a prototype scanner with three integrated NIR light sources that is being tested at MUSC. Our current work is focused on testing of improved NIR illumination systems and improved NIR imaging device, and our second prototype that uses a more sensitive Raspberry Pi-controlled camera and advanced NIR light sources will provide significantly improved image quality. Upon success, the ultimate goal of this project is to manufacture a cheap, portable NIR camera for skin self-monitoring by diabetic patients

Macro-AFM model

An Atomic Force Microscope (AFM) is an important tool in modern nanoscience, capable of producing surface maps at resolutions below 1 nanometer, which is impossible for other methods. Despite AFM\u27s often use, it is often difficult for students to understand their work because all measurement processes take place at micro- and nano-scale. The goal of this project is to create a macro scale model, which will serve as an educational tool to introduce the principles behind AFM to undergraduate and high school students. Currently, a fully automatic microprocessor-controlled surface scanning block has been built and successfully tested with a scan area of ca. one square foot. Continued work includes designing and building of a topography measurement block that will work on the same principle as a real AFM does at nano-level. We expect that macro AFM building an image using AFM techniques will empower instructors to show the concepts, and to spark interest of potential students in Bioengineering

Дослідження методів отримання ниткоподібних кристалів у композиційному матеріалі

The object of this research is various methods for obtaining whiskers in composite materials. The method of obtaining whiskers by reduction of metal halides by the example of the basic scheme of this process is investigated. And also, with the example of another scheme, the process of growing of SiC whiskers by the «vapor-liquid-solid» method is analyzed. The problematic issue of the investigation of the application of both methods is the temperature interval for carrying out the processes, which is connected with the process of recrystallization of a particular whisker. When writing the work, various methods of scientific research were used, such as the method of statistical analysis, the method of analyzing the results of research, the hypothetical deductive method and the method of generalizing the results. As a result of the in-depth review of existing ideas about some methods of obtaining whiskers in a composite material, it is shown that the application of the method of obtaining whiskers during the chemical interaction between a gas and a whisker makes it possible to obtain a high concentration of solute, which ultimately affects the structure of the crystal. When analyzing the method of obtaining «vapor-liquid-solid» whiskers, it is justified that the number of crystallization centers increases significantly, which leads to an acceleration of the crystal growth process.Исследованы методы получения нитевидных кристаллов в композиционном материале. Сосредоточено внимание на процессе получения нитевидных кристаллов путем химического взаимодействия между газом и контактным веществом, а также методом (пар – жидкость – твердое). Показано преимущество проведения процесса конденсации через жидкую фазу по сравнению с проведением процесса прямой конденсации из паровой фазы в твердую.Досліджено методи отримання ниткоподібних кристалів у композиційному матеріалі. Зосереджено увагу на процесі отримання ниткоподібних кристалів хімічною взаємодією між газом та контактною речовиною, а також методом (пар – рідина – тверде). Показано перевагу проведення процесу конденсації крізь рідку фазу у порівнянні з процесом прямої конденсації з парової фази у тверду

Дослідження методів отримання безперервних волокон ниткоподібних кристалів

The object of this research is some methods of obtaining continuous fibers of whiskers. The method of obtaining such fibers by extrusion of an organometallic colloidal solution is studied using the example of a scheme for carrying out such process. The process of obtaining fibers by the method of pyrolysis of polymeric fibers is studied using the example of another conceptual scheme. The problematic aspects of carrying out both processes and the use of such methods include the difficulty in obtaining the desired configuration and orientation of the fibers of threadlike crystals, as well as the inadequate perfection of the apparatus and installations for obtaining such fibers. When writing the work, various methods of scientific research were used, such as the method of statistical analysis, the method of analyzing the research results, the hypothetico-deductive method and the method of generalizing the results. The conducted studies show that the conditions for carrying out both processes must be strictly controlled, especially the temperature rise. It is shown that the methods used have an increased degree of danger. It is substantiated that, in spite of observance of all parameters of the conducted processes, the fact that the final fibers of the crystals will not have the necessary orientation and configuration may not be ruled out. As a result of the studies it is shown that the production of continuous fibers of whiskers by extrusion of an organometallic colloid solution is quite effective from the point of view of obtaining the final product of the desired orientation and the necessary parameters. The effectiveness of this method can be improved if the processes of doping the fibers from the gas phase are successfully used. It is shown that when carrying out studies of obtaining similar fibers by pyrolysis, it is possible to have high efficiency of the completed process, with full observance of the parameters of its conduct and sufficient perfection of the equipment. A fairly significant issue when using this particular method is the most effective conduct of the tension process of continuous fibers of whiskers during the heat treatment.Объектом данного исследования были некоторые методы получения непрерывных волокон нитевидных кристаллов. Исследован метод получения таких волокон экструзией металлоорганического коллоидного раствора на примере принципиальной схемы проведения такого процесса. На примере другой принципиальной схемы исследован процесс получения волокон методом пиролиза полимерных волокон. К проблемным сторонам проведения обеих процессов и использовании таких методов следует отнести сложность получения нужной конфигурации и ориентации волокон нитевидных кристаллов, а также недостаточное совершенство аппаратуры и установок получения таких волокон. При написании работы использовались различные методы научных исследований, такие как метод статистического анализа, метод анализа результатов исследований, гипотетико-дедуктивный метод и метод обобщения результатов. Проведенные исследования показали, что условия проведения обеих процессов должны строго контролироваться, особенно подъем температуры. Показано, что применяемые методы имеют повышенную степень опасности. Обосновано, что, несмотря на соблюдение всех параметров проводимых процессов, может быть не исключен тот факт, что итоговые волокна кристаллов не будут иметь нужной ориентации и конфигурации. В результате проведенных исследований показано, что получение непрерывных волокон нитевидных кристаллов методом экструзии металлоорганического коллоидного раствора достаточно эффективно с точки зрения получения итогового продукта нужной ориентации и необходимых параметров. Эффективность данного метода может быть повышена, если успешно использовать процессы легирования волокон из газовой фазы. Показано, что при проведении исследований получения аналогичных волокон методом пиролиза можно иметь высокую эффективность завершенного процесса при полном соблюдении параметров его проведения и достаточном совершенстве оборудования. Достаточно существенным вопросом при использовании именно данного метода является максимально эффективное проведение процесса натяжения непрерывных волокон нитевидных кристаллов в процессе термообработки.Об’єктом цього дослідження були деякі методи отримання безперервних волокон ниткоподібних кристалів. Досліджено метод отримання таких волокон екструзією металоорганічного колоїдного розчину на прикладі принципової схеми проведення такого процесу. На прикладі іншої принципової схеми досліджено процес отримання волокон методом піролізу полімерних волокон. До проблемних сторін проведення обох процесів і використання таких методів слід віднести складність отримання потрібної конфігурації і орієнтації волокон ниткоподібних кристалів, а також недостатню досконалість апаратури і установок отримання таких волокон. При написанні роботи використовувалися різні методи наукових досліджень, такі як метод статистичного аналізу, метод аналізу результатів досліджень, гипотетико-дедуктивний метод і метод узагальнення результатів. Проведені дослідження показали, що умови проведення обох процесів повинні строго контролюватися, особливо підйом температури. Показано, що застосовувані методи мають підвищену ступінь небезпеки. Обґрунтовано, що, незважаючи на дотримання усіх параметрів процесів, що проводяться, може бути не виключений той факт, що підсумкові волокна кристалів не матимуть потрібної орієнтації і конфігурації. В результаті проведених досліджень показано, що отримання безперервних волокон ниткоподібних кристалів методом екструзії металоорганічного колоїдного розчину досить ефективно з точки зору отримання підсумкового продукту потрібної орієнтації і необхідних параметрів. Ефективність цього методу може бути підвищена, якщо успішно використовувати процеси легування волокон з газової фази. Показано, що при проведенні досліджень отримання аналогічних волокон методом піролізу можна мати високу ефективність завершеного процесу при повному дотриманні параметрів його проведення і достатній досконалості устаткування. Досить істотним питанням під час використання саме цього методу є максимально ефективне проведення процесу натяжіння безперервних волокон ниткоподібних кристалів в процесі термообробки

Дослідження методів отримання ниткоподібних кристалів у композиційному матеріалі

The object of this research is various methods for obtaining whiskers in composite materials. The method of obtaining whiskers by reduction of metal halides by the example of the basic scheme of this process is investigated. And also, with the example of another scheme, the process of growing of SiC whiskers by the «vapor-liquid-solid» method is analyzed. The problematic issue of the investigation of the application of both methods is the temperature interval for carrying out the processes, which is connected with the process of recrystallization of a particular whisker. When writing the work, various methods of scientific research were used, such as the method of statistical analysis, the method of analyzing the results of research, the hypothetical deductive method and the method of generalizing the results. As a result of the in-depth review of existing ideas about some methods of obtaining whiskers in a composite material, it is shown that the application of the method of obtaining whiskers during the chemical interaction between a gas and a whisker makes it possible to obtain a high concentration of solute, which ultimately affects the structure of the crystal. When analyzing the method of obtaining «vapor-liquid-solid» whiskers, it is justified that the number of crystallization centers increases significantly, which leads to an acceleration of the crystal growth process.Исследованы методы получения нитевидных кристаллов в композиционном материале. Сосредоточено внимание на процессе получения нитевидных кристаллов путем химического взаимодействия между газом и контактным веществом, а также методом (пар – жидкость – твердое). Показано преимущество проведения процесса конденсации через жидкую фазу по сравнению с проведением процесса прямой конденсации из паровой фазы в твердую.Досліджено методи отримання ниткоподібних кристалів у композиційному матеріалі. Зосереджено увагу на процесі отримання ниткоподібних кристалів хімічною взаємодією між газом та контактною речовиною, а також методом (пар – рідина – тверде). Показано перевагу проведення процесу конденсації крізь рідку фазу у порівнянні з процесом прямої конденсації з парової фази у тверду

Electron-phonon relaxation and excited electron distribution in zinc oxide and anatase

We propose a first-principle method for evaluations of the time-dependent electron distribution function of excited electrons in the conduction band of semiconductors. The method takes into account the excitations of electrons by external source and the relaxation to the bottom of conduction band via electron-phonon coupling. The methods permits calculations of the non-equilibrium electron distribution function, the quasi-stationary distribution function with steady-in-time source of light, the time of setting of the quasi-stationary distribution and the time of energy loss via relaxation to the bottom of conduction band. The actual calculations have been performed for titanium dioxide in the anatase structure and zinc oxide in the wurtzite structure. We find that the quasi-stationary electron distribution function for ZnO is a fermi-like curve that rises linearly with increasing excitation energy whereas the analogous curve for anatase consists of a main peak and a shoulder. The calculations demonstrate that the relaxation of excited electrons and the setting of the quasi-stationary distribution occur within the time no more than 500 fsec for ZnO and 100 fsec for anatase. We also discuss the applicability of the effective phonon model with energy-independent electron-phonon transition probability. We find that the model only reproduces the trends in changing of the characteristic times whereas the precision of such calculations is not high. The rate of energy transfer to phonons at the quasi-stationary electron distribution also have been evaluated and the effect of this transfer on the photocatalyses has been discussed. We found that for ZnO this rate is about 5 times less than in anatase.Comment: 21 p., 9 figure

Origin and distribution of chum salmon <i>Oncorhynchus keta</i> stocks in the western Bering Sea and North-West Pacific in 2009 and 2010

Intraspecific structure of feeding and prespawning aggregations of chum salmon in the western Bering Sea in September-October of 2009 and 2010 and in the North-West Pacific in June-July of 2009 and 2010 is investigated on the data of trawl surveys conducted by Pacific Fish. Res. Center (TINRO) aboard RV Professor Kaganovsky in the framework of the Bering-Aleutian Salmon International Survey, second stage (BASIS-II). In total, 4246 specimens of chum salmon from mixed aggregations were subjected to biological analysis, and for 2462 of them the intraspecific status was identified on the base of scale structure (the scale baseline included the scale data for 11460 chum individuals belonged to 43 local stocks from Asia and North America). Both for the Bering Sea and Pacific Ocean, domination of Russian stocks is defined, contribution of Japanese stocks is significantly lower and lowered comparing with previous years, as 2002-2004 and 2006, and contribution of North American stocks is poor and does not exceed statistical error value of the method. For the western Bering Sea the ratio by countries of the fish origin is the following: Russia 93.8-95.3 %, Japan 2.9-5.2 %, USA 1.0-1.9 % for immature chum salmon in autumn of 2009-2010; and Russia 88.8 %, Japan 9.8 %, USA 1.4 % for maturing chum salmon in autumn of 2009. For the North-West Pacific in summer of 2009-2010, the ratio is similar: Russia 75.4-88.7 %, Japan 10.1-23.9 %, USA 0.7-1.2 % for immature chum salmon; and Russia 81.0-83.0 %, Japan 15.9-17.7 %, USA 1.1-1.3 % for maturing chum salmon. Based on this ratio, the relative abundance of stock complexes by countries of origin is assessed (106 ind.): Russia 107.81-123.32, Japan 3.75-5.98, USA 1.15-2.33 for immature chum salmon in the western Bering Sea in 2009 and 2010; Russia 6.34, Japan 0.70, USA 0.10 for maturing chum salmon in the western Bering Sea in 2009; Russia 19.27-37.74, Japan 6.11-4.30, USA 0.18-0.51 for immature chum salmon in the North-West Pacific in 2009 and 2010; and Russia 29.02-42.60, Japan 5.56-9.31, USA 0.38-0.68 for maturing chum salmon in the North-West Pacific in 2009 and 2010. For the immature chum salmon in the North-Western Pacific, the assessments of intraspecific composition and relative abundance of different groups should be considered as preliminary results, because of insufficient number of the scale samples

Обґрунтування методів розрахунку основних параметрів вихрових камер

The object of research is vortex dust collectors – apparatus in which hydrodynamic regimes are realized. Advantages of using vortex apparatus: work with gases of high temperature, high degree of purification; regulation of the process of gas cleaning from dust due to regulating the secondary air flow. Among the disadvantages of vortex dust collectors are: high hydraulic resistance, the need for powerful blowing apparatus, as well as difficult operation and installation. Apparatus for swirling the flow have a different design and, depending on the gas flow rate, pressure and physicochemical properties of the gas flow at the inlet to the cleaning apparatus, this or that hydrodynamic regime is created in it. When designing vortex chambers, the following design parameters must be observed: Ds/D»0.8; Di/Ds»0.5; Dw/D»0.5¸0.8; the inclination angle of the vortex blades at the inlet of the main flow is b»30¸60º; the inclination angle of the secondary flow nozzles is a»30¸45º. When calculating and designing a vortex chamber, it is necessary to fulfill the conditions for the constancy of the tangential velocity of the total flow along the entire length of the working cavity of the apparatus, ensuring the maximum possible efficiency of its functioning.Analysis of the obtained results for justification of the methods for calculating the basic parameters of the vortex chambers indicates the expediency of using such methods for calculating gas cleaning equipment.When implementing the process of cleaning dust-gas flows in vortex apparatus, not only the processes of agglomeration of dust are observed, but also the destruction of gas toxicants.Mathematical dependencies are considered to allow make predictive estimations to select the conditions of the dry dust removal process and to select the design parameters of the vortex chamber. This opens prospects for the introduction of vortex apparatus in order to reduce the industrial negative impact on the environment, namely the atmosphere.На основе построения приближенной модели движения дисперсного потока в вихревом аппарате получены аналитические выражения для определения скорости дрейфа частиц пыли по направлению к стенке аппарата. Проведены расчеты по усреднению тангенциальной и осевой составляющей скорости газового потока. С использованием указанных аэродинамических параметров газового потока определена эффективность пылеулавливания в вихревых аппаратах.На основі побудови наближеної моделі руху дисперсного потоку у вихровому апараті здобуті аналітичні вирази для визначення швидкості дрейфу часток пилу за напрямком до стінки апарату. Проведені розрахунки щодо усереднення тангенційної і вісьової складової швидкості газового потоку. З використанням вказаних аеродинамічних параметрів газового потоку визначена ефективність пиловловлення у вихрових апаратах