Der Einfluß magnetischer Felder auf eine von unten beheizte Schicht aus elektrisch leitender Flüssigkeit

Die Beschreibung von Naturkonvektionsströmungen flüssiger Metalle unter dem Einfluß äußerer Magnetfelder erfolgt anhand der Maxwell-Gleichungen zusammen mit den Grundgleichungen der Thermo- und Fluiddynamik. Mit diesen magnetohydrodynamischen (MHD) Gleichungen wird eine lineare Stabilitätsanalyse für die in horizontaler Richtung unendlich ausgedehnte Schicht durchgeführt. Es ergibt sich hierbei ein mit wachsender vertikaler Magnetfeldkomponente verzögertes Einsetzen der Konvektionsbewegung bei gleichzeitiger Verkleinerung der Konvektionsstrukturen. Besitzt das Magnetfeld dagegen ausschließlich eine horizontale Komponente, so führt dies zu einer Ausrichtung der Konvektionswalzen in Magnetfeldrichtung, eine stabilisierende Wirkung tritt hier nicht auf. Eine Untersuchung des zeitlichen Verhaltens der Lösung am Interferenzpunkt der primären Instabilität zeigt, daß im für praktische Anwendungen relevanten Parameterbereich die thermische Konvektion als stationäre Bewegung einsetzt. Die Rückwirkung der induzierten Magnetfelder auf die Strömung kann daher vernachlässigt werden, so daß weiterführende Betrachtungen anhand der induktionsfreien MHD-Gleichungen erfolgen können. Ist die Fluidschicht dagegen bei horizontalem Feld in Magnetfeldrichtung begrenzt, so ergeben sich an den magnetfeldsenkrechten Hartmannwänden zusätzliche Rückflußmöglichkeiten für die im Strömungskern induzierten, elektrischen Ströme. Unter Annahme einer quasi-zweidimensionalen Strömung im Strömungskern kann eine analytische Behandlung der Gleichungen in Magnetfeldrichtung erfolgen. Das Problem ist dann in einer Ebene senkrecht zum Magnetfeld formulierbar. Aus der linearen Stabilitätsanalyse ergibt sich nun ebenfalls eine stabilisierende Wirkung des horizontalen Magnetfeldes auf das Einsetzen der Konvektion. Anders als für das vertikale Magnetfeld bleibt die Größe der Konvektionsstrukturen hierbei nahezu unverändert. Die Erfüllung der Bilanzgleichungen in einer vertikalen Ebene ist auch für den Fall eines vertikalen Magnetfeldes möglich. Das Problem der Rayleigh-Bénard Konvektion kann also anhand zweidimensionaler Gleichungen sowohl für ein vertikales als auch für ein horizontales Magnetfeld untersucht werden. Eine numerische Lösung der dann vorliegenden Gleichungen gewährt Einblick in die wesentlichen physikalischen Phänomene wie die Reduktion des Wärmetransports, die Beeinflussung der Konvektionsstrukturen sowie das zeitliche Verhalten der Lösung. Die hierfür durchgeführten Rechnungen liegen im Parameterbereich eines geplanten Experimentes, so daß die Ergebnisse miteinander verglichen werden können. Die sich derzeit im Bau befindliche Versuchseinrichtung wird vorgestellt

MHD flow and heat transfer in a rectangular duct

MHD Strömung und Wärmeübergang in einem Rechteckkanal Lediglich eine profunde Kenntnis des Wärmeübertragungsverhaltens laminarer und turbulenter magnetohydrodynamischer (MHD) Strömungen erlaubt eine adäquate Auslegung von Wärmeübertragern, zum Beispiel von Flüssigmetallblankets, oder eine Steuerung industrieller Verfahren durch den Einsatz von MHD Effekten. In diesem Bericht wird die experimentelle und numerische Untersuchung einer MHD-Strömung in einem Rechteckkanal mit elektrisch leitenden Wänden vorgestellt. Ein äußeres konstantes Magnetfeld B steht senkrecht auf der Kanalachse und ist ebenfalls senkrecht zum Wärmestrom , der von einem Strahlungsheizer erzeugt wird. Im Kanal werden sowohl integrale Größen wie der Druckverlust und die Nusselt-Zahl aber auch lokale Größen, zum Beispiel die Temperatur an der Fluid-Wand-Grenzfläche, die Geschwindigkeit und die lokale Temperatur ermittelt. Der untersuchte Parameterbereich umfaßt: Hartmann-Zahlen 0£ M£ 5000, Reynolds-Zahlen 0£ Re£ 1.3.105 und Peclet-Zahlen 0£ Pe£ 2900 . Der gemessene Druckverlust stimmt mit der analytischen Lösung für eine zweidimensionale MHD-Strömung in nahezu dem gesamten untersuchten Parameterbereich überein. Lediglich für Hartmann-Zahlen M£ 350 und Re³ 7.104 wird ein höherer Druckverlust ermittelt. Beim Überschreiten einer kritischen Reynoldszahl Recrit von Recrit=100.M entspricht der MHD-Druckverlust dem einer turbulenten hydrodynamischen Rohrströmung. Die Temperatur- und Geschwindigkeitsverteilung im Kanal, die mit einer kombinierten Temperatur- und Geschwindigkeitsmeßsonde (TEMPO) ermittelt wurde, stimmt mit den berechneten Werten für eine laminare MHD-Strömung überein. Die Nusselt-Zahl an der Wand ist bei MHD-Strömungen aufgrund der wandnahen Geschwindigkeitsüberhöhungen (den sogenannten Seitenwandjets), die sich an Wänden parallel zum Magnetfeld ausbilden und direkt dem Wärmestrom ausgesetzt ist, um ca. 30% größer als in einer hydrodynamischen Strömung. Bei großen M und sehr großen Re entspricht der Wärmeübergang der turbulenten MHD Strömung dem Wärmeübergang wie er auch in einer laminaren Strömung ermittelt wird. Der Grund dafür ist, daß die thermische Grenzschicht sich noch im Bereich der viskosen laminaren Grenzschicht befindet und somit leistet lediglich die molekulare Wärmeleitung einen Beitrag zur Wärmeübertragung. Bei bestimmten Parameterkonstellationen oder bei hinreichend langen Kanälen wächst die Grenzschicht in den Bereich der turbulenten Seitenwandschichten hinein. Durch den turbulenten Quertransport des Fluids wird der Wärmeübergang gesteigert. Die Wärmeübertragungsverbesserung kann um den Faktor 2 höher sein als bei einer laminaren MHD-Strömung

Wärmeübertragung in dreidimensionalen, magnetohydrodynamischen Strömungen

Bei der technischen Anwendung einer Flüssigmetall-Kühlung im Einflußbereich der starken Magnetfelder eines Fusionsreaktors kommt es zu elektrodynamischen Wechselwirkungen zwischen dem bewegten, elektrisch leitenden Fluid und dem Magnetfeld. Im ersten Teil des Berichtes werden MHD- Strömungen in Kanälen mit variierenden Querschnitten hinsichtlich Geschwindigkeitsverteilung und Druckverlust numerisch untersucht. Im zweiten Teil erfolgt die Erweiterung eines bestehenden Rechenprogramms zur Bestimmung der Temperaturverteilung im Fluid. Damit kann die Wärmeübertragung in allgemeinen drei-dimensionalen Koordinaten für blanket- relevante MHD- Strömungen berechnet werden

Molecular dynamic simulation on temperature evolution of SiC under directional microwave radiation

Silicon carbide (SiC) is widely used as the substrate for high power electronic devices as well as susceptors for microwave (MW) heating. The dynamics of microwave interaction with SiC is not fully understood, especially at the material boundaries. In this paper, we used the molecular dynamics simulation method to study the temperature evolution during the microwave absorption of SiC under various amplitudes and frequencies of the microwave electric field. Directional MW heating of a SiC crystal slab bounded by surfaces along [100] crystallographic direction shows significantly faster melting when the field is applied parallel to the surface compared to when applied perpendicular

Effect on nasopharyngeal pneumococcal carriage of replacing PCV7 with PCV13 in the Expanded Programme of Immunization in The Gambia.

INTRODUCTION: In 2011, two years after the introduction of 7-valent Pneumococcal conjugate vaccine (PCV7), the Gambian immunization programme replaced PVC7 with PCV13 (13-valent). Our objective was to assess the additional impact of PCV13 on prevalence of pneumococcal nasopharyngeal carriage. METHODS: We recruited healthy Gambian infants who had received three PCV doses. Nasopharyngeal swabs were collected from infants and their mothers during two cross-sectional surveys (CSS) conducted in infants vaccinated with PCV7 (CSS1) and vaccinated with PCV13 (CSS2). Pneumococci were isolated and serotyped following standardized methods. Whole genome sequencing was performed on non-typable pneumococcus isolated in CSS1 and CSS2. RESULTS: 339 and 350 infants and their mothers were recruited in CSS1 and CSS2, respectively. Overall prevalence of pneumococcal carriage was 85.4% in infants. Among infants, prevalence of vaccine type (VT) carriage was lower in CSS2 [9.4% versus 4.9% (p=0.025) for PCV7-VT; 33.3% versus 18.3% (p<0.001) for PCV13-VT and 23.9% versus 13.7% (p=0.001) for the 6 additional serotypes included in PCV13]. At CSS2, there was a decrease of serotypes 6A (from 15.3% to 5.7%, p<0.001) and 19F (from 5.6% to 1.7%, p=0.007), and an increase of non-typable pneumococci (0.3-6.0%, p<0.001), most of which (82.4%) were from typable serotype backgrounds that had lost the ability to express a capsule. Prevalence of overall and VT carriage in mothers was similar in CSS1 and CSS2. CONCLUSIONS: Replacing PCV7 for PCV13 rapidly decreased prevalence of VT carriage among vaccinated Gambian infants. An indirect effect in mothers was not observed yet. Vaccine-driven selection pressure may have been responsible for the increase of non-typable isolates

Ambient particulate pollution and the world-wide prevalence of asthma, rhinoconjunctivitis and eczema in children: Phase One of the International Study of Asthma and Allergies in Childhood (ISAAC)

Objectives: To investigate the effect of ambient particulate matter on variation in childhood prevalence of asthma, rhinoconjunctivitis and eczema. Methods: Prevalences of asthma, rhinoconjunctivitis and eczema obtained in Phase One of the International Study of Asthma and Allergies in Childhood (ISAAC) were matched with city-level estimates of residential PM10 obtained from a World Bank model. Associations were investigated using binomial regression adjusting for GNP per capita and for clustering within country. For countries with more than one centre, a two stage meta-analysis was carried out. The results were compared with a meta-analysis of published multi-centre studies. Results: Annual concentrations of PM₁₀ at city level were obtained for 105 ISAAC centres in 51 countries. After controlling for GNP per capita, there was a weak negative association between PM₁₀ and various outcomes. For severe wheeze in 13-14-year-olds, the OR for a 10 μg/m³ increase in PM₁₀ was 0.92 (95 CI 0.84 to 1.00). In 24 countries with more than one centre, most summary estimates for within-country associations were weakly positive. For severe wheeze in 13-14-year-olds, the summary OR for a 10 μg/m³ increase in PM₁₀ was 1.01 (0.92 to 1.10). This result was close to a summary OR of 0.99 (0.91 to 1.06) obtained from published multi-centre studies. Conclusions: Modelled estimates of particulate matter at city level are imprecise and incomplete estimates of personal exposure to ambient air pollutants. Nevertheless, our results together with those of previous multi-centre studies, suggest that urban background PM₁₀ has little or no association with the prevalence of childhood asthma, rhinoconjunctivitis or eczema either within or between countries

Hysteresis phenomenon in turbulent convection

Coherent large-scale circulations of turbulent thermal convection in air have been studied experimentally in a rectangular box heated from below and cooled from above using Particle Image Velocimetry. The hysteresis phenomenon in turbulent convection was found by varying the temperature difference between the bottom and the top walls of the chamber (the Rayleigh number was changed within the range of $10^7 - 10^8$). The hysteresis loop comprises the one-cell and two-cells flow patterns while the aspect ratio is kept constant ($A=2 - 2.23$). We found that the change of the sign of the degree of the anisotropy of turbulence was accompanied by the change of the flow pattern. The developed theory of coherent structures in turbulent convection (Elperin et al. 2002; 2005) is in agreement with the experimental observations. The observed coherent structures are superimposed on a small-scale turbulent convection. The redistribution of the turbulent heat flux plays a crucial role in the formation of coherent large-scale circulations in turbulent convection.Comment: 10 pages, 9 figures, REVTEX4, Experiments in Fluids, 2006, in pres

Methodological approaches to determining the marine radiocarbon reservoir effect

The marine radiocarbon reservoir effect is an offset in 14C age between contemporaneous organisms from the terrestrial environment and organisms that derive their carbon from the marine environment. Quantification of this effect is of crucial importance for correct calibration of the &lt;sup&gt;14&lt;/sup&gt;C ages of marine-influenced samples to the calendrical timescale. This is fundamental to the construction of archaeological and palaeoenvironmental chronologies when such samples are employed in &lt;sup&gt;14&lt;/sup&gt;C analysis. Quantitative measurements of temporal variations in regional marine reservoir ages also have the potential to be used as a measure of process changes within Earth surface systems, due to their link with climatic and oceanic changes. The various approaches to quantification of the marine radiocarbon reservoir effect are assessed, focusing particularly on the North Atlantic Ocean. Currently, the global average marine reservoir age of surface waters, R(t), is c. 400 radiocarbon years; however, regional values deviate from this as a function of climate and oceanic circulation systems. These local deviations from R(t) are expressed as +R values. Hence, polar waters exhibit greater reservoir ages (&#948;R = c. +400 to +800 &lt;sup&gt;14&lt;/sup&gt;C y) than equatorial waters (&#948;R = c. 0 &lt;sup&gt;14&lt;/sup&gt;C y). Observed temporal variations in &#948;R appear to reflect climatic and oceanographic changes. We assess three approaches to quantification of marine reservoir effects using known age samples (from museum collections), tephra isochrones (present onshore/offshore) and paired marine/terrestrial samples (from the same context in, for example, archaeological sites). The strengths and limitations of these approaches are evaluated using examples from the North Atlantic region. It is proposed that, with a suitable protocol, accelerator mass spectrometry (AMS) measurements on paired, short-lived, single entity marine and terrestrial samples from archaeological deposits is the most promising approach to constraining changes over at least the last 5 ky BP