Studio di un sistema di distribuzione a geometria variabile per un motore a combustione interna ad uso motociclistico

Un sistema di distribuzione a geometria variabile è stato studiato per essere impiegato su un motore motociclistico esistente. Attraverso simulazioni CFD monodimensionali sono state individuate le variazioni migliori ed, in seguito ad una esauriente ricerca sullo stato dell'arte, è stato scelto il meccanismo in grado di realizzarle. Una trattazione analitica ed un'analisi cinematica numerica hanno consentito di adattare il meccanismo alle esigenze del motore in studio in modo da ottenere leggi d'alzata delle valvole che consentissero il conseguimento di incrementi delle prestazioni

Observation of Spin Superfluidity in a Bose Gas Mixture

The spin dynamics of a harmonically trapped Bose-Einstein condensed binary mixture of sodium atoms is experimentally investigated at finite temperature. In the collisional regime the motion of the thermal component is shown to be damped because of spin drag, while the two condensates exhibit a counter flow oscillation without friction, thereby providing direct evidence for spin superfluidity. Results are also reported in the collisionless regime where the spin components of both the condensate and thermal part oscillate without damping, their relative motion being driven by a mean field effect. We also measure the static polarizability of the condensed and thermal parts and we find a large increase of the condensate polarizability with respect to the T=0 value, in agreement with the predictions of theory.Comment: 6 pages, 4 figures + Suppl. Mat. (2 pages, 1 figure

Protonated CO2 in massive star-forming clumps

Interstellar CO2 is an important reservoir of carbon and oxygen, and one of the major constituents of the icy mantles of dust grains, but it is not observable directly in the cold gas because has no permanent dipole moment. Its protonated form, HOCO+, is believed to be a good proxy for gaseous CO2. However, it has been detected in only a few star-forming regions so far, so that its interstellar chemistry is not well understood. We present new detections of HOCO+ lines in 11 high-mass star-forming clumps. Our observations increase by more than three times the number of detections in star-forming regions so far. We have derived beam-averaged abundances relative to H2 in between 0.3 and 3.8 x 10^{-11}. We have compared these values with the abundances of H13CO+, a possible gas-phase precursor of HOCO+, and CH3OH, a product of surface chemistry. We have found a positive correlation with H13CO+, while with CH3OH there is no correlation. We suggest that the gas-phase formation route starting from HCO+ plays an important role in the formation of HOCO+, perhaps more relevant than protonation of CO2 (upon evaporation of this latter from icy dust mantles).Comment: 5 pages, 4 figures, 1 table, accepted for publication in MNRA

Isotopic fractionation study towards massive star-forming regions across the Galaxy

One of the most important tools to investigate the chemical history of our Galaxy and our own Solar System is to measure the isotopic fractionation of chemical elements. In the present study new astronomical observations devoted to the study of hydrogen and nitrogen fractionation (D/H and 14N/15N ratios) of molecules, towards massive star-forming regions in different evolutionary phases, have been presented. Moreover, a new detailed theoretical study of carbon fractionation, 12C/13C ratios, has been done. One of the main results was the confirmation that the 14N/15N ratio increases with the galactocentric distance, as predicted by stellar nucleosynthesis Galactic chemical evolution models. This work gives new important inputs on the understanding of local chemical processes that favor the production of molecules with different isotopes in star-forming regions

Laser Cooling of Optically Trapped Molecules

Calcium monofluoride (CaF) molecules are loaded into an optical dipole trap (ODT) and subsequently laser cooled within the trap. Starting with magneto-optical trapping, we sub-Doppler cool CaF and then load $150(30)$ CaF molecules into an ODT. Enhanced loading by a factor of five is obtained when sub-Doppler cooling light and trapping light are on simultaneously. For trapped molecules, we directly observe efficient sub-Doppler cooling to a temperature of $60(5)$ $\mu\text{K}$. The trapped molecular density of $8(2)\times10^7$ cm$^{-3}$ is an order of magnitude greater than in the initial sub-Doppler cooled sample. The trap lifetime of 750(40) ms is dominated by background gas collisions.Comment: 5 pages, 5 figure

Modeling on/off-design performance of solar tower plants

LAUREA SPECIALISTICAAl giorno d’oggi le centrali solari a concentrazione con tecnologia a torre e a cilindro parabolico rappresentano una delle opportunità più interessanti nel campo della produzione di energia elettrica da fonte rinnovabile. Attualmente la potenza totale installata nel mondo è nell’ordine dei 550 MW, con meno del 10% basato sullo schema a torre, ma altri 10000 MW sono in costruzione o annunciati. Nonostante queste forti prospettive di sviluppo, prevedere le prestazioni di questo tipo di impianti è ancora difficile, soprattutto a causa delle incertezze legate al campo solare, la cui descrizione è spesso solamente sperimentale. La maggior parte dei modelli attualmente disponibili utilizza un approccio molto generale, mirando ad analizzare la fattibilità economica dell’impianto e, in genere, trascurando una dettagliata modellazione termodinamica dei componenti. È importante ricordare che, a causa della intrinseca irregolarità e in un certo senso imprevedibilità della fonte primaria sfruttata da questo tipo di centrale, gli impianti sono soggetti a condizioni di lavoro estremamente variabili. Per questa ragione è stato sviluppato un modello per la previsione dei bilanci energetici e delle prestazioni di centrali solari in diverse condizioni ambientali e di radiazione solare, con l’obiettivo di comprendere meglio il comportamento degli impianti, di migliorare le loro prestazioni e di ottimizzare le loro condizioni operative. Un’analisi delle condizioni nominali (on-design) è necessaria per definire la miglior configurazione dell’impianto, mentre una simulazione di condizioni a carico parziale (off-design), che illustri la risposta del sistema di fronte a valori di radiazione solare diversi da quelli di progetto, può aiutare nella gestione del sistema, eventualmente anticipando le variazioni delle condizioni esterne. Il modello sviluppato dimostra la sua funzionalità in fase di progetto in tre modi differenti. Da una parte permette di calcolare e ottimizzare le prestazioni dell’impianto in condizioni nominali, sviluppando un’analisi di sensitività dei parametri coinvolti. Dall’altra parte, varie condizioni di fuori progetto possono essere studiate e, pertanto, è possibile portare avanti un’analisi di lungo termine, ad esempio annuale, di tipo termodinamico e, in futuro, di tipo economico. Infine, permette l’identificazione di condizioni operative indesiderate di uno o più componenti che possano pregiudicare il corretto funzionamento dell’impianto, quali ad esempio una frazione troppo alta di vapore nel generatore di vapore, una pressione troppo bassa nel degasatore, la cavitazione delle pompe o altre situazioni inappropriate per la turbina a vapore. Il codice è implementato in Matlab e incorpora due sotto-modelli che descrivono il blocco di potenza ed il ricevitore solare; un modello del campo solare non è stato sviluppato in quanto una rappresentazione veritiera della distribuzione della radiazione sul ricevitore/generatore di vapore è ottenuta attraverso l’utilizzo di dati reali corrispondenti al funzionamento della centrale PS10. Il modello esegue inizialmente un’analisi di on-design, basata sull’utilizzo di alcuni parametri di input definiti dall’utente, quali la potenza in uscita o la pressione del vapor vivo e di condensazione, e di altri parametri più specifici riguardanti sia il blocco di potenza che il ricevitore, quali l’efficienza della turbina o le dimensioni delle tubature, che possono essere impostati con dei valori di default o modificati in base alle necessità Il risultato è riassumibile in un bilancio termico e di massa sia del blocco di potenza che del generatore di vapore in condizioni nominali, cui si aggiunge un dimensionamento preliminare del ricevitore. In seguito, l’analisi di off-design è portata avanti concentrandosi sulle variazioni di input termico sulla torre, che sono sostanzialmente rappresentate grazie all’introduzione di mappe di radiazione modificate sui pannelli del generatore di vapore. Le nuove condizioni di funzionamento sono calcolate in funzione dell’input termico e delle condizioni di lavoro a carico parziale, in modalità sliding-pressure, della turbina. Per permettere un’opportuna descrizione del lavoro svolto e dei risultati ottenuti, il presente documento è stato suddiviso in nove capitoli. Il primo capitolo presenta una descrizione generale dello stato dell’arte nel campo dello sfruttamento a scopi energetici della radiazione solare, concentrandosi in particolare sulla tecnologia a concentrazione e sulle sue prospettive di sviluppo. Successivamente, nel secondo capitolo si riportano i principi guida e gli strumenti principali utilizzati nella generazione del codice di calcolo, mentre i capitoli 3 e 4 affrontano la descrizione dettagliata dei due componenti più caratteristici della tipologia di impianto studiato: il campo solare a specchi ed il ricevitore centrale. La spiegazione dettagliata del codice di calcolo appositamente sviluppato per la descrizione del suddetto ricevitore è quindi riportata nel capitolo 5. Il capitolo successivo analizza invece le caratteristiche principali del blocco di potenza e l’approccio utilizzato per la descrizione del suo comportamento in condizioni di progetto. I risultati della modellazione dell’intero impianto in condizioni di on-design e dell’analisi parametrica su diverse variabili sono riportati nel capitolo 7. I capitoli 8 e 9, infine, riportano la descrizione del modello sviluppato per simulare le condizioni di off-design e i risultati delle simulazioni stesse. Un’analisi su diverse strategie di regolazione delle stazioni di pompaggio e del condensatore è inclusa nella stessa sezione.Nowadays, solar tower and parabolic trough power plants represent one of the most interesting opportunities in the field of energy production through renewable sources. At present, the total power installed in the world is in the order of 550 MW with less than 10% based on the tower scheme and other 10000 MW are already under construction or announced. However, despite these announces, performance prediction of this kind of plants is still difficult, mainly due to the uncertainties on solar field whose description is often only experimental. Most of the models available nowadays employ a very general description, aimed at analyzing the plant economic feasibility but, in the main, neglecting a detailed thermodynamic modeling of plant components. It is worth noting that, due to the random and somewhat unpredictable nature of the primary energy source exploited by the power plant, these facilities are subjected to extremely variable working conditions. For these reasons, a model for the prediction of solar plant energy balances and performances for different ambient conditions and solar radiations is developed with the aim to better understand the plant behavior, improve performances and optimize the plant working conditions. An on-design analysis is necessary to define the best plant configuration, while off-design simulation, that illustrates the system response to radiation conditions other than nominal, can help system management maybe anticipating external condition variation. The developed model demonstrates its functionality during the design process in three ways. On one hand it allows to calculate and optimize the performance of the plant at rated conditions, developing a sensitivity analysis of the parameters involved. On the other hand, various off-design conditions can be studied and, consequently, it would be possible to carry out a long term –for instance yearly- thermodynamic and, in the future, economical analysis. Finally, it allows detecting undesirable operating conditions of one or more components that could eventually lead to a not admissible operation of the plant: for example a too high vapor fraction in the steam generator, a too low deaerator pressure, cavitation of pumps or other situations that are not appropriate for the steam turbine. The code is implemented in Matlab and incorporates two sub-models that describe the power block and the solar receiver, while the solar field has not been developed because a reliable representation of the radiation distribution on the receiver/steam generator is taken from available data corresponding to the PS10 plant. The model performs initially an on-design analysis, based on input specifications defined by the user like rated output or live steam and condensing pressures, and more specific parameters regarding either power block or boiler as turbine efficiency or piping size, which can be set according to default values or modified voluntarily. The result is summarized by the heat and mass balance of both power block and steam generator at rated operation, together with a preliminary sizing of the boiler. Then, the off-design analysis is carried out focusing on thermal input variations at the tower, which is in practice introduced by a modified radiation map on the panels of the steam generator. New, stable working conditions are calculated depending on the heat input and on the sliding pressure operation of the turbine at off-design