Computational Analysis and Optimization of Real Gas Flow In Small Centrifugal Compressors

Small centrifugal compressors are more and more widely used in many industrialsystems because of their higher efficiency and better off-design performance comparing to piston and scroll compressors as while as higher work coefficient perstage than in axial compressors. Higher efficiency is always the aim of the designer of compressors. In the present work, the influence of four partsof a small centrifugal compressor that compresses heavy molecular weight real gas has been investigated in order to achieve higher efficiency. Two parts concern the impeller: tip clearance and the circumferential position of the splitter blade. The other two parts concern the diffuser: the pinch shape and vane shape. Computational fluid dynamics is applied in this study. The Reynolds averaged Navier-Stokes flow solver Finflo is used. The quasi-steady approach is utilized. Chien's k-e turbulence model is used to model the turbulence. A new practical real gas model is presented in this study. The real gas model is easily generated, accuracy controllable and fairly fast. The numerical results and measurements show good agreement. The influence of tip clearance on the performance of a small compressor is obvious. The pressure ratio and efficiency are decreased as the size of tip clearance is increased, while the total enthalpy rise keeps almost constant. The decrement of the pressure ratio and efficiency is larger at higher mass flow rates and smaller at lower mass flow rates. The flow angles at the inlet and outlet of the impeller are increased as the size of tip clearance is increased. The results of the detailed flow field show that leakingflow is the main reason for the performance drop. The secondary flow region becomes larger as the size of tip clearance is increased and the area of the main flow is compressed. The flow uniformity is then decreased. A detailed study shows that the leaking flow rate is higher near the exit of the impeller than that near the inlet of the impeller. Based on this phenomenon, a new partiallyshrouded impeller is used. The impeller is shrouded near the exit of the impeller. The results show that the flow field near the exit of the impeller is greatly changed by the partially shrouded impeller, and better performance is achievedthan with the unshrouded impeller. The loading distribution on the impeller blade and the flow fields in the impeller is changed by moving the splitter of the impeller in circumferential direction. Moving the splitter slightly to the suction side of the long blade can improve the performance of the compressor. The total enthalpy rise is reduced if only the leading edge of the splitter ismoved to the suction side of the long blade. The performance of the compressor is decreased if the blade is bended from the radius direction at the leading edge of the splitter. The total pressure rise and the enthalpy rise of thecompressor are increased if pinch is used at the diffuser inlet. Among the fivedifferent pinch shape configurations, at design and lower mass flow rates the efficiency of a straight line pinch is the highest, while at higher mass flow rate, the efficiency of a concave pinch is the highest. The sharp corner of the pinch is the main reason for the decrease of efficiency and should be avoided. The variation of the flow angles entering the diffuser in spanwise direction is decreased if pinch is applied. A three-dimensional low solidity twisted vaned diffuser is designed to match the flow angles entering the diffuser. The numerical results show that the pressure recovery in the twisted diffuser is higher than in a conventional low solidity vaned diffuser, which also leads to higher efficiency of the twisted diffuser. Investigation of the detailed flow fields shows that the separation at lower mass flow rate in the twisted diffuser is later than in the conventional low solidity vaned diffuser, which leads to a possible wider flow range of the twisted diffuser.

FPGA-Based Control Design for Power Electronic Applications

Tehoelektoniikkalaitteella tarkoitetaan ohjaus- ja säätöjärjestelmää, jolla sähköä muokataan saatavilla olevasta muodosta haluttuun uuteen muotoon ja samalla hallitaan sähköisen tehon virtausta lähteestä käyttökohteeseen. Tämä siis eroaa signaalielektroniikasta, jossa sähköllä tyypillisesti siirretään tietoa hyödyntäen eri tiloja. Tehoelektroniikkalaitteita vertailtaessa katsotaan yleensä niiden luotettavuutta, kokoa, tehokkuutta, säätötarkkuutta ja tietysti hintaa. Tyypillisiä tehoelektroniikkalaitteita ovat taajuudenmuuttajat, UPS (Uninterruptible Power Supply) -laitteet, hitsauskoneet, induktiokuumentimet sekä erilaiset teholähteet. Perinteisesti näiden laitteiden ohjaus toteutetaan käyttäen mikroprosessoreja, ASIC- (Application Specific Integrated Circuit) tai IC (Intergrated Circuit) -piirejä sekä analogisia säätimiä. Tässä tutkimuksessa on analysoitu FPGA (Field Programmable Gate Array) -piirien soveltuvuutta tehoelektroniikan ohjaukseen. FPGA-piirien rakenne muodostuu erilaisista loogisista elementeistä ja niiden välisistä yhdysjohdoista.Loogiset elementit ovat porttipiirejä ja kiikkuja. Yhdysjohdot ja loogiset elementit ovat piirissä kiinteitä eikä koostumusta tai lukumäärää voi jälkikäteen muuttaa. Ohjelmoitavuus syntyy elementtien välisistä liitännöistä. Piirissä on lukuisia, jopa miljoonia kytkimiä, joiden asento voidaan asettaa. Siten piirin peruselementeistä voidaan muodostaa lukematon määrä erilaisia toiminnallisia kokonaisuuksia. FPGA-piirejä on pitkään käytetty kommunikointialan tuotteissa ja siksi niiden kehitys on viime vuosina ollut nopeaa. Samalla hinnat ovat pudonneet. Tästä johtuen FPGA-piiristä on tullut kiinnostava vaihtoehto myös tehoelektroniikkalaitteiden ohjaukseen. Väitöstyössä FPGA-piirien käytön soveltuvuutta on tutkittu käyttäen kahta vaativaa ja erilaista käytännön tehoelektroniikkalaitetta: taajuudenmuuttajaa ja hitsauskonetta. Molempiin testikohteisiin rakennettiin alan suomalaisten teollisuusyritysten kanssa soveltuvat prototyypit,joiden ohjauselektroniikka muutettiin FPGA-pohjaiseksi. Lisäksi kehitettiin tätä uutta tekniikkaa hyödyntävät uudentyyppiset ohjausmenetelmät. Prototyyppien toimivuutta verrattiin vastaaviin perinteisillä menetelmillä ohjattuihin kaupallisiin tuotteisiin ja havaittiin FPGA-piirien mahdollistaman rinnakkaisen laskennantuomat edut molempien tehoelektroniikkalaitteiden toimivuudessa. Työssä on myösesitetty uusia menetelmiä ja työkaluja FPGA-pohjaisen säätöjärjestelmän kehitykseen ja testaukseen. Esitetyillä menetelmillä tuotteiden kehitys saadaan mahdollisimman nopeaksi ja tehokkaaksi. Lisäksi työssä on kehitetty FPGA:n sisäinen ohjaus- ja kommunikointiväylärakenne, joka palvelee tehoelektroniikkalaitteiden ohjaussovelluksia. Uusi kommunikointirakenne edistää lisäksi jo tehtyjen osajärjestelmien uudelleen käytettävyyttä tulevissa sovelluksissa ja tuotesukupolvissa.

ME - Mobile Electronic Personality

Digital services require personal information for a variety of reasons. Due to advances in communication technology, new types of services are evolving alongwith traditional Internet services. Due to the diversity of services, the traditional approaches to personal information handling designed for Internet services are inadequate. Therefore, new approaches are necessary. In this thesis, a solution where personal information is stored in and accessed from the user's mobile device is presented. This approach is called Mobile Electronic Personality (ME). The ME approach is compared to the existing approaches which rely on a database either at a service, a trusted third party or a client program. Various personal information properties are taken into account in the comparison of storage locations. The thesis presents both the internal and the communication architecture of the ME. The internal architecture defines how the information is stored in the mobile device. The communication architecture defines how the information can be accessed by different types of services from the ME. The use of the architecture is described for services in different environments. A simple ME based solution for the authentication of a user is defined. The authentication of service, which is required to protect the privacy of the users is also presented.

Supplier Evaluation on the Standard Material and Component Markets in the Electronic Manufacturing Equipment Industry

Työn tavoitteena oli arvioida ja selvittää toimittajasuhteeseen vaikuttavia tekijöitä JOT Automation Group Oyj.n ja sen alihankkijoiden välisessä yhteistyössä ja muodostaa yrityksen kilpailukykyä parantava toimittaja-arviointiprosessi. Työssä keskityttiin tarkastelemaan yleisillä materiaali- ja komponenttimarkkinoilla toimivia toimittajia elektroniikkateollisuuden tuotantojärjestelmien valmistuksessa. Ensin tutustuttiin toimittajasuhdetta ja sen arviointia käsitelleeseen kirjallisuuteen. Teorian tueksi tehtiin haastatteluja ja kartoitettiin ensisijaisia tarpeita ja tavoitteita arviointiprosessille. Valmis prosessi testattiin käytännössä kahden eri case-esimerkin avulla. Prosessista muodostui kahteen eri työkaluun jakautunut kokonaisuus, joista auditointi arvioi toimittajan kyvykkyyttä vastatta sille asetettuihin vaatimuksiin. Toimittajan suorituskyvyn mittaaminen puolestaan testaa ja vertaa jatkuvasti toiminnan todellista tasoa auditoinnissa saatuihin tuloksiin. Työ sisältää selvityksen ja ohjeistuksen toimittaja-arviointiprosessin käytöstä. Prosessin käyttö alentaa toimittajaan kohdistuvaa materiaalien saatavuuteen ja hankintaan liittyviä riskejä. Esimerkeistä saadut kokemukset osoittivat, että prosessin avulla päästään pureutumaan tärkeisiin ydinalueisiin ja kehittämään niitä sekä toimittajalle, että ostajayritykselle edullisella tavalla. Toimittaja-arviointiprosessista kehittyy toimintatapa yrityksen ja sen toimittajan välisen suhteen ylläpitämiseksi.

Electronic Commerce - Advantages and Requirements through Supply Chain

Työ käsittelee Metso Paper Servicen varaosa- ja kulutusosatuotelinjojen mahdollisuuksia sähköiseen liiketoimintaan ulkoisten asiakkaiden kanssa sekä sähköisten transaktioiden vaikutuksia, etuja ja edellytyksiä. Työssä selvitetään Metson ja sen kymmenen kotimaisen asiakastehtaan myynti- ja ostoprosessin toiminta. Prosessimallin avulla arvioidaan valmiuksia sähköisiin transaktioihin nykyisessä myynti- ja ostotoiminnassa. Tarkastelu painottuu toimintoihin tarjontaketjun eri vaiheissa. Teknisiä näkökohtia käsitellään kokonaiskuvan luomiseksi. Lisäksi työssä arvioidaan muutoksia, joita sähköinen liiketoiminta aiheuttaisi. Haastatteluin tehdyssä tutkimuksessa kartoitetaan näkemyksiä sähköiseen liiketoimintaan erilaisilla organisaation tasoilla. Kokonaisnäkemys syntyy erilaisista näkökulmista sähköiseen kauppaan. Sähköiseen liiketoimintaan suhtaudutaan myönteisesti. Kokemuksia on kuitenkin vielä vähän. Vaikka hankkeita sähköisen liiketoiminnan lisäämiseksi on vireillä, yhtä tärkeää on parantaa valmiuksia tehostamalla paitsi informaatiovirtaa, myös materiaalivirtaa.

The Optimization of Flotation Process Parameters in the Deinking Plant

Tämän diplomityön tavoitteena oli sekundäärisen esiflotaation optimointi Stora Enso Sachsen GmbH:n tehtaalla. Optimoinnin muuttujana käytettiin vaahdon määrää ja optimointiparametreinä ISO-vaaleutta, saantoja sekä tuhkapitoisuutta. Lisäksi tutkittiin flotaatiosakeuden vaikutusta myös muihin tehtaan flotaatioprosesseihin. Kirjallisuusosassa tarkasteltiin flotaatiotapahtumaa, poistettavien partikkeleiden ja ilmakuplien kontaktia, vaahdon muodostumista sekä tärkeimpiä käytössä olevia siistausflotaattoreiden laiteratkaisuja. Kokeellisessa osassa tutkittiin flotaatiosakeuden pienetämisen vaikutuksia tehtaan flotaatioprosesseihin tuhkapitoisuuden, ISO-vaaleuden, valon sironta- ja valon absorpiokerrointen kannalta. Sekundäärisen esiflotaation optimonti suoritettiin muuttamalla vaahdon määrää kolmella erilaisella injektorin koolla, (8 mm, 10 mm ja 13 mm), joista keskimmäinen kasvattaa 30 % massan tilavuusvirtaa ilmapitoisuuden muodossa. Optimonnin tarkoituksena oli kasvattaa hyväksytyn massajakeen ISO-vaaleutta, sekä kasvattaa kuitu- ja kokonaissaantoa sekundäärisessä esiflotaatiossa. Flotaatiosakeuden pienentämisellä oli edullisia vaikutuksia ISO-vaaleuteen ja valon sirontakertoimeen kussakin flotaatiossa. Tuhkapitoisuus pieneni sekundäärisissä flotaatioissa enemmän sakeuden ollessa pienempi, kun taas primäärisissä flotaatiossa vaikutus oli päinvastainen. Valon absorptiokerroin parani jälkiflotaatioissa alhaisemmalla sakeudella, kun taas esiflotaatioissa vaikutus oli päinvastainen. Sekundäärisen esiflotaation optimoinnin tuloksena oli lähes 5 % parempi ISO-vaaleus hyväksytyssä massajakeessa. Kokonaissaanto parani optimoinnin myötä 5 % ja kuitusaanto 2 %. Saantojen nousu tuottaa vuosittaisia säästöjä siistauslaitoksen tuotantokapasiteetin noustessa 0,5 %. Tämän lisäksi sekundäärisessä esiflotaatiossa rejektoituvan massavirran pienentyminen tuottaa lisäsäästöjä tehtaan voimalaitoksella.

Searching electronic marketplaces

The main objective of this thesis was to analyze the usability of registers and indexes of electronic marketplaces. The work is focused on UDDI-based electronic marketplaces, which are standardized by the W3C. UDDI-registers are usable in intranets, extranets and in Internet. Using UDDI-registers Web-services can be searched in many ways, including alphabetical and domain specific searches. Humans and machines can use the features UDDI-registers. The thesis deals the design principles, architectures and specifications of UDDI-registers. In addition, the thesis includes the design and the specifications of an electronic marketplace developed for supporting electronic logistics services.

Software process improvement using an electronic process guide

Kasvava kiinnostus ohjelmistojen laatua kohtaan on herättänyt ohjelmistoprosesseihin ja niiden kehittämiseen kohdistuvaa huomiota viime vuosina. Ohjelmistoyritykset ympäri maailmaa ovat ottaneet käyttöön ohjelmistoprosessin kehittämismalleja, kuten CMM ja SPICE, pyrkiessään kohti parempilaatuisia ohjelmistotuotteita. Samalla on huomattu, että tehokas prosessien parantaminen ja suorittaminen tarvitsee tuekseen kuvauksen prosessista, jotta prosessin perusteellinen ymmärtäminen ja kommunikointi olisi mahdollista. Ohjelmistoprosesseja voidaan kuvata monilla eri tavoilla. Prosessiopas on prosessin esitysmuoto, jonka päätarkoituksena on helpottaa prosessin ymmärtämistä ja kommunikointia. Elektroninen prosessiopas on Web-teknologiaa hyödyntävä prosessiopas. Tässä työssä luodaan kehitysympäristö elektronisille prosessioppaille, joiden tarkoituksena on tukea ohjelmistoprosessin kehittämistä ja suorittamista. Ympäristö mahdollistaa ohjelmistoprosessinmallintamisen sekä yksilöllisten oppaiden luomisen ja muokkaamisen. Kehitysympäristöä käytetään mallintamaan tietoliikenneohjelmistoja valmistavan yrityksen ohjelmistoprosessia sekä luomaan elektronisia prosessioppaita tukemaan prosessin kehitystä ja suorittamista. Lopuksi pohditaan prosessioppaiden tarjoamaa tukea sekä mahdollisuuksia kohdeyrityksessä.

Electronic Data Interchange in Logistics Processes

Tämän diplomityön tarkoituksena oli tehdä selvitys EDI:in liittyvistä vaikutuksista, tarpeista ja eduista sekä valmistella Oracle Applications- toiminnanohjausjärjestelmän EDI Gateway- modulin ottamista tuotantokäyttöön. Tietoa tarvekartoitukseen saatiin keskustelujen avulla. Uusia kaupallisista lähtökohdista johdettuja, yritysten väliseen kaupankäyntiin ja internet-teknologian hyödyntämiseen kehitettyjä aloitteita käsiteltiin EDI-näkökulmasta tulevaisuutta varten. Ajankohtaisinta tietoa tätä diplomityötä varten löydettiin myös internetistä. Tämän jälkeen oli mahdollista toteuttaa sopivan laaja mutta rajattu EDI pilottiprojekti EDI-konseptin luomista varten. EDI:n vaikutuksiin ostossa keskityttiin tässä diplomityössä enemmän ja EDI:ä päätettiin soveltaa aluksi ostotilauksissa. EDI:n hyötyjä on vaikea mitata numeerisesti. Suurta määrää rahaa tai tuoteyksiköitä on käsiteltävä EDI-partnerin kanssa riittävän usein. EDI:n käyttöönottovaiheessa pääongelmat ovat sovelluksiin liittyviä tietotekniikkaongelmia. Selvityksistä ja EDI-projektista saatu tieto on mahdollista hyödyntää jatkokehityksessä. Lisätoimenpiteitä tarvitaan kokonaan toimivan järjestelmän luomiseksi.

Cooling system optimization in medium-speed engines

Tässä työssä optimoidaan keskinopean Wärtsilä 32 -dieselmoottorin jäähdytysjärjestelmää ja tutkitaan taajuusmuuttajien käyttömahdollisuutta kiertopumppujen yhteydessä niin, että järjestelmässä saataisiin kiertämään vain kulloinkin tarvittava määrä vettä. Tutkimuksen mallinnus on toteutettu laatimalla aiemmin käytössä olleista yksinkertaisista simulointimalleista yksi malli, johon on sisällytetty sekä virtauksen että lämmönsiirron laskenta, jotka on aiemmin mallinnettu erillisillä ohjelmilla. Diplomityö on osa projektia, joka on tehty Sähkötekniikan osaston tutkijan Mikko Pääkkösen kanssa yhteistyössä. Tämän diplomityö keskittyy lähinnä virtausteknisiin ja lämmönsiirtoon liittyviin asioihin, kun taas sähkötekniikan osuus on esitetty Mikko Pääkkösen raportissa. Tulosten perustella voidaan sanoa, että taajuusmuuttajakäyttö kannattaa kiertopumppujen yhteydessä. Käyttämällä pumppujen virtaussäätöä voidaan jäähdytysjärjestelmästä jättää monia komponentteja, kuten termostaattiventtiilejä pois. Mallinnetut yksinkertaiset piiriratkaisut näyttävät toimivan ainakin yleisellä tasolla. Tutkimusta pumppujen säädöstä ja tässä projektissa luoduista jäähdytysjärjestelmäkonfiguraatioista kannattaa jatkaa.

Adaptive optimization schemes for mobile VoIP applications Battery life and call quality aspects

In this thesis programmatic, application-layer means for better energy-efficiency in the VoIP application domain are studied. The work presented concentrates on optimizations which are suitable for VoIP-implementations utilizing SIP and IEEE 802.11 technologies. Energy-saving optimizations can have an impact on perceived call quality, and thus energy-saving means are studied together with those factors affecting perceived call quality. In this thesis a general view on a topic is given. Based on theory, adaptive optimization schemes for dynamic controlling of application's operation are proposed. A runtime quality model, capable of being integrated into optimization schemes, is developed for VoIP call quality estimation. Based on proposed optimization schemes, some power consumption measurements are done to find out achievable advantages. Measurement results show that a reduction in power consumption is possible to achieve with the help of adaptive optimization schemes.

Optimization of short term power trading between Russia, Finland and Baltic countries

Russian and Baltic electricity markets are in the process of reformation and development on the way for competitive and transparent market. Nordic market also undergoes some changes on the way to market integration. Old structure and practices have been expired whereas new laws and rules come into force. The master thesis describes structure and functioning of wholesale electricity markets, cross-border connections between different countries. Additionally methods of cross-border trading using different methods of capacity allocation are disclosed. The main goal of present thesis is to study current situation at different electricity markets and observe changes coming into force as well as the capacity and electricity balances forecast in order to optimize short term power trading between countries and estimate the possible profit for the company.