Dispersion of Hybrid Electromagnetic-Spin Waves in the Slotline

The presented thesis is devoted to investigation of wave processes in hybrid ferrite / ferroelectric structures. Spin wave devices based on ferrite films have such disadvantages, as huge size of the magnetic systems, low tuning velocity, considerable power inputs for parameters control that limits possible device applications. The considered layered structures allow to overcome the disadvantages mentioned and to promote the development of novel class of tunable microwave devices. The proposed theoretical analysis is intended to construct a model of hybrid electromagnetic-spin waves. Based on the theoretical analysis the experimental investigations were carried out. The experimental resonance characteristics of ferrite / ferroelectric resonator were obtained and their tunability by means of magnetic and electric field was demonstrated.

Suunnitelma WWW-palvelun monikanavaistamiseksi

Tämän diplomityön tavoitteena on kuvata suunnitelma, jossa alun perin WWW-ympäristöön kehitettyä palvelua muokataan siten, että palvelu skaalautuu mahdollisimman hyvin tulevaisuuden laajennuksiin. Selainpohjaisten palveluiden lisäksi esimerkiksi mobiili-palvelut ja erilaiset työpöytäsovellusintegraatiot ovat kasvattaneet suosiotaan. Samoin eri palveluiden välisestä yhteistoiminnasta on kasvanut merkittävä osa Internet-palveluiden loppukäyttäjilleen tarjoamaa palvelukokonaisuutta. Esimerkkejä WWW-palveluiden integroinneista päätelaitteille ovat hakukoneiden ja pikaviestimien mobiili-versiot, ja palveluiden yhteistoiminnasta erilaisten uutispalveluiden ja sosiaalisten palveluiden, kuten Facebook, väliset yhteisölinkitykset. Tässä diplomityössä selvitetään aluksi Internet-pohjaisten palveluiden kehitystä sekä tutustutaan tarkemmin palveluiden monikanavaisuuteen. Tämän jälkeen käydään läpi loppukäyttäjien saatavilla olevia päätelaitteita verkkoyhteyksineen ja WWW-palveluiden suunnittelumalleja. Suunnittelun lähtökohtana oli se, että erilaisten päätelaitteiden, päätelaitteiden ohjelmistojen ja käytössä olevien verkkoyhteyksien muodostamien palvelualustojen liittäminen palveluun olisi mahdollisimman yksinkertaista. Ja tukea uusien palvelualustojen käyttäjien ja sisällön sovittamista olemassa olevaan palveluun. Työn lopputuloksena on suunnitelma, joka pohjautuu välikerroksen rakentamiseen uusien palvelualustojen ja vanhan palvelun väliin. Palveluun tarjotaan välikerroksen kautta personoitu rajapinta luotetuille asiakkaille sekä kaikille avoin julkinen rajapinta. Välikerros suunniteltiin yksinkertaisella REST-arkkitehtuurityylillä, mikä mahdollistaa palvelun tarjonnan turvallisesti ja tehokkaasti. Tähän välikerrokseen lisätään käyttäjän- ja sisällönhallinnan komponentteja pitämään huolen palvelun eheydestä. Tämä diplomityö osoittaa, että oikealla arkkitehtuurilla suunniteltu monikerroksinen väliohjelmisto tarjoaa tehokkaan tavan integroida ja hallinnoida uusia alustoja.

IPTV-palvelun pilotointi

Diplomityössä kehitettiin teleoperaattorille IPTV-palvelu (Internet Protocol Television) tietyillä rajatuilla ominaisuuksilla, kehitettiin IPTV-palvelulle uusi käyttöliittymä ja pilotoitiin uutta palvelua. Pilotoinnin tarkoituksena oli saada kokemusta uudentyyppisten tv-palvelujen käyttöönotosta. Pilotoinnin lopuksi koottiin pilottikäyttäjiltä saatu palaute ja analysoitiin palvelua sen perusteella. Työn taustatieto-osuudessa määritellään IPTV ja siihen tyypillisimmin kuuluvat palvelut. Lisäksi selvitetään, millaisia ovat IPTV:ssä käytetyt tekniikat ja verkkoarkkitehtuuri. Taustatiedoissa esitellään myös palvelun käyttäjän kokeman laadun parametrit ja kerrosmalli. Samalla tuodaan esiin menetelmät erityisesti kuvanlaadun ja käytettävyyden parantamiseksi. Opittavuus ja helppokäyttöisyys sekä viihteellisyys ja miellyttävyys on tunnistettu tärkeimmiksi käytettävyyden osa-alueiksi elinkaarensa alkupäässä olevissa IPTV-palveluissa. Diplomityön toteutusosuudessa esitetään työn lähtökohtana ollut vaatimusmäärittely ja sen vaikutus työn rajaukseen. Tämän jälkeen esitellään kehitetyn IPTV-palvelun ominaisuudet, joista tärkeimpinä tuodaan esiin tallennus- ja ajansiirtotoiminnot. Toteutusosuudessa selvitetään myös teleoperaattorin IPTV-verkon rakenne ja toiminta. Seuraavaksi käydään läpi alkuperäisestä käyttöliittymästä tehty analyysi ja analyysin perusteella toteutettu uusi käyttöliittymä, jossa merkittävimmät parannukset on tehty navigaatiorakenteeseen. Lopuksi selvitetään pilotoinnista kerätyt tulokset. Tuloksien perusteella voidaan nähdä, että ajansiirtotoiminnot riittävät takaamaan palvelun omaksumisen, mutta uudet toiminnot vaativat riittävän opastuksen. Tulokset osoittavat myös, että palvelun käytettävyys uudella käyttöliittymällä on tavoitetasolla, vaikkakin toimintojen viiveet heikentävät käyttökokemuksen miellyttävyyttä.

Effects of interband and intraband impurity scattering on coherence length in the pnictide superconductors

After discovery of cuprates, a search for new high temperature superconducting families began and it led to the discovery of layered pnictide compounds with critical temperatures limited up to ~56 K. Pnictides consist elements from Group V of Periodic Table (nitrogen, phosphorus, arsenic, antimony and bismuth). In this work coherence length ξh in mixed state of pnictide superconductors is calculated numerically. In calculation is taken into account interband and intraband impurity scattering in framework of quasiclassical Eilenberger theory for s± pairing symmetry. Differences between Ginzburg-Landau and Eilenberger theories is shown and the comparison with existing models is done.

JOHTAMISOPIT KUNTAORGANISAATIOSSA – diskursiivinen tutkimus sosiaali- ja terveystoimesta 1980-luvulta 2000-luvulle

Julkisen sektorin johtamista on uudistettu viime vuosikymmeninä uuden julkisjohtamisen suuntauksen kautta. Tässä keskeistä ovat olleet markkinamekanismin sekä yksityissektorin johtamisoppien soveltaminen julkiselle sektorille. Tämän tutkimuksen tarkoituksena on tuottaa tietoa johtamisoppien soveltamisesta kuntaorganisaation sosiaalija terveystoimessa. Mielenkiinnon kohteena ovat kysymykset, miten johtamisopit ovat tulleet kuntaorganisaatioon ja miten ne ovat levinneet, rakentuneet sekä rakentaneet kontekstiaan tarkasteluajanjaksolla 1985 - 2007. Tutkimuksen lähestymistapa on diskurssianalyyttinen ja nojaa epistemologialtaan tulkinnallisesta tieteen filosofiasta nousseeseen sosiaaliseen konstruktivismiin. Oppien leviämistä tarkastellaan tässä tutkimuksessa translaationa, kääntämisprosessina, jossa opin johtoportaaseen tullut ensimmäinen versio tulkitaan ja käännetään organisaation kielelle ja käytännöiksi. Oppien rakentumista kontekstissaan käsitteellistetään sedimentoitumisen käsitteen kautta, mikä auttaa ymmärtämään uusien ja vanhojen oppien elementtien kerrostumista lähes muuttumattomista syvärakenteista nopeasti muuttuviin pintarakenteisiin. Tutkimuksen kohdeorganisaationa on suomalainen, keskikokoinen kuntaorganisaatio. Aineistona on käytetty kirjallisia dokumentteja ja haastatteluja. Johtamisoppeja kuntaorganisaatioon välittäviä tahoja ovat olleet konsulttiyritykset, yliopistot, kuntien johtoportaan verkostot, uudet johtajat sekä koulutuspäivät. Organisaation valmius uuden johtamisopin omaksumiseen on yhteydessä organisaatioon, johtoon, tarjolla oleviin oppeihin sekä toimintaympäristöön liittyviin tekijöihin Levitäkseen organisaatiossa oppi tarvitsee johdon tasolta kannattajan, joka markkinoi sitä muulle virkamies- ja luottamushenkilöjohdolle. Kun oppi saavuttaa johdon enemmistön tuen, käynnistyy sen kääntämisprosessi johdon puheesta henkilöstön puheen ja käytäntöjen tasolle. Uudet johtamisopit kyseenalaistavat vanhoja ”totuuksia” ja samalla ne määrittävät, mikä on tärkeää ja mikä jää huomiotta. Uudet opit eivät syrjäytä kokonaan vanhoja, vaan opit sedimentoituvat: vanhojen oppien diskursiivisia elementtejä jää pois ja uusien oppien elementtejä tulee mukaan johtamispuheeseen. Johtamisopit rakentavat kontekstiaan sekä puheen, käytäntöjen että organisaatiorakenteiden tasolla, mutta joihinkin syvärakenteisiin ne eivät ole pystyneet vaikuttamaan tai vaikuttavat äärimmäisen hitaasti. Asiakaslähtöisyys muun muassa on ollut useimpien johtamisoppien diskursiivinen elementti, mutta se on jäänyt toistuvasti kuntaorganisaation sosiaali- ja terveystoimessa organisaatiolähtöisen palvelujen järjestämistavan ja talouden kautta tapahtuvan tuloksellisuuden arvioinnin varjoon. Diskurssit muutoksesta ja sen välttämättömyydestä, tehokkuudesta sekä julkisen rinnastaminen yksityiseen näyttäytyivät tässä tutkimuksessa metatason diskursseina, jotka oikeuttavat yksityiseltä sektorilta lähtöisin olevien johtamisdiskurssien soveltamisen muutoksen ja tehokkuuden aikaansaamiseksi julkiselle sektorille. Kuntien sosiaali- ja terveystoimen tuloksellisuuden ja tehokkuuden arviointi on kapeutunut liikkeenjohdon peruslähtökohdista nousevaksi talouden kautta tapahtuvaksi arvioinniksi. Tässä julkisen toiminnan omiin arvolähtökohtiin ja teoriataustaan pohjautuvien toiminnan tulosten ja saavutettujen hyvinvointivaikutusten arviointi sekä näistä kertovien mittarien kehittäminen yhdessä talouden mittarien kanssa on marginaaliin jäänyttä, mutta nousevaa puhetta.

Optimization of the refining and shoe press in board production

Optimointi on tavallinen toimenpide esimerkiksi prosessin muuttamisen tai uusimisen jälkeen. Optimoinnilla pyritään etsimään vaikkapa tiettyjen laatuominaisuuksien kannalta paras tapa ajaa prosessia tai erinäisiä prosessin osia. Tämän työn tarkoituksena oli investoinnin jälkeen optimoida neljä muuttujaa, erään runkoon menevän massan jauhatus ja määrä, märkäpuristus sekä spray –tärkin määrä, kolmen laatuominaisuuden, palstautumislujuuden, geometrisen taivutusjäykkyyden ja sileyden, suhteen. Työtä varten tehtiin viisi tehdasmittakaavaista koeajoa. Ensimmäisessä koeajossa oli tarkoitus lisätä vettä tai spray –tärkkiä kolmikerroskartongin toiseen kerrosten rajapintaan, toisessa koeajossa muutettiin, jo aiemmin mainitun runkoon menevän massan jauhatusta ja jauhinkombinaatioita. Ensimmäisessä koeajossa tutkittiin palstautumislujuuden, toisessa koeajossa muiden lujuusominaisuuksien kehittymistä. Kolmannessa koeajossa tutkittiin erään runkoon menevän massan jauhatuksen ja määrän sekä kenkäpuristimen viivapaineen muutoksen vaikutusta palstautumislujuuteen, geometriseen taivutusjäykkyyteen sekä sileyteen. Neljännessä koeajossa yritettiin toistaa edellisen koeajon paras piste ja parametreja hieman muuttamalla saada aikaan vieläkin paremmat laatuominaisuudet. Myös tässä kokeessa tutkittiin muuttujien vaikutusta palstautumislujuuteen, geometriseen taivutusjäykkyyteen ja sileyteen. Viimeisen kokeen tarkoituksena oli tutkia samaisen runkoon menevän massan vähentämisen vaikutusta palstautumislujuuteen. Erinäisistä vastoinkäymisistä johtuen, koeajoista saadut tulokset jäivät melko laihoiksi. Kokeista kävi kuitenkin ilmi, että lujuusominaisuudet eivät parantuneet, vaikka jauhatusta jatkettiin. Lujuusominaisuuksien kehittymisen kannalta turha jauhatus pystyttiin siis jättämään pois ja näin säästämään energiaa sekä säästymään pitkälle viedyn jauhatuksen mahdollisesti aiheuttamilta muilta ongelmilta. Vähemmällä jauhatuksella ominaissärmäkuorma saatiin myös pidettyä alle tehtaalla halutun tason. Puuttuvat lujuusominaisuudet täytyy saavuttaa muilla keinoin.

Production of Mg(OH)2 from Mg-silicate rock for CO2 mineral sequestration

Sequestration of carbon dioxide in mineral rocks, also known as CO2 Capture and Mineralization (CCM), is considered to have a huge potential in stabilizing anthropogenic CO2 emissions. One of the CCM routes is the ex situ indirect gas/sold carbonation of reactive materials, such as Mg(OH)2, produced from abundantly available Mg-silicate rocks. The gas/solid carbonation method is intensively researched at Åbo Akademi University (ÅAU ), Finland because it is energetically attractive and utilizes the exothermic chemistry of Mg(OH)2 carbonation. In this thesis, a method for producing Mg(OH)2 from Mg-silicate rocks for CCM was investigated, and the process efficiency, energy and environmental impact assessed. The Mg(OH)2 process studied here was first proposed in 2008 in a Master’s Thesis by the author. At that time the process was applied to only one Mg-silicate rock (Finnish serpentinite from the Hitura nickel mine site of Finn Nickel) and the optimum process conversions, energy and environmental performance were not known. Producing Mg(OH)2 from Mg-silicate rocks involves a two-staged process of Mg extraction and Mg(OH)2 precipitation. The first stage extracts Mg and other cations by reacting pulverized serpentinite or olivine rocks with ammonium sulfate (AS) salt at 400 - 550 oC (preferably < 450 oC). In the second stage, ammonia solution reacts with the cations (extracted from the first stage after they are leached in water) to form mainly FeOOH, high purity Mg(OH)2 and aqueous (dissolved) AS. The Mg(OH)2 process described here is closed loop in nature; gaseous ammonia and water vapour are produced from the extraction stage, recovered and used as reagent for the precipitation stage. The AS reagent is thereafter recovered after the precipitation stage. The Mg extraction stage, being the conversion-determining and the most energy-intensive step of the entire CCM process chain, received a prominent attention in this study. The extraction behavior and reactivity of different rocks types (serpentinite and olivine rocks) from different locations worldwide (Australia, Finland, Lithuania, Norway and Portugal) was tested. Also, parametric evaluation was carried out to determine the optimal reaction temperature, time and chemical reagent (AS). Effects of reactor types and configuration, mixing and scale-up possibilities were also studied. The Mg(OH)2 produced can be used to convert CO2 to thermodynamically stable and environmentally benign magnesium carbonate. Therefore, the process energy and life cycle environmental performance of the ÅAU CCM technique that first produces Mg(OH)2 and the carbonates in a pressurized fluidized bed (FB) were assessed. The life cycle energy and environmental assessment approach applied in this thesis is motivated by the fact that the CCM technology should in itself offer a solution to what is both an energy and environmental problem. Results obtained in this study show that different Mg-silicate rocks react differently; olivine rocks being far less reactive than serpentinite rocks. In summary, the reactivity of Mg-silicate rocks is a function of both the chemical and physical properties of rocks. Reaction temperature and time remain important parameters to consider in process design and operation. Heat transfer properties of the reactor determine the temperature at which maximum Mg extraction is obtained. Also, an increase in reaction temperature leads to an increase in the extent of extraction, reaching a maximum yield at different temperatures depending on the reaction time. Process energy requirement for producing Mg(OH)2 from a hypothetical case of an iron-free serpentine rock is 3.62 GJ/t-CO2. This value can increase by 16 - 68% depending on the type of iron compound (FeO, Fe2O3 or Fe3O4) in the mineral. This suggests that the benefit from the potential use of FeOOH as an iron ore feedstock in iron and steelmaking should be determined by considering the energy, cost and emissions associated with the FeOOH by-product. AS recovery through crystallization is the second most energy intensive unit operation after the extraction reaction. However, the choice of mechanical vapor recompression (MVR) over the “simple evaporation” crystallization method has a potential energy savings of 15.2 GJ/t-CO2 (84 % savings). Integrating the Mg(OH)2 production method and the gas/solid carbonation process could provide up to an 25% energy offset to the CCM process energy requirements. Life cycle inventory assessment (LCIA) results show that for every ton of CO2 mineralized, the ÅAU CCM process avoids 430 - 480 kg CO2. The Mg(OH)2 process studied in this thesis has many promising features. Even at the current high energy and environmental burden, producing Mg(OH)2 from Mg-silicates can play a significant role in advancing CCM processes. However, dedicated future research and development (R&D) have potential to significantly improve the Mg(OH)2 process performance.

Scaling up stepwise feature introduction to construction of large software systems

Developing software is a difficult and error-prone activity. Furthermore, the complexity of modern computer applications is significant. Hence,an organised approach to software construction is crucial. Stepwise Feature Introduction – created by R.-J. Back – is a development paradigm, in which software is constructed by adding functionality in small increments. The resulting code has an organised, layered structure and can be easily reused. Moreover, the interaction with the users of the software and the correctness concerns are essential elements of the development process, contributing to high quality and functionality of the final product. The paradigm of Stepwise Feature Introduction has been successfully applied in an academic environment, to a number of small-scale developments. The thesis examines the paradigm and its suitability to construction of large and complex software systems by focusing on the development of two software systems of significant complexity. Throughout the thesis we propose a number of improvements and modifications that should be applied to the paradigm when developing or reengineering large and complex software systems. The discussion in the thesis covers various aspects of software development that relate to Stepwise Feature Introduction. More specifically, we evaluate the paradigm based on the common practices of object-oriented programming and design and agile development methodologies. We also outline the strategy to testing systems built with the paradigm of Stepwise Feature Introduction.

A cyber security architecture for military networks using a cognitive network approach

Cyber security is one of the main topics that are discussed around the world today. The threat is real, and it is unlikely to diminish. People, business, governments, and even armed forces are networked in a way or another. Thus, the cyber threat is also facing military networking. On the other hand, the concept of Network Centric Warfare sets high requirements for military tactical data communications and security. A challenging networking environment and cyber threats force us to consider new approaches to build security on the military communication systems. The purpose of this thesis is to develop a cyber security architecture for military networks, and to evaluate the designed architecture. The architecture is described as a technical functionality. As a new approach, the thesis introduces Cognitive Networks (CN) which are a theoretical concept to build more intelligent, dynamic and even secure communication networks. The cognitive networks are capable of observe the networking environment, make decisions for optimal performance and adapt its system parameter according to the decisions. As a result, the thesis presents a five-layer cyber security architecture that consists of security elements controlled by a cognitive process. The proposed architecture includes the infrastructure, services and application layers that are managed and controlled by the cognitive and management layers. The architecture defines the tasks of the security elements at a functional level without introducing any new protocols or algorithms. For evaluating two separated method were used. The first method is based on the SABSA framework that uses a layered approach to analyze overall security of an organization. The second method was a scenario based method in which a risk severity level is calculated. The evaluation results show that the proposed architecture fulfills the security requirements at least at a high level. However, the evaluation of the proposed architecture proved to be very challenging. Thus, the evaluation results must be considered very critically. The thesis proves the cognitive networks are a promising approach, and they provide lots of benefits when designing a cyber security architecture for the tactical military networks. However, many implementation problems exist, and several details must be considered and studied during the future work.

Software product line for power converters

Työn tilaajana toimi Visedo Oy. Työn tavoitteina oli tutkia Visedo Oy:n ohjelmistokehityksen nykytila, tunnistaa seuraavat parannuskohteet ja antaa ohjeita havaittujen parannuskohteiden korjaamiseksi. Visedo Oy:n tehonmuokkain ohjelmistokehityksen nykytilaa käsiteltiin neljän valitun osa-alueen näkökulmasta: ohjelmistoarkkitehtuurityyli, komponenttipohjainen ohjelmistokehitys, ohjelmistotuotelinjojen kehitysmenetelmät ja ohjelmistovariaatioiden hallinta. Valituilla osa-alueilla havaittujen parannuskohteiden perusteella annettiin korjausehdotuksia: ohjelmistoarkkitehtuurin rakenteeseen, komponenttien jakautumiselle, komponenttien koostamiselle ja komponenttien versioinnille. Lisäksi ehdotettiin uudenlaista ohjelmistotuotelinja rakennetta, joka yhdistää kerros- ja komponenttipohjaiset arkkitehtuurityylit mahdollistaen ominaisuuksiltaan eroavien tehonmuokkain ohjelmistojen hallinnan.

Utilization of steelmaking waste materials for production of calcium carbonate (CaCO3)

The steel industry produces, besides steel, also solid mineral by-products or slags, while it emits large quantities of carbon dioxide (CO2). Slags consist of various silicates and oxides which are formed in chemical reactions between the iron ore and the fluxing agents during the high temperature processing at the steel plant. Currently, these materials are recycled in the ironmaking processes, used as aggregates in construction, or landfilled as waste. The utilization rate of the steel slags can be increased by selectively extracting components from the mineral matrix. As an example, aqueous solutions of ammonium salts such as ammonium acetate, chloride and nitrate extract calcium quite selectively already at ambient temperature and pressure conditions. After the residual solids have been separated from the solution, calcium carbonate can be precipitated by feeding a CO2 flow through the solution. Precipitated calcium carbonate (PCC) is used in different applications as a filler material. Its largest consumer is the papermaking industry, which utilizes PCC because it enhances the optical properties of paper at a relatively low cost. Traditionally, PCC is manufactured from limestone, which is first calcined to calcium oxide, then slaked with water to calcium hydroxide and finally carbonated to PCC. This process emits large amounts of CO2, mainly because of the energy-intensive calcination step. This thesis presents research work on the scale-up of the above-mentioned ammonium salt based calcium extraction and carbonation method, named Slag2PCC. Extending the scope of the earlier studies, it is now shown that the parameters which mainly affect the calcium utilization efficiency are the solid-to-liquid ratio of steel slag and the ammonium salt solvent solution during extraction, the mean diameter of the slag particles, and the slag composition, especially the fractions of total calcium, silicon, vanadium and iron as well as the fraction of free calcium oxide. Regarding extraction kinetics, slag particle size, solid-to-liquid ratio and molar concentration of the solvent solution have the largest effect on the reaction rate. Solvent solution concentrations above 1 mol/L NH4Cl cause leaching of other elements besides calcium. Some of these such as iron and manganese result in solution coloring, which can be disadvantageous for the quality of the PCC product. Based on chemical composition analysis of the produced PCC samples, however, the product quality is mainly similar as in commercial products. Increasing the novelty of the work, other important parameters related to assessment of the PCC quality, such as particle size distribution and crystal morphology are studied as well. As in traditional PCC precipitation process, the ratio of calcium and carbonate ions controls the particle shape; a higher value for [Ca2+]/[CO32-] prefers precipitation of calcite polymorph, while vaterite forms when carbon species are present in excess. The third main polymorph, aragonite, is only formed at elevated temperatures, above 40-50 °C. In general, longer precipitation times cause transformation of vaterite to calcite or aragonite, but also result in particle agglomeration. The chemical equilibrium of ammonium and calcium ions and dissolved ammonia controlling the solution pH affects the particle sizes, too. Initial pH of 12-13 during the carbonation favors nonagglomerated particles with a diameter of 1 μm and smaller, while pH values of 9-10 generate more agglomerates of 10-20 μm. As a part of the research work, these findings are implemented in demonstrationscale experimental process setups. For the first time, the Slag2PCC technology is tested in scale of ~70 liters instead of laboratory scale only. Additionally, design of a setup of several hundreds of liters is discussed. For these purposes various process units such as inclined settlers and filters for solids separation, pumps and stirrers for material transfer and mixing as well as gas feeding equipment are dimensioned and developed. Overall emissions reduction of the current industrial processes and good product quality as the main targets, based on the performed partial life cycle assessment (LCA), it is most beneficial to utilize low concentration ammonium salt solutions for the Slag2PCC process. In this manner the post-treatment of the products does not require extensive use of washing and drying equipment, otherwise increasing the CO2 emissions of the process. The low solvent concentration Slag2PCC process causes negative CO2 emissions; thus, it can be seen as a carbon capture and utilization (CCU) method, which actually reduces the anthropogenic CO2 emissions compared to the alternative of not using the technology. Even if the amount of steel slag is too small for any substantial mitigation of global warming, the process can have both financial and environmental significance for individual steel manufacturers as a means to reduce the amounts of emitted CO2 and landfilled steel slag. Alternatively, it is possible to introduce the carbon dioxide directly into the mixture of steel slag and ammonium salt solution. The process would generate a 60-75% pure calcium carbonate mixture, the remaining 25-40% consisting of the residual steel slag. This calcium-rich material could be re-used in ironmaking as a fluxing agent instead of natural limestone. Even though this process option would require less process equipment compared to the Slag2PCC process, it still needs further studies regarding the practical usefulness of the products. Nevertheless, compared to several other CO2 emission reduction methods studied around the world, the within this thesis developed and studied processes have the advantage of existing markets for the produced materials, thus giving also a financial incentive for applying the technology in practice.

Kättelyn merkitykset suomalaisessa tapakulttuurissa 1800-luvulta 2000-luvulle

Tutkimuksen aiheena on kättely suomalaisessa tapakulttuurissa 1800-luvulta 2000-luvulle. Tutkimuksen tarkoituksena on ollut selvittää, mitä kättely on suomalaisille tutkimusajankohtana merkinnyt. Kättelyä suomalaisessa tapakulttuurissa on tarkasteltu muistitietoaineiston avulla.Ensisijainen aineisto sisältää kättelyyn liittyviä ajatuksia ja kokemuksia yli tuhannelta suomalaiselta. Aineiston käsittely ei kuitenkaan perustu niiden määrälliseen tutkimiseen, vaan tutkimusmenetelmänä on käytetty laadullista tutkimusotetta, jonka ytimessä on merkitysten tulkinta. Väitöskirjassa kättelyä lähestytään kulttuurihistoriallisena, monitasoisena ilmiönä, josta on erotettavissa kestoltaan eripituisia historiallisuuden tasoja. Myös väitöskirjan rakenne seuraa tätä historiallisen monikerroksellisuuden ajatusta. Ensiksi kättelystä on erotettavissa biologiaan perustuva niin kutsuttu syvän historian taso, joka tekee kättelystä merkityksellisen luottamuksellisten suhteiden ja yhteistoiminnan alueella. Toiseksi kättelystä voidaan erottaa rakenteiden tasolla ilmenevä ja hitaasti muuttuva tapakulttuurin taso. Mutta vaikka tapakulttuurin säännöt osaltaan vaikuttavat siihen, miten henkilö tietyssä tilanteessa käyttäytyy, on toimija kättelytilanteessa kuitenkin valintoja tekevä yksilö. Kolmas tutkimuksessa erotettu taso onkin tapahtumahetken taso, jolla historiallinen toimija suorittaa valintojaan oman henkilöhistoriansa ja elämänkokemuksensa avulla. Historialliseen monikerroksellisuuteen liittyvän ajattelun kautta tutkimus osoittaa kättelyn monisyiseksi ilmiöksi, joka vaikuttaa inhimilliseen vuorovaikutukseen olennaisella tavalla. Tutkimusote myös nivoo ihmisen kehityshistorian opittuun tapakulttuuriin sekä tapahtumahetken aktiiviseen kättelytoimijuuteen. Tuloksista voidaan päätellä, ettei kättely ole suomalaisille merkityksetön toiminto, vaan tärkeä sosiaalinen väline, jonka syvempi ymmärtäminen vaatii kaikkien historiallisten tasojen tarkastelua. Eri historian kerrokset voivat olla yksittäisessä kättelytapahtumassa kaikki läsnä. Julkisessa keskustelussa kättely on ollut esillä epähygieenisyytensä vuoksi. Väitöskirjatutkimuksessa pohditaan myös kättelyn suhdetta mikrobien leviämiseen. Tutkimus osoittaa, että kättelyllä on kahtalaisia turvallisuuteen liittyviä merkityksiä: toisaalta se on lääketieteellinen riski, mutta toisaalta se saa sellaisia tapoihin ja hyvinvointiin liittyviä merkityksiä kuten yhteisöllisyys ja luottamus. Pohdittaessa kättelyn ja käsihygienian suhdetta tulevaisuudessa nämä seikat tulisi tiedostaa ja tuoda selkeästi esiin.

Lightweight, liquid-cooled, direct-drive generator for highpower wind turbines: motivation, concept, and performance

Thesis: A liquid-cooled, direct-drive, permanent-magnet, synchronous generator with helical, double-layer, non-overlapping windings formed from a copper conductor with a coaxial internal coolant conduit offers an excellent combination of attributes to reliably provide economic wind power for the coming generation of wind turbines with power ratings between 5 and 20MW. A generator based on the liquid-cooled architecture proposed here will be reliable and cost effective. Its smaller size and mass will reduce build, transport, and installation costs. Summary: Converting wind energy into electricity and transmitting it to an electrical power grid to supply consumers is a relatively new and rapidly developing method of electricity generation. In the most recent decade, the increase in wind energy’s share of overall energy production has been remarkable. Thousands of land-based and offshore wind turbines have been commissioned around the globe, and thousands more are being planned. The technologies have evolved rapidly and are continuing to evolve, and wind turbine sizes and power ratings are continually increasing. Many of the newer wind turbine designs feature drivetrains based on Direct-Drive, Permanent-Magnet, Synchronous Generators (DD-PMSGs). Being low-speed high-torque machines, the diameters of air-cooled DD-PMSGs become very large to generate higher levels of power. The largest direct-drive wind turbine generator in operation today, rated just below 8MW, is 12m in diameter and approximately 220 tonne. To generate higher powers, traditional DD-PMSGs would need to become extraordinarily large. A 15MW air-cooled direct-drive generator would be of colossal size and tremendous mass and no longer economically viable. One alternative to increasing diameter is instead to increase torque density. In a permanent magnet machine, this is best done by increasing the linear current density of the stator windings. However, greater linear current density results in more Joule heating, and the additional heat cannot be removed practically using a traditional air-cooling approach. Direct liquid cooling is more effective, and when applied directly to the stator windings, higher linear current densities can be sustained leading to substantial increases in torque density. The higher torque density, in turn, makes possible significant reductions in DD-PMSG size. Over the past five years, a multidisciplinary team of researchers has applied a holistic approach to explore the application of liquid cooling to permanent-magnet wind turbine generator design. The approach has considered wind energy markets and the economics of wind power, system reliability, electromagnetic behaviors and design, thermal design and performance, mechanical architecture and behaviors, and the performance modeling of installed wind turbines. This dissertation is based on seven publications that chronicle the work. The primary outcomes are the proposal of a novel generator architecture, a multidisciplinary set of analyses to predict the behaviors, and experimentation to demonstrate some of the key principles and validate the analyses. The proposed generator concept is a direct-drive, surface-magnet, synchronous generator with fractional-slot, duplex-helical, double-layer, non-overlapping windings formed from a copper conductor with a coaxial internal coolant conduit to accommodate liquid coolant flow. The novel liquid-cooling architecture is referred to as LC DD-PMSG. The first of the seven publications summarized in this dissertation discusses the technological and economic benefits and limitations of DD-PMSGs as applied to wind energy. The second publication addresses the long-term reliability of the proposed LC DD-PMSG design. Publication 3 examines the machine’s electromagnetic design, and Publication 4 introduces an optimization tool developed to quickly define basic machine parameters. The static and harmonic behaviors of the stator and rotor wheel structures are the subject of Publication 5. And finally, Publications 6 and 7 examine steady-state and transient thermal behaviors. There have been a number of ancillary concrete outcomes associated with the work including the following. X Intellectual Property (IP) for direct liquid cooling of stator windings via an embedded coaxial coolant conduit, IP for a lightweight wheel structure for lowspeed, high-torque electrical machinery, and IP for numerous other details of the LC DD-PMSG design X Analytical demonstrations of the equivalent reliability of the LC DD-PMSG; validated electromagnetic, thermal, structural, and dynamic prediction models; and an analytical demonstration of the superior partial load efficiency and annual energy output of an LC DD-PMSG design X A set of LC DD-PMSG design guidelines and an analytical tool to establish optimal geometries quickly and early on X Proposed 8 MW LC DD-PMSG concepts for both inner and outer rotor configurations Furthermore, three technologies introduced could be relevant across a broader spectrum of applications. 1) The cost optimization methodology developed as part of this work could be further improved to produce a simple tool to establish base geometries for various electromagnetic machine types. 2) The layered sheet-steel element construction technology used for the LC DD-PMSG stator and rotor wheel structures has potential for a wide range of applications. And finally, 3) the direct liquid-cooling technology could be beneficial in higher speed electromotive applications such as vehicular electric drives.

The effect of cationic-anionic polyelectrolyte multilayer surface treatment on inkjet ink spreading and print quality

The focus of the work reported in this thesis was to study and to clarify the effect of polyelectrolyte multilayer surface treatment on inkjet ink spreading, absorption and print quality. Surface sizing with a size press, film press with a pilot scale coater, and spray coating, have been used to surface treat uncoated wood-free, experimental wood-free and pigmentcoated substrates. The role of the deposited cationic (polydiallydimethylammonium chloride, PDADMAC) and anionic (sodium carboxymethyl cellulose, NaCMC) polyelectrolyte layers with and without nanosilica, on liquid absorption and spreading was studied in terms of their interaction with water-based pigmented and dye-based inkjet inks. Contact angle measurements were made in attempt to explain the ink spreading and wetting behavior on the substrate. First, it was noticed that multilayer surface treatment decreased the contact angle of water, giving a hydrophilic character to the surface. The results showed that the number of cationic-anionic polyelectrolyte layers or the order of deposition of the polyelectrolytes had a significant effect on the print quality. This was seen for example as a higher print density on layers with a cationic polyelectrolyte in the outermost layer. The number of layers had an influence on the print quality; the print density increased with increasing number of layers, although the increase was strongly dependent on ink formulation and chemistry. The use of nanosilica clearly affected the rate of absorption of polar liquids, which also was seen as a higher density of the black dye-based print. Slightly unexpected, the use of nanosilica increased the tendency for lateral spreading of both the pigmented and dye-based inks. It was shown that the wetting behavior and wicking of the inks on the polyelectrolyte coatings was strongly affected by the hydrophobicity of the substrate, as well as by the composition or structure of the polyelectrolyte layers. Coating only with a cationic polyelectrolyte was not sufficient to improve dye fixation, but it was demonstrated that a cationic-anionic-complex structure led to good water fastness. A threelayered structure gave the same water fastness values as a five-layered structure. Interestingly, the water fastness values were strongly dependent not only on the formed cation-anion polyelectrolyte complexes but also on the tendency of the coating to dissolve during immersion in water. Results showed that by optimizing the chemistry of the layers, the ink-substrate interaction can be optimized.