Syttyminen ja palamisen eteneminen partikkelikerroksessa

Syttymistä ja palamisen etenemistä partikkelikerroksessa tutkitaan paloturvallisuuden parantamista sekä kiinteitä polttoaineita käyttävien polttolaitteiden toiminnan tuntemista ja kehittämistä varten. Tässä tutkimuksessa on tavoitteena kerätä yhteen syttymiseen ja liekkirintaman etenemiseen liittyviä kokeellisia ja teoreettisia tutkimustuloksia, jotka auttavat kiinteäkerrospoltto- ja -kaasutus-laitteiden kehittämisessä ja suunnittelussa. Työ on esitutkimus sitä seuraavalle kokeelliselle ja teoreettiselle osalle. Käsittelyssä keskitytään erityisesti puuperäisiin polttoaineisiin. Hiilidioksidipäästöjen vähentämistavoitteet sekä kiinteiden jätteiden energiakäytön lisääminen ja kaatopaikalle viennin vähentäminen aiheuttavat lähitulevaisuudessa kerrospolton lisääntymistä. Kuljetusmatkojen optimoinnin takia joudutaan rakentamaan melko pieniä polttolaitoksia, joissa kerrospolttotekniikka on edullisin vaihtoehto. Syttymispisteellä tarkoitetaan Semenovin määritelmän mukaan tilaa ja ajankohtaa, jolloin polttoaineen ja hapen reaktioissa muodostuva nettoenergia aikayksikössä on yhtäsuuri kuin ympäristöön siirtyvä nettoenergiavirta. Itsesyttyminen tarkoittaa syttymistä ympäristön lämpötilan tai paineen suurenemisen seurauksena. Pakotettu syttyminen tapahtuu, kun syttymispisteen läheisyydessä on esimerkiksi liekki tai hehkuva kiinteä kappale, joka aiheuttaa paikallisen syttymisen ja syttymisrintaman leviämisen muualle polttoaineeseen. Kokeellinen tutkimus on osoittanut tärkeimmiksi syttymiseen ja syttymisrintaman etenemiseen vaikuttaviksi tekijöiksi polttoaineen kosteuden, haihtuvien aineiden pitoisuuden ja lämpöarvon, partikkelikerroksen huokoisuuden, partikkelien koon ja muodon, polttoaineen pinnalle tulevan säteilylämpövirran tiheyden, kaasun virtausnopeuden kerroksessa, hapen osuuden ympäristössä sekä palamisilman esilämmityksen. Kosteuden lisääntyminen suurentaa syttymisenergiaa ja -lämpötilaa sekä pidentää syttymisaikaa. Mitä enemmän polttoaine sisältää haihtuvia aineita sitä pienemmässä lämpötilassa se syttyy. Syttyminen ja syttymisrintaman eteneminen ovat sitä nopeampia mitä suurempi on polttoaineen lämpöarvo. Kerroksen huokoisuuden kasvun on havaittu suurentavan palamisen etenemisnopeutta. Pienet partikkelit syttyvät yleensä nopeammin ja pienemmässä lämpötilassa kuin suuret. Syttymisrintaman eteneminen nopeutuu partikkelien pinta-ala - tilavuussuhteen kasvaessa. Säteilylämpövirran tiheys on useissa polttosovellutuksissa merkittävin lämmönsiirtotekijä, jonka kasvu luonnollisesti nopeuttaa syttymistä. Ilman ja palamiskaasujen virtausnopeus kerroksessa vaikuttaa konvektiiviseen lämmönsiirtoon ja hapen pitoisuuteen syttymisvyöhykkeellä. Ilmavirtaus voi jäähdyttää ja kuumankaasun virtaus lämmittää kerrosta. Hapen osuuden kasvaminen nopeuttaa syttymistä ja liekkirintaman etenemistä kunnes saavutetaan tila, jota suuremmilla virtauksilla ilma jäähdyttää ja laimentaa reaktiovyöhykettä. Palamisilman esilämmitys nopeuttaa syttymisrintaman etenemistä. Syttymistä ja liekkirintaman etenemistä kuvataan yleensä empiirisillä tai säilyvyysyhtälöihin perustuvilla malleilla. Empiiriset mallit perustuvat mittaustuloksista tehtyihin korrelaatioihin sekä joihinkin tunnettuihin fysikaalisiin lainalaisuuksiin. Säilyvyysyhtälöihin perustuvissa malleissa systeemille määritetään massan, energian, liikemäärän ja alkuaineiden säilymisyhtälöt, joiden nopeutta kuvaavien siirtoyhtälöiden muodostamiseen käytetään teoreettisella ja kokeellisella tutkimuksella saatuja yhtälöitä. Nämä mallinnusluokat ovat osittain päällekkäisiä. Pintojen syttymistä kuvataan usein säilyvyysyhtälöihin perustuvilla malleilla. Partikkelikerrosten mallinnuksessa tukeudutaan enimmäkseen empiirisiin yhtälöihin. Partikkelikerroksia kuvaavista malleista Xien ja Liangin hiilipartikkelikerroksen syttymiseen liittyvä tutkimus ja Gortin puun ja jätteen polttoon liittyvä reaktiorintaman etenemistutkimus ovat lähimpänä säilyvyysyhtälöihin perustuvaa mallintamista. Kaikissa malleissa joudutaan kuitenkin yksinkertaistamaan todellista tapausta esimerkiksi vähentämällä dimensioita, reaktioita ja yhdisteitä sekä eliminoimalla vähemmän merkittävät siirtomekanismit. Suoraan kerrospolttoa ja -kaasutusta palvelevia syttymisen ja palamisen etenemisen tutkimuksia on vähän. Muita tarkoituksia varten tehtyjen tutkimusten polttoaineet, kerrokset ja ympäristöolosuhteet poikkeavat yleensä selvästi polttolaitteiden vastaavista olosuhteista. Erikokoisten polttoainepartikkelien ja ominaisuuksiltaan erilaisten polttoaineiden seospolttoa ei ole tutkittu juuri ollenkaan. Polttoainepartikkelien muodon vaikutuksesta on vain vähän tutkimusta.Ilman kanavoitumisen vaikutuksista ei löytynyt tutkimuksia.

E-demokratian ja elämysten arkea

ESIPUHE Julkaisun artikkelit liittyvät ajankohtaiseen teemaan: demokratian ja osallistumisen tulevaisuuden kehitys. Suomalainen hyvinvointivaltio julkisen sektorin tuottamine palveluineen tarvitsee tuekseen kansalaisten sitoutumisen yhteisen hyvän puolesta. Järjestelmän edellytyksenä on demokraattisen päätöksenteon rakenteiden ja käytännön toteuttamisen kehittäminen niin, että tällä hetkellä vielä koulussa olevat nuoret saadaan kiinnostumaan entistä voimakkaammin yhteisten asioiden hoitamisesta. Artikkelikokoelmamme liittyy saumattomasti parhaillaan meneillään olevaan tutkimus- ja kehittämishankkeeseen, jossa luomme sekä sisältöjä että teknologiaa tukemaan nuorten kunnallista e-demokratiaa. Ampers -hanke (Ambient Personalised Society) eli nuoret ja mediayhteisöllisyys on ainutlaatuinen kombinaatio taiteiden, yhteiskuntatieteiden jateknologian tutkimusta. Osallistujina hankkeessamme ovat erityisesti nuoret. Käsittelemme kirjoituksissamme informaatioyhteiskunnan, virtuaaliorganisaatioiden ja tulevaisuuden osallistumisen visioita. Outi Cavén aloittaa kokoelman koko julkaisua taustoittavalla artikkelillaan. Kari Heikkinen jatkaa edellä mainittua teemaa pohtiessaan teknologian mahdollisuuksia tukea demokratian toteuttamisen arkea. Miia Kosonen on analysoinut sekä kaikenikäisille että erityisesti nuorille suunnattuja suomalaisia osallistumisen ja e-demokratian harjoittamisen sivustoja.Pelin henki -artikkelissa Cavén luo katseen virtuaalisen maailman pelisääntöihin ja uhkiin. Päätämme artikkelikokoelman menetelmälliseen katsaukseen, jossa Hanna-Kaisa Ellonen ja Outi Cavén esittelevät ryhmähaastattelun perusteita. Artikkelikokoelma on ensimmäinen hankkeemme yhteisjulkaisu. Toivomme lukijoille mielenkiintoisia hetkiä ajatustemme ja tutkimuksen lähtökohtiemme tarkastelujen parissa

Aksiaaliturbiinin suunnittelu kokemusperäisillä häviökertoimilla

Tässä raportissa on esitettyaksiaalisen turbiinivaiheen suunnittelun perusperiaatteet perustuen ideaalikaasun paisuntaprosessin termodynamiikkaan yhdistettynä kokemusperäisiin häviökertoimiin. Häviökertoimien avulla voidaan arvioida turbiinin siivistössä syntyvien aerodynaamisten häviöiden suuruutta ja jakaantumista. Niiden määrittämiseksi on esitetty yhteenvetomaisesti kolme tunnettua ja kirjallisuudessa runsaasti siteerattua laskentamenetelmää. Esitettyjen laskentaperiaatteiden avulla voidaan arvioida annetuissa toimintaolosuhteissa tietyllä virtaus- ja siipigeometrialla rakennetun turbiinivaiheen teho, hyötysuhde ja paisuvan kaasun tila-arvot eri kohdissa turbiinia. Annetut yhtälöt ovat suhteellisen helposti ohjelmoitavissa tietokoneella ohjelmaksi, mikä käytännössä helpottaa huomattavasti esimerkiksi optimaalisen virtausgeometrian etsintää tai off-design analyysiä. Saadut tulokset eivät välttämättä ole absoluuttisen tarkkoja johtuen tehdyistä yksinkertaistuksista ja häviökertoimien epätarkkuuksista. Ne soveltuvat kuitenkin hyvin suuruusluokkatarkasteluun ja erilaisten ratkaisujen suhteellisten erojen arviointiin sekä lähtökohdaksi tarkempaan numeeriseen laskentaan (CFD). Työ liittyy LTKK:n Energiatekniikan osastolla tehtävään suurnopeustekniikan koelaitetutkimukseen. Työssä esitettyjä menetelmiä on hyödynnetty käänteisen Brayton-prosessin turbiinin rakenteellisessa esisuunnittelussa ja feasibility-selvityksessä. Lisäksi raportti on hyödyksi turbotekniikan opetusmateriaalina.

Degerö

Helsingfors : A.W. Gröndahl & A.C. Öhman 1845 : Dresden, Adler u. Dietze

Voimalaitoskytkennän lämpö-ja virtaustekninen optimointi teollisuusprosessiin

Diplomityössä on selvitetty UPM-Kymmene-konserniin kuuluvan Voikkaan paperitehtaan höyryvoimalaitoksen liityntärajapintaa paperikoneprosessiin. Selvitys tehtiin, koska nykyinen voimalaitos on suunniteltu korvattavaksi uudella lähivuosina. Työn teoriaosassa tarkastellaan mm. eri voimalaitostyyppejä, prosessivoimalaitoksen säätöjärjestelmiä sekä väliottovastapaineturbiinilta saatavan sähkötehon laskemiseksi tarvittavaa teoriaa. Käytännössä suurin työ on tehty nykyisen tuotantoprosessin voimalaitokselle asettamien vaatimusten selvittämisessä. Tämä on toteutettu tarkastelemalla online-mittauspositioita hyödyntäen laitoksen eri historiatietokantoja. Tulevan voimalaitoksen väliottovastapaineturbiinilta saatavaa sähkötehoa on tarkasteltu vuoden 2000 prosessihöyryn massavirtoihin perustuen. Kirjalliseen työhön on sisällytetty kuvaajat prosessin tärkeimmistä tila-arvoista. Yksityiskohtainen rajapinnan tarkastelu kuvaajineen ja lukuarvoineen on toimitettu diplomityöpaikalle tiedostomuodossa.

Räjähdyssuojausasiakirjan vaatima riskin arviointi muille kuin sähkölaitteille

Turvatekniikan keskuksella (TUKES) on valvottavanaan noin 1 000 teollisuuslaitosta, joissa on räjähdysvaarallisia tiloja. Olosuhdedirektiivin (1999/92/EY) mukainen kansal-linen asetus (VNa 576/2003) tuli voimaan 1.9.2003. Asetus koskee uusia räjähdysvaa-rallisia tiloja välittömästi, kun taas käytössä olevat tilat on saatettava sen mukaisiksi 30.6.2006 mennessä. Asetus edellyttää, että työnantaja laatii räjähdysvaarallisille tiloille räjähdyssuojausasiakirjan ja arvioi kirjallisesti näissä tiloissa käytettävien, ilman Ex-merkkiä olevien työvälineiden riskin. Räjähdyssuojausasiakirjan ja kirjallisena tehdyn riskin arvioinnin eräs keskeinen tarkoitus on varmistaa mahdollisten syttymislähteiden laaja-alainen hallinta ja pienentää onnettomuusriskiä. Tässä diplomityössä selvitetään, mitä riskin arvioinnin täytyy sisältää ja etsitään tehokas menetelmä arvioinnin tekoon. Kolmelta yritykseltä saatiin tutkittavaksi niiden alalle tyypillinen muu kuin sähkölaite, jota käytetään räjähdysvaarallisessa tilassa. Laitteiden tuli olla Ex-merkittömiä ja olla ollut käytössä ennen asetuksen voimaan tuloa. Laitteiden ja niiden dokumenttien tutkimisella testattiin eri menetelmien soveltuvuutta riskin arviointiin. Samalla selvitettiin jo käytössä olevien laitteiden turvallisuustaso. Jokaisen pilottitapauksen kohdalla on arvioinnissa menetelty eri tavoin. Työssä esitellään keskeisimmät menetelmät, joilla riskin arviointi voidaan tehdä. Suosi-tuksena esitellään ratkaisumalli, jonka avulla voidaan päätellä laitteen tarvitsema riskinarviointimenetelmä. Pilottitapauksia arvioitiin laitteiden sijoituksen ja lukumäärän pohjalta. Suosituksena on, että riskin arvioinnissa lähdetään liikkeelle itse laitteesta ja sen soveltuvuudesta räjähdysvaaralliseen tilaan. Tällä tavalla pystytään kohdistamaan käytössä olevat resurssit paremmin niihin laitteisiin, jotka vaativat tarkemman riskin arvioinnin. Pilottitapausten perusteella räjähdysvaaralliseen tilaan tarkoitetut laitteet soveltuivat käytettäväksi tarkoitetussa käytössään. Räjähdyssuojausasiakirjaa varten on dokumentoitava tiedot niiden käytöstä, mahdollisista syttymislähteistä ja suojaavista toimenpiteistä.

OHJAUSPALVELU H.323-SUOSITUKSEEN POHJAUTUVIIN MULTIMEDIANEUVOTTELUPALVELIMIIN

IP-verkko asettaa uusia vaatimuksia palveluntarjoajille multimedianeu-vottelupalvelujen toteuttamisessa. Samalla kuitenkin mahdollistuu myös ominaisuuksia, joita ei ole aikaisemmin voitu toteuttaa. Keskeinen elementti IP-pohjaisille on H.323-suosituk-seen pohjautuva MCU. Tässä työssä esitellään ja vertaillaan multimedianeuvottelupalveluissa ennen ja nykyään käytettyä tekniikkaa. Huomiota kiinnitetään myös neuvottelukulttuuriin ja multimedianeuvotteluissa tarvittaviin rooleihin. Työn käytännön osuudessa toteutettiin prototyyppi neuvottelupalvelusta, joka hyödyntää IP-maailman mahdollistamia uusia ominaisuuksia. Toteutuksen suunnitteluun, määrittelyyn ja dokumentointiin käytettiin UML-kieltä. Ohjelmointikielenä käytettiin Javaa.

Unification of Emission Measurements in Paper and Pulp Mills

Tässä diplomityössä tavoitteena on selvittää käytännöt ja menetelmät, joilla UPM-Kymmenen sellu-, paperi- ja vaneritehtaat ympäri maailman mittaavat ja laskevat ilmapäästönsä. Tämä tehdään kyselylomakkeella, joka lähetetään tehtaiden ympäristöpäälliköille. Kaikki tärkeimmät seikat ilmapäästöihin liittyen, kuten vaaditut jatkuvatoimiset mittaukset, jaksottaiset mittaukset, raportointikäytäntö, kalibrointi jne. kysytään lomakkeessa. Kyselylomakkeessa painotetaan mittauskäytäntöä sellutehtaissa sekä energiantuotannossa. Saatujen tulosten perusteella annetaan ehdotuksia sekä ohjeita tulevaisuutta varten, jotta mittaustulosten kokoaminen helpottuisi ja vertailukelpoisuus paranisi. Työn kirjallisuusosuudessa selvitetään yleisimmät päästölähteet sekä päästökomponentit paperi –ja selluteollisuudessa. Näiden ei toivottujen yhdisteiden syntymekanismit sekä menetelmät niiden poistamiseksi savukaasuista on myös lyhyesti kuvailtu. Myös erilaiset analysointi- ja näytteenottomenetelmät on kerrottu. Erot tehtaiden ympäristöluvissa käydään läpi, jakaen tehtaat kolmeen maantieteelliseen ryhmään. Lupakäytäntöjen osalta Suomen osuutta on painotettu, sillä UPM-Kymmene on varsin Suomikeskeinen yhtiö tehtaiden lukumääriin ja sijainteihin katsottuna. Viranomaismääräykset sekä päästörajat muutamista tehtaista on esitetty havainnollistaakseen alueellisia eroja.

Viestintä- ja henkilöhakupalvelu liikkuville käyttäjille

Matkapuhelin on nopeasti muuttunut puhevälineestä monipuoliseksi kommunikointilaitteeksi, joka mahdollistaa eri tyyppisten yhteydenpitomenetelmien käytön suurelle osalle maailman väestöä. Nykyään palvelusovellusten toteuttaminen matkapuhelimiin on mahdollista myös muille osapuolille kuin matkapuhelimien valmistajille. Tässä diplomityössä esitellään matkapuhelinoperaattorin toteuttama viestintä- ja henkilöhakupalvelu liikkuville käyttäjille, joka yhdistää yhden mobiilipalvelun alle henkilöstöhakupalvelun sekä useita viestintämenetelmiä. Diplomityössä esiteltävä mobiilipalvelu on toteutettu WAP-teknologian avulla. Mobiilipalvelu on osa TeliaSoneralla palvelukonseptina toteutettua SME-viestintäjärjestelmää (Smart Messaging Exchange), jonka tavoitteena on pilotoida viestintä- ja läsnäolotietopalveluita. Tässä diplomityössä esitellään SME-viestintäjärjestelmä keskittyen sen WAP-palveluun ja WAP-palvelun toteuttamisessa käytettyihin tekniikoihin. Diplomityön työosuutena on SME-viestintäjärjestelmän WAP-palvelun toteuttaminen.

Sulautetun järjestelmän Web-käyttö

Diplomityössä on tutkittu sulautetun järjestelmän liittämistä Ethernet-verkkoon sekä TCP/IP-protokollapinoon kuuluvien tavallisimpien protokollien toimintaa. Työn tuloksien perusteella on suunniteltu harjoitustyö, jota voidaan käyttää sähkötekniikan osaston opetuksessa. Työssä hankittiin Atmelin sulautettu Web-serverikortti (EWS) ja STK500-kortti serverin ohjelmointiin. Serverin mukana tuli Internet-yhteyden mahdollistava TCP/IP-pinon lähdekoodi. Työssä selvitettiin TCP/IP:hen kuuluvien protokollien toimintaa teoriassa ja käytännön toteutusta EWS:n avulla. Lähdekoodiin lisättiin ominaisuudet, joiden avulla laite hakee kellonaikatiedot aikapalvelimelta time-protokollaa käyttäen ja lähettää sähköpostia määriteltyyn osoitteeseen sähköpostipalvelimen kautta. Laitetta käytettiin sekä palvelimena että asiakkaana. Työssä perehdyttiin sulautettujen järjestelmien yleisiin ominaisuuksiin ja erilaisiin verkonhallinnan apuohjelmiin. Työssä tutkittiin palvelin- ja asiakaskoneen välillä Ethernetissä kulkevaa verkkoliikennettä. Työssä minimoitiin protokollatiedostojen viemä tila prosessorin muistista ja tutkittiin Internet-yhteyden kuluttamien kellojaksojen määrää. Työssä selvitettiin tietoturva-kysymysten merkitystä ja toteutusta sulautetuissa järjestelmissä.

Information Sharing in Drives Alliance Partner Concept

Työssä oli selkeästi kaksi tavoitetta. Ensimmäisenä tavoitteena oli tutkia, millaisesta kumppanuudesta Drives Alliance Partner -konsepti (DAP) muodostuu. Työn toisena tavoitteena oli selvittää ja analysoida DAP-konseptin informaation jakamiseen liittyvät tietotyypit, ja tehdä esitys siitä, mitä tietoa ABB:nja kumppaneiden välillä tulisi vaihtaa. Jotta kumppanuuden tila saatiin selville, tehtiin ABB:n sisäisiä haastatteluja sekä käytettiin hyväksi DAP-konseptista tehtyä dokumentaatiota. Informaation jakamiseen liittyvä tietotarpeiden kartoitus toteutettiin web-pohjaisen kyselyn avulla. Kysely toimitettiin osalle ABB:n nykyisistä kumppaneista sekä sellaisille ABB:n työntekijöille, jotka liittyvät DAP- konseptiin. Työssä luotiin malli kuvaamaan informaation vaihtoa partnereiden j a ABB :n välillä. Malliin otettiin mukaan ne tietotarpeet, jotka tehdyn kyselyn mukaan osoittautuivat tarpeellisiksi. Kumppanuuksiin syventymisen myötä tiedonvaihdon merkitys tulee entisestään korostumaan, mikä asettaa uusia haasteita ABB:lle.

Environmental Monitoring using Image Analysis

Tärkeä tehtävä ympäristön tarkkailussa on arvioida ympäristön nykyinen tila ja ihmisen siihen aiheuttamat muutokset sekä analysoida ja etsiä näiden yhtenäiset suhteet. Ympäristön muuttumista voidaan hallita keräämällä ja analysoimalla tietoa. Tässä diplomityössä on tutkittu vesikasvillisuudessa hai vainuja muutoksia käyttäen etäältä hankittua mittausdataa ja kuvan analysointimenetelmiä. Ympäristön tarkkailuun on käytetty Suomen suurimmasta järvestä Saimaasta vuosina 1996 ja 1999 otettuja ilmakuvia. Ensimmäinen kuva-analyysin vaihe on geometrinen korjaus, jonka tarkoituksena on kohdistaa ja suhteuttaa otetut kuvat samaan koordinaattijärjestelmään. Toinen vaihe on kohdistaa vastaavat paikalliset alueet ja tunnistaa kasvillisuuden muuttuminen. Kasvillisuuden tunnistamiseen on käytetty erilaisia lähestymistapoja sisältäen valvottuja ja valvomattomia tunnistustapoja. Tutkimuksessa käytettiin aitoa, kohinoista mittausdataa, minkä perusteella tehdyt kokeet antoivat hyviä tuloksia tutkimuksen onnistumisesta.