Sinkkirikasteen liukenemisnopeuteen vaikuttavat tekijät ja sinkkirikasteen suoraliuotuksen mallintaminen

Työn kirjallisuusosassa selvitettiin eri tekijöiden (lämpötila, paine, mineralogia, partikkelikoko, sekoitus, kiintoainepitoisuus, liuoksen happo-, rauta- ja happipitoisuus) vaikutusta sinkkirikasteen suoraliuotusprosessin tärkeimpiin ilmiöihin (diffuusio, aineensiirto, reaktiokinetiikka). Kirjallisuusosassa kartoitettiin myös tämän hetkistä tietämystä niistä tekijöistä, jotka ovat oleellisia, kun sinkkirikasteen suoraliuotusprosessia mallinnetaan. Näitä tekijöitä ovat: sinkkirikasteiden liuotuksen kemia, sinkkirikasteiden liuotuksen kinetiikka ja mekanismit, kaasuneste aineensiirto ja kiinteäneste aineensiirto. Lisäksi selvitettiin millä tavoin aikaisemmissa tutkimuksissa sinkkirikasteiden suoraliuotusta on mallinnettu. Mallinnusosassa käsiteltiin atmosfääristä sinkkirikasteen suoraliuotusta, jossa hapettimena toimi ferri(III)rauta. Mallintamisessa käytettiin kirjallisuudessa esitettyjä mittaustuloksia ja mallintaminen tehtiin Modest tietokoneohjelmistolla. Työssä tehty atmosfäärisen suoraliuotuksen mallintaminen labo-ratoriomittakaavassa (laimeat liuokset ja pienet kiintoainepitoisuudet) antoi lupaavia tuloksia. Ongelmia mallin ennustuksen kanssa esiintyi pienissä happopitoisuuksissa, alhaisissa lämpötiloissa sekä pienillä ja suurilla partikkeleilla. Työn kirjallisuusosassa tunnistettiin ne ongelmakohdat, jotka vaativat lisätutkimuksia, jotta sinkkirikasteen atmosfääriselle suoraliuotukselle pystytään kehittämään simulointimalli. Näitä ovat: 1. Hapen liukoisuus ja aineensiirto teollisuuden käyttämissä sinkkirikastelietteissä, 2. Sopivien mittaustulosten puuttuminen, jotta atmosfääristä suoraliuotusta, jossa O2 ja Fe3+ toimivat hapettimena voitaisiin mallintaa, 3. Kiinteäneste aineensiirron merkitys sinkkirikasteen suoraliuotuksessa. Mallinnusosassa osoitettiin, että mekanistisella mallintamisella voidaan simuloida sinkkirikasteen atmosfääristä suoraliuotusta ainakin laboratoriomittakaavassa. Työn perusteella voidaan todeta, että sinkkirikasteen atmosfääriselle suoraliuotukselle voidaan työssä ehdotettujen jatkotutkimusten avulla kehittää numeerinen mekanistinen malli, jolla atmosfääristä sinkkirikasteiden suoraliuotusprosessia voidaan simuloida eri olosuhteissa.

Suurhäiriöiden haittakustannusten mallintaminen ja haittojen pienentämismahdollisuudet

Kandidaatintyössä tarkastellaan suurhäiriöiden haittakustannuksia sekä haittojen pienentämismahdollisuuksia verkkoa kehittämällä tai korjaushenkilöstöä lisäämällä.

Höyry- ja kaasuturbiinin mallintaminen prosessisimulointiohjelmaan

Tässä diplomityössä on mallinnettu höyry- ja kaasuturbiini Balas -prosessisimulointi-ohjelmaan. Balas on Valtion Teknillisen Tutkimuskeskuksen kehittämä simulointiohjelma, erityisesti paperi- ja selluteollisuuden prosessien staattiseen simulointiin. Työn tavoitteena on kehittää simulointimallit höyry- ja kaasuturbiinille, sekä tutkia niiden toimivuutta vertaamalla simulointeja mittaus- ja mitoitustietoihin. Työssä on muodostettu matemaattiset mallit höyryturbiinille, höyryturbiinin säätövyöhykkeelle sekä höyryturbiinin off-design laskennalle. Kaasuturbiinille muodostettiin toimintakäyrät, joiden avulla tarkastellaan sen toimintaa off-design tilanteessa. Komponentit mallinnettiin diplomityövaiheessa Matlab-ympäristöön, josta ne siirretään Balasiin erillisessä työvaiheessa. Malleissa on kiinnitetty huomiota erityisesti niiden helppokäyttöisyyteen ja monipuolisuuteen. Höyryturbiinimalleja testattiin simuloimalla erään paperitehtaan yhteydessä toimivan voimalaitoksen vastapaineturbiini säätövyöhykkeineen ja vertaamalla simulointituloksia tehtaan mittaustietoihin. Kaasuturbiinimallia testattiin vertaamalla GE Power MS 7001 kaasuturbiinin mitoitustietoja vastaavilla parametreilla simuloituun tapaukseen.

3D Surface Modeling From Point Clouds

The goal of this thesis is to implement software for creating 3D models from point clouds. Point clouds are acquired with stereo cameras, monocular systems or laser scanners. The created 3D models are triangular models or NURBS (Non-Uniform Rational B-Splines) models. Triangular models are constructed from selected areas from the point clouds and resulted triangular models are translated into a set of quads. The quads are further translated into an estimated grid structure and used for NURBS surface approximation. Finally, we have a set of NURBS surfaces which represent the whole model. The problem wasn’t so easy to solve. The selected triangular surface reconstruction algorithm did not deal well with noise in point clouds. To handle this problem, a clustering method is introduced for simplificating the model and removing noise. As we had better results with the smaller point clouds produced by clustering, we used points in clusters to better estimate the grids for NURBS models. The overall results were good when the point cloud did not have much noise. The point clouds with small amount of error had good results as the triangular model was solid. NURBS surface reconstruction performed well on solid models.

Simulations of 3D Stripixel Detectors

Large Hadron Collider (LHC) is the main particle accelerator at CERN. LHC is created with main goal to search elementary particles and help science investigate our universe. Radiation in LHC is caused by charged particles circular acceleration, therefore detectors tracing particles in existed severe conditions during the experiments must be radiation tolerant. Moreover, further upgrade of luminosity (up to 1035 cm-2s-1) requires development of particle detector’s structure. This work is dedicated to show the new type 3D stripixel detector with serious structural improvement. The new type of radiation-hard detector has a three-dimensional (3D) array of the p+ and n+ electrodes that penetrate into the detector bulk. The electrons and holes are then collected at oppositely biased electrodes. Proposed 3D stripixel detector demonstrates that full depletion voltage is lower that that for planar detectors. Low depletion voltage is one of the main advantages because only depleted part of the device is active are. Because of small spacing between electrodes, charge collection distances are smaller which results in high speed of the detector’s response. In this work is also briefly discussed dual-column type detectors, meaning consisting both n+ and p+ type columnar electrodes in its structure, and was declared that dual-column detectors show better electric filed distribution then single sided radiation detectors. The dead space or in other words low electric field region in significantly suppressed. Simulations were carried out by using Atlas device simulation software. As a simulation results in this work are represented the electric field distribution under different bias voltages.

Opettajien työelämäjaksojen kehitysprojektien mallintaminen osaksi Etelä-Karjalan ammattiopiston toimintaa

Tämän diplomityön tavoitteena oli selvittää, kuinka pilottiprojektien pohjalta voidaan kehittää toimiva prosessimalli. Prosessi, johon uudenlaista kehitystapaa lähdettiin hakemaan, oli Etelä-Karjalan ammattiopiston opettajien työelämäjaksojen toteutusprosessi. Opettajien työelämäjakson erilaisia toteutusmalleja oli testattu jo useammassa eri erilaisten rahoitusten avustuksella perustetuissa pilottiprojektissa. Ulkopuolisen rahoituksen päättyessä tuli ajankohtaiseksi kehittää Etelä-Karjalan ammattiopistolle oma työelämäjaksojen toteutusmalli. Mallin kehitystyössä voitiin hyödyntää aikaisemmista projekteista saatuja palautteita, jolloin mallin kehitystyö lähti liikkeelle tiedossa jo olevista asiakkaan toiveista ja tarpeista. Toimintaa kehitettiin prosessina, koska Etelä-Karjalan ammattiopistossa on alettu satsaamaan voimakkaasti laatuun ja laadun jatkuvaan parantamiseen. Laatua taas ei synny ilman, että toiminnat määriteltäisiin ja kuvattaisiin prosesseina. Koska koulutusorganisaatioille prosessiajattelu on vielä aika vierasta, tässä työssä selvitettiin ensin teoriakatsauksen pohjalta, mitä prosessiajattelu tarkoittaa ja mitä hyötyjä sillä voidaan saavuttaa julkisella sektorilla. Lisäksi kartoitettiin niitä tapoja ja keinoja, joiden avulla prosesseja voitaisiin parantaa ja uudistaa. Prosessin uudistamisprosessiin löytyi teorian pohjalta työkalu, jota muokattiin niin, että sitä voitiin hyödyntää juuri tämäntyyppisessä uudistustyössä. Työn lopputuloksena syntyi työelämäjakson toteutusta kuvaava prosessimalli, jota on jatkossa tarkoitus testata ja kehittää työelämäjaksoilta saadun palautteen perusteella.

Männyn kasvun ja puuaineen ominaisuuksien sekä saheiden laadun mallintaminen liittyen metsänhoitoon

Selostus väitöskirjasta: Modelling the growth and properties of stem and wood of Scots pine (Pinus sylvestris L.) as related to silvicultural management with implications for sawing yield and properties of sawn pieces. Dissertationes Forestales 65.

Radioverkon mallintaminen nurba-pintaa hyödyntäen

Tässä työssä perehdytaan erilaisiin tapoihin mallintaa radioverkon kuuluvuutta verkon suunnittelua ja erilaisia palveluja varten. Tämän tarkastelun perusteella muodostetaan ongelmaan NURBS-pintaan perustuva ratkaisu, jolla radioverkon kuuluvuutta voidaan tarkastella kolmiulotteisesti. Radioverkon kuuluvuutta mallinnettaessa työssä kehitetty malli ottaa syötteenään tietoja rakennuksesta ja mitattuja signaalivoimakkuuksia ja luo näiden perusteella kolmiulotteisen pinnan, jonka avulla pystytään tarkastelemaan kuuluvuusaluetta. Kehitetyn mallin perusteella työssä toteutettiin radioverkon kuuluvuutta mallintava sovellus, joka pystyy tarjoamaan tietoa signaalin voimakkuudesta myös muiden sovellusten tarpeisiin.

3D Stripixel Detectors Simulation

Solid-state silicon detectors have replaced conventional ones in almost all recent high-energy physics experiments. Pixel silicon sensors don't have any alternative in the area near the interaction point because of their high resolution and fast operation speed. However, present detectors hardly withstand high radiation doses. Forthcoming upgrade of the LHC in 2014 requires development of a new generation of pixel detectors which will be able to operate under ten times increased luminosity. A planar fabrication technique has some physical limitations; an improvement of the radiation hardness will reduce sensitivity of a detector. In that case a 3D pixel detector seems to be the most promising device which can overcome these difficulties. The objective of this work was to model a structure of the 3D stripixel detector and to simulate electrical characteristics of the device. Silvaco Atlas software has been used for these purposes. The structures of single and double sided dual column detectors with active edges were described using special command language. Simulations of these detectors have shown that electric field inside an active area has more uniform distribution in comparison to the planar structure. A smaller interelectrode space leads to a stronger field and also decreases the collection time. This makes the new type of detectors more radiation resistant. Other discovered advantages are the lower full depletion voltage and increased charge collection efficiency. So the 3D stripixel detectors have demonstrated improved characteristics and will be a suitable replacement for the planar ones.

Henkilöauton korin mallintaminen virtuaalitestejä varten

Nykyään auton korien tuotekehitysprosessissa jää hyvin vähän aikaa korin rakenteiden optimointiin. Rakenteiden optimointi tehdään virtuaalitestauksen avulla siten, että yhdellä elementtimallilla tehdään erilaisia testejä ja optimoidaan useita omaisuuksia samanaikaisesti. Tässä tutkimuksessa tavoitteena on kehittää auton korin FEM-malli, jolla voidaan suorittaa mahdollisimman monta erilaista virtuaalitestiä. Rakennetun mallin toimivuutta testattiin tekemällä sille ympäriajoturvallisuustesti ja saatuja tuloksia verrattiin oikean auton testiin.

Metaanin muodostumisen mallintaminen kaatopaikalla

Methane-rich landfill gas is generated when biodegradable organic wastes disposed of in landfills decompose under anaerobic conditions. Methane is a significant greenhouse gas, and landfills are its major source in Finland. Methane production in landfill depends on many factors such as the composition of waste and landfill conditions, and it can vary a lot temporally and spatially. Methane generation from waste can be estimated with various models. In this thesis three spreadsheet applications, a reaction equation and a triangular model for estimating the gas generation were introduced. The spreadsheet models introduced are IPCC Waste Model (2006), Metaanilaskentamalli by Jouko Petäjä of Finnish Environment Institute and LandGEM (3.02) of U.S. Environmental Protection Agency. All these are based on the first order decay (FOD) method. Gas recovery methods and gas emission measurements were also examined. Vertical wells and horizontal trenches are the most commonly used gas collection systems. Emission measurements chamber method, tracer method, soil core and isotope measurements, micrometeorological mass-balance and eddy covariance methods and gas measuring FID-technology were discussed. Methane production at Ämmässuo landfill of HSY Helsinki Region Environmental Services Authority was estimated with methane generation models and the results were compared with the volumes of collected gas. All spreadsheet models underestimated the methane generation at some point. LandGEM with default parameters and Metaanilaskentamalli with modified parameters corresponded best with the gas recovery numbers. Reason for the differences between evaluated and collected volumes could be e.g. that the parameter values of the degradable organic carbon (DOC) and the fraction of decomposable degradable organic carbon (DOCf) do not represent the real values well enough. Notable uncertainty is associated with the modelling results and model parameters. However, no simple explanation for the discovered differences can be given within this thesis.

Epäsuoran auttamisen mallintaminen reaktioyhtälöitä käyttäen

Jos populaatiossa yksilöt auttavat toisiaan hyötymättä siitä suoraan, vaan odottavat jonkun auttavan heitä tulevaisuudessa, puhutaan epäsuorasta auttamisesta. Yleinen periaate on jakaa mainetta potentiaaliselle auttajalle: hyvää tai huonoa riippuen siitä, auttaako hän vai ei. Mainetta voi laskea kahdella tavalla: binäärisesti, jolloin muistetaan ainoastaan edellinen teko, tai monimaineisesti, jolloin maine kerääntyy vähitellen. Tyypillisesti epäsuoraa auttamista tutkitaan peliteoreettisesti. Tässä tutkielmassa tarkastellaan epäsuoraa auttamista kuitenkin reaktioyhtälöiden avulla monimaineisessa tapauksessa. Tutkimus on suoritettu pääsääntöisesti Mathematica-ohjelmistolla simuloiden, pääpainon ollessa kahden eri auttamisparametrin evoluutiossa: ensinnäkin on tutkittu auttamishalukkuuden evoluutiota ja toisaalta on etsitty evolutiivisesti attrahoivaa auttamisstrategiaa. Evoluutiota on tutkittu adaptiivisen dynamiikan keinoin. Aluksi työssä on selvitetty auttamisen evoluutiota yhdessä populaatiossa. Siinä huomataan, että maineen jakaminen on välttämätöntä, jottei auttaminen häviäisi populaatiosta. Lisäksi nähdään, että lopputilassa on kaksi stabiilia auttamistilaa: joko ketään ei auteta, tai sitten apua annetaan hieman yli 50 prosentin todennäköisyydellä. Lisäksi tutkielmassa on tarkasteltu auttamisen evoluutiota metapopulaatiossa. Tässäkin tapauksessa löydetään kaksi stabiilia auttamistilaa, missä epätriviaali tasapainotila on suurempi kuin yhden populaation tapauksessa. Toisaalta huomataan, että samalla joutuminen nollatilaan tapahtuu helpommin.

Toimintarajoitteisten henkilöiden ajokyvyn arvioinnin mallintaminen psykologisen toimintateorian avulla

Veli Matti Heikkilän väitöskirja Evaluation of driving ability of the disabled persons in the context of the psychological activity theory (Helsingin yliopisto 2008).

Epävarmuuden mallintaminen investointilaskelmissa ja irtautumispäätöksen ajoittaminen: Case Paroc

Tässä diplomityössä on tutkittu epävarmuuden mallintamista investointilaskelmissa. Kirjallisuuden perusteella luotiin prosessimalli, jolla voidaan strukturoidusti tehdä yritysinvestointi- tai yritysirtaantumispäätös. Malli koostuu neljästä päävaiheesta, mutta pääpainopiste mallissa on laskentamenetelmissä. Luotua prosessimallia sekä erityisesti laskentamenetelmiä on sovellettu yritysesimerkin avulla. Epävarmuuden mallintamisongelmaa on käsitelty sekä perinteisten klassillisten investointiteorioiden että reaalioptioajatteluun pohjautuvien menetelmien avulla. Reaalioptioteoriaan perustuvien menetelmien avulla voidaan ottaa huomioon tulevat epävarmuudet ja päätöksentekomahdollisuudet. Perinteisten reaalioptioteorioiden käytännön elämän vastaisten taustaoletuksien vuoksi tutkittiin erityisesti uusimpia malleja. Diplomityössä yritysesimerkiksi valittiin Paroc Group, jonka yritysjärjestelytilannetta tutkittiin sen nykyisen omistajan eli pankin näkökulmasta. Diplomityön yhtenä keskeisenä tavoitteena oli selvittää, että kannattaako pankin myydä yhtiö tämän hetkisellä markkinahinnalla vai odottaa parempaa myyntiajankohtaa.

Liiketoimintaprosessien mittaaminen ja mallintaminen

Tutkimuksessa tutkitaan mallintamista ja mittaamista osana liiketoimintaproses-sien parantamista, sekä näiden asioiden kuvaamista soveltuvalla työkalulla. Ensin esitetään teoreettinen viitekehys siihen, kuinka prosesseja voidaan mitata ja mal-lintaa. Sitten raportoidaan käytännössä suoritettu kehitystyö, jolle on määritetty lähtö- ja tavoitetila. Työn onnistumista mitataan johtajahaastatteluin ja saatuja tuloksia verrataan teoriaan. Tutkimuksessa yhdistettiin analyyttinen mallinrakennus, tieteellinen ongelman-ratkaisutoiminta sekä konsultointi tarkoituksena saada aikaan kohde organisaati-olle sopiva konstruktio esitettyyn ongelmaan. Johtajahaastattelut analysoitiin ja suoritettiin kvalitatiivinen tarveanalyysi. Haastatteluja täydennettiin muulla kerä-tyllä aineistolla ja analyysin tarkkuutta pyritään kasvattamaan eri lähdeaineistojen ristivertailuilla. Yrityksissä on niin liiketoiminnalle elintärkeitä ydinprosesseja kuin niitä tukevia tukiprosessejakin. Niiden toiminta perustuu ennalta suunniteltuihin ja uudelleen-käytettäviin menetelmiin. Prosessit tulee sopeuttaa yrityksen arkkitehtuuriin ja niitä on jatkuvasti kehitettävä. Kehittäminen voidaan toteuttaa suurilla kertamuu-toksilla, jatkuvalla laadun parantamisella tai niiden yhdistelmänä. Mallintamisella ja mittaamisella on tärkeä tehtävä liiketoimintaprosessien kehit-tämisessä. Niiden avulla voidaan helpottaa erityisesti prosessien suunnittelua luomalla konkreettisia malleja ja mittareita prosesseista. Toteutuksessa käytettiin prototyyppilähestymistapaa ja työn onnistumista arvioivat yhtiön johtajat. Tutki-muksen tuloksia ovat eri tason prosessimallit, joiden luomisessa käytettiin eri mallintamistekniikoita, sekä mittaristot mittaamaan yrityksen tuottavuutta ja te-hokkuutta.