Modeling dynamic behavior in tilting pad gas journal bearings

Thisresearch deals with the dynamic modeling of gas lubricated tilting pad journal bearings provided with spring supported pads, including experimental verification of the computation. On the basis of a mathematical model of a film bearing, a computer program has been developed, which can be used for the simulation of a special type of tilting pad gas journal bearing supported by a rotary spring under different loading conditions time dependently (transient running conditions due to geometry variations in time externally imposed). On the basis of literature, different transformations have been used in the model to achieve simpler calculation. The numerical simulation is used to solve a non-stationary case of a gasfilm. The simulation results were compared with literature results in a stationary case (steady running conditions) and they were found to be equal. In addition to this, comparisons were made with a number of stationary and non-stationary bearing tests, which were performed at Lappeenranta University of Technology using bearings designed with the simulation program. A study was also made using numerical simulation and literature to establish the influence of the different bearing parameters on the stability of the bearing. Comparison work was done with literature on tilting pad gas bearings. This bearing type is rarely used. One literature reference has studied the same bearing type as that used in LUT. A new design of tilting pad gas bearing is introduced. It is based on a stainless steel body and electron beam welding of the bearing parts. It has good operation characteristics and is easier to tune and faster to manufacture than traditional constructions. It is also suitable for large serial production.

Applying the principles of life cycle assessment and costing in process modeling to examine profit-making capability

Static process simulation has traditionally been used to model complex processes for various purposes. However, the use of static processsimulators for the preparation of holistic examinations aiming at improving profit-making capability requires a lot of work because the production of results requires the assessment of the applicability of detailed data which may be irrelevant to the objective. The relevant data for the total assessment gets buried byirrelevant data. Furthermore, the models do not include an examination of the maintenance or risk management, and economic examination is often an extra property added to them which can be performed with a spreadsheet program. A process model applicable to holistic economic examinations has been developed in this work. The model is based on the life cycle profit philosophy developed by Hagberg and Henriksson in 1996. The construction of the model has utilized life cycle assessment and life cycle costing methodologies with a view to developing, above all, a model which would be applicable to the economic examinations of complete wholes and which would require the need for information focusing on aspects essential to the objectives. Life cycle assessment and costing differ from each other in terms of the modeling principles, but the features of bothmethodologies can be used in the development of economic process modeling. Methods applicable to the modeling of complex processes can be examined from the viewpoint of life cycle methodologies, because they involve the collection and management of large corpuses of information and the production of information for the needs of decision-makers as well. The results of the study shows that on the basis of the principles of life cycle modeling, a process model can be created which may be used to produce holistic efficiency examinations on the profit-making capability of the production line, with fewer resources thanwith traditional methods. The calculations of the model are based to the maximum extent on the information system of the factory, which means that the accuracyof the results can be improved by developing information systems so that they can provide the best information for this kind of examinations.

Reaaliaikainen virtuaalihydrauliikka osana todellista konejärjestelmää

Diplomityössä tutkittiin hydrauliikan reaaliaikasimulointia ja sen mahdollisuuksia tuotekehityksen apuvälineenä. Työssä käytettiin dSPACE:n reaaliaikasimulointiin valmistamia laitteita ja ohjelmia. Työssä luotiin Matlab/Simulink –ympäristöön tyypillisimmistä hydrauliikkakomponenttien puoliempiirisistä malleista koostuva komponenttikirjasto, joista kootut hydrauliikkapiirien mallit voitiin kääntää reaaliaikaympäristöön. Työn tavoitteena oli kehittää menetelmä, jonka avulla voidaan nopeuttaa ja helpottaa hydraulismekaanisten konejärjestelmien suunnittelua ja tuotekehitystä. Kehitetyt menetelmät perustuvat todellisen konejärjestelmän osaksi kytketyn reaaliaikaisen virtuaalihydrauliikan avulla laskettuun uuteen ohjaussignaaliin, jonka avulla voidaan todellisella hydrauliikalla kuvata virtuaalisen hydrauliikan vaikutukset todelliseen järjestelmään. Näin ollen muutokset voidaan siis tehdä virtuaaliseen hydrauliikkaan ja niiden vaikutukset nähdä todellisen järjestelmän käyttäytymisessä.

Business Process Modeling in Software Requirements Engineering for Small and Medium Software Projects

Vaatimusmäärittelyn tavoitteena on luoda halutun järjestelmän kokonaisen, yhtenäisen vaatimusluettelon vaatimusten määrittämiseksi käsitteellisellä tasolla. Liiketoimintaprosessien mallintaminen on varsin hyödyllinen vaatimusmäärittelyn varhaisissa vaiheissa. Tämä työ tutkii liiketoimintaprosessien mallintamista tietojärjestelmien kehittämistä varten. Nykyään on olemassa erilaisia liiketoimintaprosessien mallintamiseen tarkoitettuja tekniikoita. Tämä työ tarkastaa liiketoimintaprosessien mallintamisen periaatteet ja näkökohdat sekä eri mallinnustekniikoita. Uusi menetelmä, joka on suunniteltu erityisesti pienille ja keskisuurille ohjelmistoprojekteille, on kehitetty prosessinäkökohtien ja UML-kaavioiden perusteella.

Virtauslaskentaa ja energia-analyysiä hyödyntävä huoneilman lämpöolosuhteiden simulointimalli

Huonetilojen lämpöolosuhteiden hallinta on tärkeä osa talotekniikan suunnittelua. Tavallisesti huonetilan lämpöolosuhteita mallinnetaan menetelmillä, joissa lämpödynamiikkaa lasketaan huoneilmassa yhdessä laskentapisteessä ja rakenteissa seinäkohtaisesti. Tarkastelun kohteena on yleensä vain huoneilman lämpötila. Tämän diplomityön tavoitteena oli kehittää huoneilman lämpöolosuhteiden simulointimalli, jossa rakenteiden lämpödynamiikka lasketaan epästationaarisesti energia-analyysilaskennalla ja huoneilman virtauskenttä mallinnetaan valittuna ajanhetkenä stationaarisesti virtauslaskennalla. Tällöin virtauskentälle saadaan jakaumat suunnittelun kannalta olennaisista suureista, joita tyypillisesti ovat esimerkiksi ilman lämpötila ja nopeus. Simulointimallin laskentatuloksia verrattiin testihuonetiloissa tehtyihin mittauksiin. Tulokset osoittautuivat riittävän tarkoiksi talotekniikan suunnitteluun. Mallilla simuloitiin kaksi huonetilaa, joissa tarvittiin tavallista tarkempaa mallinnusta. Vertailulaskelmia tehtiin eri turbulenssimalleilla, diskretointitarkkuuksilla ja hilatiheyksillä. Simulointitulosten havainnollistamiseksi suunniteltiin asiakastuloste, jossa on esitetty suunnittelun kannalta olennaiset asiat. Simulointimallilla saatiin lisätietoa varsinkin lämpötilakerrostumista, joita tyypillisesti on arvioitu kokemukseen perustuen. Simulointimallin kehityksen taustana käsiteltiin rakennusten sisäilmastoa, lämpöolosuhteita ja laskentamenetelmiä sekä mallinnukseen soveltuvia kaupallisia ohjelmia. Simulointimallilla saadaan entistä tarkempaa ja yksityiskohtaisempaa tietoa lämpöolosuhteiden hallinnan suunnitteluun. Mallin käytön ongelmia ovat vielä virtauslaskennan suuri laskenta-aika, turbulenssin mallinnus, tuloilmalaitteiden reunaehtojen tarkka määritys ja laskennan konvergointi. Kehitetty simulointimalli tarjoaa hyvän perustan virtauslaskenta- ja energia-analyysiohjelmien kehittämiseksi ja yhdistämiseksi käyttäjäystävälliseksi talotekniikan suunnittelutyökaluksi.

Spectral Color Appearance Modeling

Kuvien laatu on tutkituimpia ja käytetyimpiä aiheita. Tässä työssä tarkastellaan värin laatu ja spektrikuvia. Työssä annetaan yleiskuva olemassa olevista pakattujen ja erillisten kuvien laadunarviointimenetelmistä painottaen näiden menetelmien soveltaminen spektrikuviin. Tässä työssä esitellään spektriväriulkomuotomalli värikuvien laadunarvioinnille. Malli sovelletaan spektrikuvista jäljennettyihin värikuviin. Malli pohjautuu sekä tilastolliseen spektrikuvamalliin, joka muodostaa yhteyden spektrikuvien ja valokuvien parametrien välille, että kuvan yleiseen ulkomuotoon. Värikuvien tilastollisten spektriparametrien ja fyysisten parametrien välinen yhteys on varmennettu tietokone-pohjaisella kuvamallinnuksella. Mallin ominaisuuksien pohjalta on kehitetty koekäyttöön tarkoitettu menetelmä värikuvien laadunarvioinnille. On kehitetty asiantuntija-pohjainen kyselymenetelmä ja sumea päättelyjärjestelmä värikuvien laadunarvioinnille. Tutkimus osoittaa, että spektri-väri –yhteys ja sumea päättelyjärjestelmä soveltuvat tehokkaasti värikuvien laadunarviointiin.

Building high technology complete products for the markets of humanitarian organizations and developing countries

Tämä tutkielma käsittelee high-tech kokonaisratkaisun rakentamista kehitysmaiden ja humanitääristen organisaatioiden markkinoille. Tavoitteena on löytää ne komponentit joita case-yritys Mediburner Ltd:n polttouuni tarvitsee rinnalleen. Jotta täydentävien elementtien määritteleminen olisi mahdollista, pitää ensin selvittää keitä ovat asiakkaat, ja mitkä ovat heidän tarpeensa. Tutkimusmetodina käytetään kuvailevaa case-tutkimusta. Empiirinen materiaali kerättiin henkilökohtaisissa- ja puhelinkeskusteluissa. Niihin henkilöihin, joiden tavoittaminen oli aikaeron vuoksi hankalaa, otettiin yhteyttä sähköpostitse. Toinen tietolähde olivat dokumentit. Tutkielmassa käytettiin internetsivuja, sairaalajätehuoltoon liittyvien kansainvälisten konferenssien ja kenttätutkimusten raportteja sekä humanitääristen organisaatioiden suosituksia ja lehdistötiedotteita. Tulokseksi saatiin kymmenen tarvittavaa tukevien elementtien ryhmää: lisälaitteet, astiat jätteen keräilyyn ja tilapäiseen varastointiin, polttoaine, sähkö, logistiset ratkaisut, asennus ja käyttöönotto, huolto- ja korjauspalvelut, koulutus, help-desk –palvelu ja rahoitus. Lisäksi tarvitaan imago, joka konkretisoi tarjotun ratkaisun hyödyt. Yksi toimivan imagotyylin perusta voisi olla vastuullisuus.

Financial Modeling to Support Organizational Control

Tutkimus tarkastelee taloudellisia mallintamismahdollisuuksia metsäteollisuuden liiketoimintayksikössä. Tavoitteena on suunnitella ja luoda taloudellinen malli liiketoimintayksikölle, jonka avulla sen tuloksen analysoiminen ja ennustaminen on mahdollista. Tutkimusta tarkastellaan konstruktiivisen tutkimusmenetelmän avulla. Teoreettinen viitekehys tarkastelee olemassa olevan informaation muotoilemista keskittyen tiedon jalostamisen tarpeisiin, päätöksenteon asettamiin vaatimuksiin sekä mallintamiseen. Toiseksi, teoria esittää informaatiolle asetettavia vaatimuksia organisatorisen ohjauksen näkökulmasta.Empiirinen tieto kerätään osallistuvan havainnoinnin avulla hyödyntäen epävirallisia keskusteluja, tietojärjestelmiä ja laskentatoimen dokumentteja. Tulokset osoittavat, että liikevoiton ennustaminen mallin avulla on vaikeaa, koska taustalla vaikuttavien muuttujien määrä on suuri. Tästä johtuen malli täytyykin rakentaa niin, että se tarkastelee liikevoittoa niin yksityiskohtaisella tasolla kuin mahdollista. Testauksessa mallin tarkkuus osoittautui sitä paremmaksi, mitä tarkemmalla tasolla ennustaminen tapahtui. Lisäksi testaus osoitti, että malli on käyttökelpoinen liiketoiminnan ohjauksessa lyhyellä aikavälillä. Näin se luo myös pohjan pitkän aikavälin ennustamiselle.

Global virtual teamwork. Building and communicating trust through technology

Tutkimuksen ensisijaisena tavoitteena oli tarkastella luottamuksen rakentumista virtuaalitiimissä. Keskeistä tarkastelussa olivat luottamuksen lähteiden löytäminen, suhteen rakentuminen sekä teknologiavälitteinen kommunikaatio. Myös käytännön keinoja ja sovelluksia etsittiin. Tässä tutkimuksessa luottamus nähtiin tärkeänä yhteistyön mahdollistajana sekä keskeisenä elementtinä ihmisten välisten suhteiden rakentumisessa. Tämä tutkimus oli empiirinen ja kuvaileva tapaustutkimus. Tutkimuksessa kvalitatiivista aineistoa kerättiin pääasiassa web-pohjaisen kyselyn sekä puhelinhaastattelun avulla. Aineistonkeruu toteutettiin siis pääasiassa virtuaalisesti. Saatu aineisto analysoitiin teemoittelun avulla. Tässä työssä teemoja etsittiin tekstistä pääasiassa teoriasta johdettujen oletusten perusteella. Tutkimuksen tuloksena oli, että luottamusta rakentavia mekanismeja ovat, karkeasti luokiteltuna, yhteiset päämäärät ja vastuut, kommunikaatio, sosiaalinen kanssakäyminen ja informaation jakaminen, toisten huomioiminen ja henkilökohtaiset ominaisuudet. Mekanismit eivät suuresti eronneet luottamuksen rakentumisen mekanismeista perinteisessä kontekstissa. Virtuaalitiimityön alkuvaiheessa luottamus pohjautui käsityksille toisten tiimin jäsenten kyvykkyydestä. Myös institutionaalinen identifioituminen loi pohjaa luottamukselle alkuvaiheessa. Muuten luottamus rakentui vähän kerrassaan tehtävään liittyvän kommunikaation ja sosiaalisen kommunikaation kautta. Tekojen merkitys korostui erityisesti ajan myötä. Työssä esitettiin myös käytännön keinoja luottamuksen rakentamiseksi. Olemassa olevien teknologioiden havaittiin tukevan hyvin suhteen rakentumista tiedon jakamiseen ja sen varastoimiseen liittyvissä tehtävissä. Sen sijaan vuorovaikutuksen näkökulmasta tuen ei nähty olevan yhtä kattavaa. Kaiken kaikkiaan kuitenkin parannuksella sosiaalisissa suhteissa voitaneen saada enemmän aikaan kuin parannuksilla teknologian suhteen.

Building an Access Network for Triple-Play Services

This final project was made for the Broadband department of TeliaSonera. This project gives an overview on how internet service provider might build an access network so that they can offer triple-play services. It also gives information on what equipment is needed and what is required from the access, aggregation and edge networks. The project starts by describing the triple-play service. Then it moves on to optical fiber cables, the network technology and network architecture. At the end of the project there is an example of the process and construction of the access network. It will give an overview of the total process and problems that a network planner might face during the planning phase of the project. It will give some indication on how one area is built from the start to finish. The conclusion of the project presents some points that must be taken into consideration when building an access network. The building of an access network has to be divided to a time span of eight to ten years, where one year is one phase in the project. One phase is divided into three parts; Selecting the areas and targets, Planning the areas and targets, and Documentation. The example area gives indication on the planning of an area. It is almost impossible to connect all targets at the same time. This means that the service provider has to complete the construction in two or three parts. The area is considered to be complete when more than 80% of the real estates have fiber.

Building distributed high availability system

Today’s commercial web sites are under heavy user load and they are expected to be operational and available at all times. Distributed system architectures have been developed to provide a scalable and failure tolerant high availability platform for these web based services. The focus on this thesis was to specify and implement resilient and scalable locally distributed high availability system architecture for a web based service. Theory part concentrates on the fundamental characteristics of distributed systems and presents common scalable high availability server architectures that are used in web based services. In the practical part of the thesis the implemented new system architecture is explained. Practical part also includes two different test cases that were done to test the system's performance capacity.

Fischer-Tropsch Slurry Bubble Column Reactor Modeling

The literature part of the work reviews overall Fischer-Tropsch process, Fischer-Tropsch reactors and catalysts. Fundamentals of Fischer-Tropsch modeling are also presented. The emphasis is on the reactor unit. Comparison of the reactors and the catalysts is carried out to choose the suitable reactor setup for the modeling work. The effects of the operation conditions are also investigated. Slurry bubble column reactor model operating with cobalt catalyst is developed by taking into account the mass transfer of the reacting components (CO and H2) and the consumption of the reactants in the liquid phase. The effect of hydrostatic pressure and the change in total mole flow rate in gas phase are taken into account in calculation of the solubilities. The hydrodynamics, reaction kinetics and product composition are determined according to literature. The cooling system and furthermore the required heat transfer area and number of cooling tubes are also determined. The model is implemented in Matlab software. Commercial scale reactor setup is modeled and the behavior of the model is investigated. The possible inaccuraries are evaluated and the suggestions for the future work are presented. The model is also integrated to Aspen Plus process simulation software, which enables the usage of the model in more extensive Fischer-Tropsch process simulations. Commercial scale reactor of diameter of 7 m and height of 30 m was modeled. The capacity of the reactor was calculated to be about 9 800 barrels/day with CO conversion of 75 %. The behavior of the model was realistic and results were in the right range. The highest uncertainty to model was estimated to be caused by the determination of the kinetic rate.

Modeling the transport phenomena within arterial wall: porous media approach

The transport of macromolecules, such as low-density lipoprotein (LDL), and their accumulation in the layers of the arterial wall play a critical role in the creation and development of atherosclerosis. Atherosclerosis is a disease of large arteries e.g., the aorta, coronary, carotid, and other proximal arteries that involves a distinctive accumulation of LDL and other lipid-bearing materials in the arterial wall. Over time, plaque hardens and narrows the arteries. The flow of oxygen-rich blood to organs and other parts of the body is reduced. This can lead to serious problems, including heart attack, stroke, or even death. It has been proven that the accumulation of macromolecules in the arterial wall depends not only on the ease with which materials enter the wall, but also on the hindrance to the passage of materials out of the wall posed by underlying layers. Therefore, attention was drawn to the fact that the wall structure of large arteries is different than other vessels which are disease-resistant. Atherosclerosis tends to be localized in regions of curvature and branching in arteries where fluid shear stress (shear rate) and other fluid mechanical characteristics deviate from their normal spatial and temporal distribution patterns in straight vessels. On the other hand, the smooth muscle cells (SMCs) residing in the media layer of the arterial wall respond to mechanical stimuli, such as shear stress. Shear stress may affect SMC proliferation and migration from the media layer to intima. This occurs in atherosclerosis and intimal hyperplasia. The study of blood flow and other body fluids and of heat transport through the arterial wall is one of the advanced applications of porous media in recent years. The arterial wall may be modeled in both macroscopic (as a continuous porous medium) and microscopic scales (as a heterogeneous porous medium). In the present study, the governing equations of mass, heat and momentum transport have been solved for different species and interstitial fluid within the arterial wall by means of computational fluid dynamics (CFD). Simulation models are based on the finite element (FE) and finite volume (FV) methods. The wall structure has been modeled by assuming the wall layers as porous media with different properties. In order to study the heat transport through human tissues, the simulations have been carried out for a non-homogeneous model of porous media. The tissue is composed of blood vessels, cells, and an interstitium. The interstitium consists of interstitial fluid and extracellular fibers. Numerical simulations are performed in a two-dimensional (2D) model to realize the effect of the shape and configuration of the discrete phase on the convective and conductive features of heat transfer, e.g. the interstitium of biological tissues. On the other hand, the governing equations of momentum and mass transport have been solved in the heterogeneous porous media model of the media layer, which has a major role in the transport and accumulation of solutes across the arterial wall. The transport of Adenosine 5´-triphosphate (ATP) is simulated across the media layer as a benchmark to observe how SMCs affect on the species mass transport. In addition, the transport of interstitial fluid has been simulated while the deformation of the media layer (due to high blood pressure) and its constituents such as SMCs are also involved in the model. In this context, the effect of pressure variation on shear stress is investigated over SMCs induced by the interstitial flow both in 2D and three-dimensional (3D) geometries for the media layer. The influence of hypertension (high pressure) on the transport of lowdensity lipoprotein (LDL) through deformable arterial wall layers is also studied. This is due to the pressure-driven convective flow across the arterial wall. The intima and media layers are assumed as homogeneous porous media. The results of the present study reveal that ATP concentration over the surface of SMCs and within the bulk of the media layer is significantly dependent on the distribution of cells. Moreover, the shear stress magnitude and distribution over the SMC surface are affected by transmural pressure and the deformation of the media layer of the aorta wall. This work reflects the fact that the second or even subsequent layers of SMCs may bear shear stresses of the same order of magnitude as the first layer does if cells are arranged in an arbitrary manner. This study has brought new insights into the simulation of the arterial wall, as the previous simplifications have been ignored. The configurations of SMCs used here with elliptic cross sections of SMCs closely resemble the physiological conditions of cells. Moreover, the deformation of SMCs with high transmural pressure which follows the media layer compaction has been studied for the first time. On the other hand, results demonstrate that LDL concentration through the intima and media layers changes significantly as wall layers compress with transmural pressure. It was also noticed that the fraction of leaky junctions across the endothelial cells and the area fraction of fenestral pores over the internal elastic lamina affect the LDL distribution dramatically through the thoracic aorta wall. The simulation techniques introduced in this work can also trigger new ideas for simulating porous media involved in any biomedical, biomechanical, chemical, and environmental engineering applications.

Modeling of Gold Cyanidation

The chemistry of gold dissolution in alkaline cyanide solution has continually received attention and new rate equations expressing the gold leaching are still developed. The effect of leaching parameters on gold gold cyanidation is studied in this work in order to optimize the leaching process. A gold leaching model, based on the well-known shrinking-core model, is presented in this work. It is proposed that the reaction takes place at the reacting particle surface which is continuously reduced as the reaction proceeds. The model parameters are estimated by comparing experimental data and simulations. The experimental data used in this work was obtained from Ling et al. (1996) and de Andrade Lima and Hodouin (2005). Two different rate equations, where the unreacted amount of gold is considered in one equation, are investigated. In this work, it is presented that the reaction at the surface is the rate controlling step since there is no internal diffusion limitation. The model considering the effect of non-reacting gold shows that the reaction orders are consistent with the experimental observations reported by Ling et al. (1996) and de Andrade Lima and Hodouin (2005). However, it should be noted that the model obtained in this work is based on assumptions of no side reactions, no solid-liquid mass transfer resistances and no effect from temperature.

Photoelectric Measurements and Modeling of Bacteriorhodopsin

Recent technology has provided us with new information about the internal structures and properties of biomolecules. This has lead to the design of applications based on underlying biological processes. Applications proposed for biomolecules are, for example, the future computers and different types of sensors. One potential biomolecule to be incorporated in the applications is bacteriorhodopsin. Bacteriorhodopsin is a light-sensitive biomolecule, which works in a similar way as the light sensitive cells of the human eye. Bacteriorhodopsin reacts to light by undergoing a complicated series of chemical and thermal transitions. During these transitions, a proton translocation occurs inside the molecule. It is possible to measure the photovoltage caused by the proton translocations when a vast number of molecules is immobilized in a thin film. Also the changes in the light absorption of the film can be measured. This work aimed to develop the electronics needed for the voltage measurements of the bacteriorhodopsin-based optoelectronic sensors. The development of the electronics aimed to get more accurate information about the structure and functionality of these sensors. The sensors used in this work contain a thick film of bacteriorhodopsin immobilized in polyvinylalcohol. This film is placed between two transparent electrodes. The result of this work is an instrumentation amplifier which can be placed in a small space very close to the sensor. By using this amplifier, the original photovoltage can be measured in more detail. The response measured using this amplifier revealed two different components, which could not be distinguished earlier. Another result of this work is the model for the photoelectric response in dry polymer films.