Computational studies for the design of process equipment with complex geometries

This study combines several projects related to the flows in vessels with complex shapes representing different chemical apparata. Three major cases were studied. The first one is a two-phase plate reactor with a complex structure of intersecting micro channels engraved on one plate which is covered by another plain plate. The second case is a tubular microreactor, consisting of two subcases. The first subcase is a multi-channel two-component commercial micromixer (slit interdigital) used to mix two liquid reagents before they enter the reactor. The second subcase is a micro-tube, where the distribution of the heat generated by the reaction was studied. The third case is a conventionally packed column. However, flow, reactions or mass transfer were not modeled. Instead, the research focused on how to describe mathematically the realistic geometry of the column packing, which is rather random and can not be created using conventional computeraided design or engineering (CAD/CAE) methods. Several modeling approaches were used to describe the performance of the processes in the considered vessels. Computational fluid dynamics (CFD) was used to describe the details of the flow in the plate microreactor and micromixer. A space-averaged mass transfer model based on Fick’s law was used to describe the exchange of the species through the gas-liquid interface in the microreactor. This model utilized data, namely the values of the interfacial area, obtained by the corresponding CFD model. A common heat transfer model was used to find the heat distribution in the micro-tube. To generate the column packing, an additional multibody dynamic model was implemented. Auxiliary simulation was carried out to determine the position and orientation of every packing element in the column. This data was then exported into a CAD system to generate desirable geometry, which could further be used for CFD simulations. The results demonstrated that the CFD model of the microreactor could predict the flow pattern well enough and agreed with experiments. The mass transfer model allowed to estimate the mass transfer coefficient. Modeling for the second case showed that the flow in the micromixer and the heat transfer in the tube could be excluded from the larger model which describes the chemical kinetics in the reactor. Results of the third case demonstrated that the auxiliary simulation could successfully generate complex random packing not only for the column but also for other similar cases.

Modeling of Liquid-Solid Flow in Industrial Scale

In the present work, liquid-solid flow in industrial scale is modeled using the commercial software of Computational Fluid Dynamics (CFD) ANSYS Fluent 14.5. In literature, there are few studies on liquid-solid flow in industrial scale, but any information about the particular case with modified geometry cannot be found. The aim of this thesis is to describe the strengths and weaknesses of the multiphase models, when a large-scale application is studied within liquid-solid flow, including the boundary-layer characteristics. The results indicate that the selection of the most appropriate multiphase model depends on the flow regime. Thus, careful estimations of the flow regime are recommended to be done before modeling. The computational tool is developed for this purpose during this thesis. The homogeneous multiphase model is valid only for homogeneous suspension, the discrete phase model (DPM) is recommended for homogeneous and heterogeneous suspension where pipe Froude number is greater than 1.0, while the mixture and Eulerian models are able to predict also flow regimes, where pipe Froude number is smaller than 1.0 and particles tend to settle. With increasing material density ratio and decreasing pipe Froude number, the Eulerian model gives the most accurate results, because it does not include simplifications in Navier-Stokes equations like the other models. In addition, the results indicate that the potential location of erosion in the pipe depends on material density ratio. Possible sedimentation of particles can cause erosion and increase pressure drop as well. In the pipe bend, especially secondary flows, perpendicular to the main flow, affect the location of erosion.

Energy-efficient control strategies for variable speed driven parallel pumping systems based on pump operation point monitoring with frequency converters

The pumping processes requiring wide range of flow are often equipped with parallelconnected centrifugal pumps. In parallel pumping systems, the use of variable speed control allows that the required output for the process can be delivered with a varying number of operated pump units and selected rotational speed references. However, the optimization of the parallel-connected rotational speed controlled pump units often requires adaptive modelling of both parallel pump characteristics and the surrounding system in varying operation conditions. The available information required for the system modelling in typical parallel pumping applications such as waste water treatment and various cooling and water delivery pumping tasks can be limited, and the lack of real-time operation point monitoring often sets limits for accurate energy efficiency optimization. Hence, alternatives for easily implementable control strategies which can be adopted with minimum system data are necessary. This doctoral thesis concentrates on the methods that allow the energy efficient use of variable speed controlled parallel pumps in system scenarios in which the parallel pump units consist of a centrifugal pump, an electric motor, and a frequency converter. Firstly, the suitable operation conditions for variable speed controlled parallel pumps are studied. Secondly, methods for determining the output of each parallel pump unit using characteristic curve-based operation point estimation with frequency converter are discussed. Thirdly, the implementation of the control strategy based on real-time pump operation point estimation and sub-optimization of each parallel pump unit is studied. The findings of the thesis support the idea that the energy efficiency of the pumping can be increased without the installation of new, more efficient components in the systems by simply adopting suitable control strategies. An easily implementable and adaptive control strategy for variable speed controlled parallel pumping systems can be created by utilizing the pump operation point estimation available in modern frequency converters. Hence, additional real-time flow metering, start-up measurements, and detailed system model are unnecessary, and the pumping task can be fulfilled by determining a speed reference for each parallel-pump unit which suggests the energy efficient operation of the pumping system.

Conceptualizing and measuring human anxiety on the Internet

Since the 1990’s, the Internet has played a central role in our daily lives. The Internet is an integral part of our personal, business, family, research, entertainment, academic and social life. However, there are social implications in using the Internet that are dependent on categories such as gender, age, ethnicity and cultural attributes. This social aspect can play a detrimental role in the expression of human anxiety on the Internet. An anxiety is a complex phenomenon that requires further elaboration. Thus, the aim of this thesis is to investigate human anxiety, or specifically, whether Internet anxiety can be conceptualized and measured. This thesis utilizes literature, qualitative and quantitative research methodologies, and a triangulation validation approach to conceptualize and measure the Internet anxiety phenomenon. In particular, the aim is to explore anxiety levels of Internet participants to develop and validate an Internet anxiety scale based on earlier research on Internet anxiety. The results of the dissertation present a two phase study. In Phase I, a smaller set of studies were conducted with a limited sample size. In Phase II, the research topic was investigated using 385 participants. Based on a number of studies or experiments, the state-of-the-art discovered in this thesis is creation, design, and validation of two scales, the Self-Assessment Scale (SAS) and a Modified Internet Anxiety Scale (MIAS) for measuring users’ anxieties on the Internet. The result of this dissertation is a conceptualization and measurement of various types of Internet anxiety and measurement of affective feelings of users on the Internet. As a proof-of-concept of measuring Internet anxiety, this thesis describes the author’s implementation of three sets of tools: MyAnxiety, introducing Internet anxieties types; Intelligentia, for collecting Internet anxieties types; and MyIAControl tool, implemented as a browser plug-in, for measuring affective feelings of users on the Internet. Conclusions drawn from the results show that these empirically validated scales and tools might be useful for researchers and practitioners in understanding and measuring the Internet anxiety phenomenon further.

Bisnesenkelien sijoituskriteerit aikaisen vaiheen yrityksiin

Diplomityössä tutkitaan bisnesenkelien sijoituskriteereitä aikaisen vaiheen yrityksiin. Työn tavoitteena on selvittää, mitkä ovat keskeiset tekijät, jotka vaikuttavat bisnesenkelien sijoituspäätöksiin aikaisen vaiheen yrityksiin. Työssä tarkastellaan myös bisnesenkelien sijoitusaktiivisuutta. Tutkimuksen tuloksena kävi ilmi, että sijoituspäätökseen vaikuttavat merkittävimmät tekijät olivat yrityksen ydintiimi, tuotteen tai palvelun innovatiivisuus, markkinoiden kasvu ja skaalautuvuus sekä markkinoilla oleva kilpailu. Sijoituskriteerien ymmärtäminen on keskeistä aikaisen vaiheen yritysten hakiessa ulkopuolista rahoitusta.

Christlich-religiöse Textwelt als translatorisch-hermeneutischer Gegenstand Gegenstandsbeschreibung und Herangehensweisen

Tämä teorialähtöinen, hermeneuttinen tutkimus sijoittuu käännöstieteen sekä uskonnon- ja kielifilosofian rajapintaan. Tutkimuksessa kuvataan kristinuskon tekstimaailmaa relevantin tulkintakehyksen kautta sekä esitetään tekstimaailman tulkintaan soveltuva lähestymistapa ammattikääntäjän eli välittävän vastaanottajan näkökulmasta. Tutkimus pureutuu käännösprosessin hermeneutiikkaan eli lähdetekstin ja sen maailman tulkintaan, ymmärtämiseen ja selittämiseen liittyviin aspekteihin. Tutkimuksessa ei esitetä käännösratkaisuja. Tutkimus nostaa esiin filosofisen ja teologisen hermeneutiikan peruskysymyksiä. Niitä ovat Raamatun tekstien vaikutushistoria, erilaiset todellisuus- ja kielikäsitykset, kirkon oppi, teologian pääsuuntaukset, uskonnolliset yhteisöt ja niiden perinteet, inhimillinen kulttuuri ja aika. Ne ovat ulottuvuuksia, jotka vaikuttavat kääntäjän tekstin- ja maailmantulkintaan ja vaativat laajojen kontekstien huomioonottamista sekä lähestymistä monista eri näkökulmista. Ludwig Wittgensteinin myöhäisfilosofiaan liittyvän kielipelin idea tarjoaa ajatusmallin, jonka avulla uskonnon käsite-, merkki- ja tekstimaailmalle voidaan luoda moninäkökulmainen tulkintakehys. Kielipelin käsitettä käytetään tässä tutkimuksessa tekstien samankaltaisuutta ja erilaisuutta kokoavana järjestelmänä, joka toimii intratekstuaalisesti eli sillä on omat pelisääntönsä, tulkinnan lähteensä sekä tunnistettava identiteetti. Järjestelmän keskiössä ovat uskonnon konstituioivat käsitteet ja kertomukset, jotka ovat muiden tulkintojen eli metatekstien lähde. Kääntäjän varsinaisina tulkintakohteina ovat metatekstit, eivät raamatunkääntämiseen liittyvät kysymykset suoranaisesti. Tutkimuksessa luodaan kuitenkin tulkintamalli, jonka mukaan metatekstejä ja raamatun tekstejä luetaan rinnakkain. Ymmärtäminen ja ongelmanratkaisu rakentuvat tekstuaalisen kommunikaation pohjalta. Tekstejä luetaan sekä sääntöteorian että narratiivisen teorian valossa. Kertomus puhuttelee vastaanottajaa eri tavalla kuin sääntö. Tulkintamallissa yhdistyvät sekä analyyttinen että luovan mielikuvituksen sallima lukutapa. Molemmat toimivat yhdessä kääntäjän tekstin- merkin- ja maailmantulkinnan apuna. Tutkimuksessa pohditaan myös tekstiteorettisia kysymyksiä, tekstin ja merkin käsitteitä sekä niiden toimintadynamiikkaa. Tulkinnan mekanismi esitetään semioosin käsitteen avulla. Teksti määritellään heuristiseksi ja eksemplaariseksi kuvaukseksi maailmasta, ja se edustaa vain osaa tulkintakokonaisuudesta. Kääntäjän hermeneuttinen kenttä ulotetaan tekstinulkoiseen maailmaan, käytäntöön ja elämänmuotoon.

Building a Roadmap for a Market Intelligence function in a Global B2B company

Tämän diplomityötutkimuksen tarkoituksena on luoda markkinaälyyn (MI) erikoistunut funktio suurelle, globaalisti toimivalle B2B-yritykselle. Tämän päivän muut-tuvilla markkinoilla, teollisuusyrityksen on oltava markkinalähtöinen selviytyäkseen. Markkinatiedon tehokas hyödyntäminen ei pelkästään luo tietoa markkinoista, vaan tuottaa kilpailukykyistä tietoa ja toimii strategisen päätöksenteon tukena pitkällä aikavälillä. Tämä tutkimus on kvalitatiivinen toimintatutkimus, joka sisältää kirjallisuuskat-sauksen, yritystapaustutkimuksen sekä syväanalyysin yrityksen MI-ympäristöstä. Kirjallisuuskatsaus pitää sisällään teoriaa liittyen markkinaälyyn useassa eri kon-tekstissa, asiakassuhteeseen, sekä prosessinmallintamiseen. Empiiriseen osaa seuraa tutkimusmenetelmäkappale, joka sisältää kaksivaiheisen tutkimuksen mukaan lu-kien 20 päällikkötason haastattelua sekä yhden laaja-alaisen työryhmätapaamisen. Työn tuloksena syntyy kolmivaiheinen tiekartta, jonka tarkoitus on toimia pohjana uuden MI-funktion rakentamiselle Case-yrityksessä. Tuloksen mukaan MI-funktio tulisi sijoittaa yrityksen asiakasrajapintaan sekä tukea yksiköiden välistä integraa-tiota. Markkinaälyn jakaminen yrityksen sisällä vaatii käytäntöjen, tarpeiden ja ta-voitteiden systemaattista viestintää eri organisaatiotasoille, jotta yritys voi edelleen saada asiakkaalta tarpeeseen vastaavaa tietoa. Viestintä yrityksen ja asiakkaan välil-lä on oltava molemminpuolista, jotta tulokset voisivat parantaa asiakassuhdetta. Kun asiakassuhde paranee, yritys voi oppia asiakkaalta arvokasta tietoa, markkinaälyä.

Nasopharyngeal colonization by pathogenic bacteria: effect of polymorphisms in innate immune genes of young children

Nasopharyngeal bacteria can asymptomatically colonize the nasopharynx of infants and young children but are also associated with the development of respiratory infections and diseases. Such nasopharyngeal bacteria include Streptococcus pneumoniae, Moraxella catarrhalis, Haemophilus influenzae and Staphylococcus aureus. The host defense against invading pathogens is largely relies germline-encoded pattern recognition receptors (PRR), which are expressed on the cells of innate immunity, and different cytokines. These include toll-like receptors (TLR), mannose-binding lectin (MBL) and different cytokines such as IL-17A. Single nucleotide polymorphisms (SNP) in these receptors and cytokines have been reported. The aim of this study was to investigate genetic polymorphisms in the genes for TLR2, 3 and 4, MBL as well as for IL-17A and their associations with nasopharyngeal pathogenic bacterial colonization during a two-year follow-up. The study revealed that polymorphisms in TLRs, MBL2 and IL17A are associated with the nasopharyngeal bacterial colonization in young children. Healthy young (2.6 months of age) children with variant types of MBL2, TLR2 R753Q or TLR4 D299G had an increased risk to be colonized by S. pneumonia, S. aureus or M. catarrhalis, respectively. Moreover, variant types of MBL2 in healthy children with might facilitate human rhinovirus (HRV)-induced S. pneumoniae colonization at 2.6 months of age. The polymorphism of TLR4 D299G was shown to be associated with M. catarrhalis colonization throughout the whole two-year follow-up (2.6, 13 and 24 months of age) and also with the bacterial load of this pathogen. Also, the polymorphism of IL17A G152A was shown to be associated with increased risk to be colonized by S. pneumoniae at 13 and 24 months of age. Furthermore, the results suggest that IL17A G152A has an effect on production of serum IL-17A already at young age. In conclusion, the results of this study indicate that polymorphisms in the key PRRs and IL17A seem to play an important role to colonization of S. pneumoniae, M. catarrhalis, and S. aureus in healthy young Finnish children. The nasopharyngeal colonization by these pathogenic bacteria may further promote the development of respiratory infections and may be related to development of asthma and allergy in the later life of children. These findings offer a possible explanation why some children have more respiratory infections than other children and provide a rational basis for future studies in this field.

Aamiaiskahvilasta ötökkätarjontaan. Suomen kirjoitetun yleiskielen morfosyntaktisten yhdyssanarakenteiden produktiivisuus

Tämän tutkimuksen kohde on suomen kirjoitetun yleiskielen morfosyntaktisten yhdyssanarakenteiden produktiivisuus. Tutkimuksen tärkein päämäärä on selvittää, kuinka ahkerasti erilaisia suomen kielen suomia mahdollisuuksia käytetään uusien yhdyssanojen muodostuksessa. Käytännöllistä produktiivisuutta kartoittava tutkimus täydentää kielioppien ja sanastonkuvausten antamaa kuvaa kielestä. Tutkimuksen kohteena oleva kielimuoto on kaikille kielenkäyttäjille yhteinen kirjoitettu yleiskieli. Tutkimusaineisto koostuu 28 091 uudesta yhdyssanasta, jotka on kerätty painetun median kielestä vuosina 2000–2009. Aineiston pohjana on Kotimaisten kielten keskuksen Nykysuomen sanastotietokanta, johon poimitaan uusia ja uudella tavalla käytettyjä sanoja ensisijaisesti sanakirjatyön ja kielenhuollon tarpeisiin. Tutkimusaihetta lähestytään useiden yhdyssanan osien muotoa, sanaluokkaa, määrää ja pituutta koskevien alakysymysten kautta. Tutkimus etenee yksittäisten muut-tujien käsittelystä muuttujien keskinäisiä suhteita tarkasteleviin malleihin. Tutkimuksessa käytetään kaksivaiheista metodia: Metodin ensimmäinen askel on uudessa sanastossa havaittujen rakenteiden tyyppifrekvenssin tilastollinen analyysi. Toinen askel on varsinkin matalafrekvenssisten tai tilastollisessa analyysissa muuten poikkeavaksi osoittautuneiden rakenteiden kvalitatiivinen tarkastelu. Metodi on kehitetty tätä tutkimusta varten, sillä aiemmin produktiivisuuden mittaamisessa käytetyt menetelmät eivät sellaisenaan sovi suomen kielen yhdyssanarakenteiden tutkimukseen. Tutkimusmetodien kehittäminen on tutkimuksen keskeinen tavoite. Tutkimus osoittaa, että suomen kielen uudet yhdyssanat ovat rakenteeltaan homogeenisempiä, kuin aiempia kielenkuvauksia lukemalla voisi olettaa. Uusi suomen kielen yhdyssana on todennäköisimmin kahdesta substantiivista yhdistämällä muodostettu substantiivi, jonka alkuosa on nominatiivissa eikä kongruoi jälkiosan kanssa. Ennakko-oletusta huomattavasti yleisempiä ovat myös prefiksinkaltaisella alkuosalla alkavat yhdyssanat. Genetiivialkuiset yhdyssanat puolestaan ovat ennakko-oletusta harvinaisempia. Kaikki kieliopillisesti mahdolliset yhdyssanarakenteet eivät ole lainkaan produktiivisia kielenkäytön tasolla. Tutkimus on luonteeltaan kielen rakennetta kartoittavaa perustutkimusta. Tutkimustulosten tärkeimmät sovellusalat ovat kieliteknologia ja sananmuodostuksen opetus. Tutkimus avaa useita näkökulmia jatkotutkimukselle.

Purchasing Process of Industrial Solutions – Added Value, Difficulties and Good Practices

Purpose of this study is to clarify the industrial solutions purchasing process from purchaser companies’ point of view. Also customer’s view on value generating aspects and difficulties in purchases will be discussed as well as different purchas-ing entities where customers have ended up in their solution purchases. Current solution literature is mainly concentrated in supplier views and customer perspec-tive has been left without adequate attention. However, knowledge of the customer and the identification of customer need are at the core of a successful solution business. The focus of this thesis is on Finnish companies’ solution purchases that have been realized during last five years. Industrial solutions in this case are facto-ries or other large industrial plants. Industrial solutions’ purchasing process will be opened all the way from discovering the need until the start-up of the plant. Of in-terest is the customer experience of the success of the acquisition and the pur-chaser’s view on good practices allowing a successful procurement project.

Flow in porous media of oil-water systems

Fluid flow behaviour in porous media is a conundrum. Therefore, this research is focused on filtration-volumetric characterisation of fractured-carbonate sediments, coupled with their proper simulation. For this reason, at laboratory rock properties such as pore volume, permeability and porosity are measured, later phase permeabilities and oil recovery in function of flow rate are assessed. Furthermore, the rheological properties of three oils are measured and analysed. Finally based on rock and fluid properties, a model using COMSOL Multiphysics is built in order to compare the experimental and simulated results. The rock analyses show linear relation between flow rate and differential pressure, from which phase permeabilities and pressure gradient are determined, eventually the oil recovery under low and high flow rate is established. In addition, the oils reveal thixotropic properties as well as non-Newtonian behaviour described by Bingham model, consequently Carreau viscosity model for the used oil is given. Given these points, the model for oil and water is built in COMSOL Multiphysics, whereupon successfully the reciprocity between experimental and simulated results is analysed and compared. Finally, a two-phase displacement model is elaborated.

Messut enkeli- ja pääomasijoittajien päätöksentekoprosessiin vaikuttavana tekijänä

Työssä tarkastellaan messuja markkinointiviestinnän keinona, kun tavoitteena on löytää rahoittajia start-up -yrityksille. Aineisto tutkimukseen kerättiin haastattelemalla enkeli- ja pääomasijoittajia heidän kokemuksistaan messuja koskien.

Joukkorahoitus rahoitusvaihtoehtona suomalaisille startup-yrityksille

Tutkielmassa tarkastellaan joukkorahoituksen sopivuutta rahoitusvaihtoehtona suomalaisille startup-yrityksille.

Suomalainen yrityshautomo-konsepti Pietarissa pienen ICT-yrityksen näkökulmasta: tapaustutkimus

Tämän Pro -gradu tutkielman tavoitteena on tutkia suomalaisen yrityshautomo-konseptin soveltuvuutta venäläisten ICT-alan start-up-yrittäjien tarpeisiin. Tutkielma on tehty suomalaiselle pörssiyhtiölle, joka laajentaa toimintaansa Venäjälle perustamalla teknologiakeskuksen Pietariin. Kohdeyritys on teettänyt useita selvi-tyksiä Pietarin ICT-sektorista, sen ongelmista ja kehitystarpeista. Sen sijaan käsitystä ei ole siitä, miten haastavaksi yksittäinen yrittäjä kokee liiketoiminta-ympäristön ja mitä tukipalveluita hän liiketoiminnassaan tarvitsee. Tutkimuksen tavoitteena on vastata näihin kysymyksiin sekä peilata saatuja vastauksia kohdeyrityksen Suomessa tarjoamiin hautomopalveluihin. Kirjallisuuskatsauksessa on käyty läpi yrityshautomotoiminnan historiaa ja toiminnan saamia erilaisia muotoja. Lisäksi on perehdytty tutkimuksiin hautomotoimin-nan vaikuttavuudesta ja kriittisistä menestystekijöistä. Tutkimus on lähestymistavaltaan laadullinen case-tutkimus. Käytännössä työ to-teutettiin kyselytutkimuksena haastattelemalla kymmentä pietarilaista, pienen ICT-alan yrityksen johtajaa. Haastatteluiden perusteella kohdeyrityksen hautomokonseptia ei ole mahdollista siirtää suoraviivaisesti venäläiseen toimintaympäristöön. Kulttuurierot maiden välillä ovat merkittävät, eikä niitä ole lyhyellä tai keskipitkällä aikavälillä mahdollista poistaa. Etenkin yleinen luottamuksen puute vaikeuttaa konseptin implementointia. Alkavien ICT-yritysten haasteet ovat pitkälti samoja rajan kummallakin puolen. Rahoituksen puute ja ongelmat myynti- ja markkinointiosaamisessa tulivat haas-tatteluissa vahvasti esille. Liiketoimintaosaamisessa on paljon parannettavaa. Ensimmäisiä toteutettavaksi suositeltuja palveluita ovat siten yrittäjävalmennus ja myynnin ja markkinoinnin työpaja. Lopuksi voi todeta, että useille kohdeyrityksen tarjoamille yksittäisille palveluille on selkeä tarve. Siihen, mitä käytännössä on mahdollista ja/tai kannattavaa toteuttaa, ei oteta tässä tutkimuksessa kantaa.

Scaling analysis of small break experiments in PACTEL

The purpose of this thesis is to study the scalability of small break LOCA experiments. The study is performed on the experimental data, as well as on the results of thermal hydraulic computation performed on TRACE code. The SBLOCA experiments were performed on PACTEL facility situated at LUT. The temporal scaling of the results was done by relating the total coolant mass in the system with the initial break mass flow and using the quotient to scale the experiment time. The results showed many similarities in the behaviour of pressure and break mass flow between the experiments.