Methods and Models for Accelerating Dynamic Simulation of Fluid Power Circuits

The objective of this dissertation is to improve the dynamic simulation of fluid power circuits. A fluid power circuit is a typical way to implement power transmission in mobile working machines, e.g. cranes, excavators etc. Dynamic simulation is an essential tool in developing controllability and energy-efficient solutions for mobile machines. Efficient dynamic simulation is the basic requirement for the real-time simulation. In the real-time simulation of fluid power circuits there exist numerical problems due to the software and methods used for modelling and integration. A simulation model of a fluid power circuit is typically created using differential and algebraic equations. Efficient numerical methods are required since differential equations must be solved in real time. Unfortunately, simulation software packages offer only a limited selection of numerical solvers. Numerical problems cause noise to the results, which in many cases leads the simulation run to fail. Mathematically the fluid power circuit models are stiff systems of ordinary differential equations. Numerical solution of the stiff systems can be improved by two alternative approaches. The first is to develop numerical solvers suitable for solving stiff systems. The second is to decrease the model stiffness itself by introducing models and algorithms that either decrease the highest eigenvalues or neglect them by introducing steady-state solutions of the stiff parts of the models. The thesis proposes novel methods using the latter approach. The study aims to develop practical methods usable in dynamic simulation of fluid power circuits using explicit fixed-step integration algorithms. In this thesis, twomechanisms whichmake the systemstiff are studied. These are the pressure drop approaching zero in the turbulent orifice model and the volume approaching zero in the equation of pressure build-up. These are the critical areas to which alternative methods for modelling and numerical simulation are proposed. Generally, in hydraulic power transmission systems the orifice flow is clearly in the turbulent area. The flow becomes laminar as the pressure drop over the orifice approaches zero only in rare situations. These are e.g. when a valve is closed, or an actuator is driven against an end stopper, or external force makes actuator to switch its direction during operation. This means that in terms of accuracy, the description of laminar flow is not necessary. But, unfortunately, when a purely turbulent description of the orifice is used, numerical problems occur when the pressure drop comes close to zero since the first derivative of flow with respect to the pressure drop approaches infinity when the pressure drop approaches zero. Furthermore, the second derivative becomes discontinuous, which causes numerical noise and an infinitely small integration step when a variable step integrator is used. A numerically efficient model for the orifice flow is proposed using a cubic spline function to describe the flow in the laminar and transition areas. Parameters for the cubic spline function are selected such that its first derivative is equal to the first derivative of the pure turbulent orifice flow model in the boundary condition. In the dynamic simulation of fluid power circuits, a tradeoff exists between accuracy and calculation speed. This investigation is made for the two-regime flow orifice model. Especially inside of many types of valves, as well as between them, there exist very small volumes. The integration of pressures in small fluid volumes causes numerical problems in fluid power circuit simulation. Particularly in realtime simulation, these numerical problems are a great weakness. The system stiffness approaches infinity as the fluid volume approaches zero. If fixed step explicit algorithms for solving ordinary differential equations (ODE) are used, the system stability would easily be lost when integrating pressures in small volumes. To solve the problem caused by small fluid volumes, a pseudo-dynamic solver is proposed. Instead of integration of the pressure in a small volume, the pressure is solved as a steady-state pressure created in a separate cascade loop by numerical integration. The hydraulic capacitance V/Be of the parts of the circuit whose pressures are solved by the pseudo-dynamic method should be orders of magnitude smaller than that of those partswhose pressures are integrated. The key advantage of this novel method is that the numerical problems caused by the small volumes are completely avoided. Also, the method is freely applicable regardless of the integration routine applied. The superiority of both above-mentioned methods is that they are suited for use together with the semi-empirical modelling method which necessarily does not require any geometrical data of the valves and actuators to be modelled. In this modelling method, most of the needed component information can be taken from the manufacturer’s nominal graphs. This thesis introduces the methods and shows several numerical examples to demonstrate how the proposed methods improve the dynamic simulation of various hydraulic circuits.

Effect of dietary crude protein and energy content on nitrogen utilisation, water intake and urinary output in growing pigs

Selostus: Rehun valkuais- ja energiapitoisuuden vaikutus sikojen typen hyväksikäyttöön, veden kulutukseen ja virtsan eritykseen

Effects of restricted methionine and energy intake on egg weight and shell quality

Selostus: Metioniinin ja energian saannin rajoittamisen vaikutukset kananmunan painoon ja laatuun

Estimated metabolizable energy yields of perennial and annual grass swards compared with those of spring barley and oat

Selostus: Yksi- ja monivuotisen nurmen, ohran sekä kauran muuntokelpoisen energian sadot märehtijän rehutuksessa lajikekokeiden tuloksista estimoituina

Distributed Energy Production in the North-West Region of Russia

The energy system of Russia is the world's fourth largest measured by installed power. The largest are that of the the United States of America, China and Japan. After 1990, the electricity consumption decreased as a result of the Russian industry crisis. The vivid economic growth during the latest few years explains the new increase in the demand for energy resources within the State. In 2005 the consumption of electricity achieved the maximum level of 1990 and continues to growth. In the 1980's, the renewal of power facilities was already very slow and practically stopped in the 1990's. At present, the energy system can be very much characterized as outdated, inefficient and uneconomic because of the old equipment, non-effective structure and large losses in the transmission lines. The aim of Russia's energy reform, which was started in 2001, is to achieve a market based energy policy by 2011. This would thus remove the significantly state-controlled monopoly in Russia's energy policy. The reform will stimulateto decrease losses, improve the energy system and employ energy-saving technologies. The Russian energy system today is still based on the use of fossil fuels, and it almost totally ignores the efficient use of renewable sources such as wind, solar, small hydro and biomass, despite of their significant resources in Russia. The main target of this project is to consider opportunities to apply renewable energy production in the North-West Federal Region of Russia to partly solve the above mentioned problems in the energy system.

Optimization of energy consumption in wastewater pumping

Pumppauksessa arvioidaan olevan niin teknisesti kuin taloudellisestikin huomattavia mahdollisuuksia säästää energiaa. Maailmanlaajuisesti pumppaus kuluttaa lähes 22 % sähkö-moottorien energiantarpeesta. Tietyillä teollisuudenaloilla jopa yli 50 % moottorien käyttämästä sähköenergiasta voi kulua pumppaukseen. Jäteveden pumppauksessa pumppujen toiminta perustuu tyypillisesti on-off käyntiin, jolloin pumpun ollessa päällä se käy täydellä teholla. Monissa tapauksissa pumput ovat myös ylimitoitettuja. Yhdessä nämä seikat johtavat kasvaneeseen energian kulutukseen. Työn teoriaosassa esitellään perusteet jätevesihuollosta ja jäteveden käsittelystä sekä pumppaussysteemin pääkomponentit: pumppu, putkisto, moottori ja taajuusmuuttaja. Työn empiirisessä osassa esitellään työn aikana kehitetty laskuri, jonka avulla voidaan arvioida energiansäästöpotentiaalia jäteveden pumppaussysteemeissä. Laskurilla on mandollista laskea energiansäästöpotentiaali käytettäessä pumpun tuoton ohjaustapana pyörimisnopeuden säätöä taajuusmuuttajalla on-off säädön sijasta. Laskuri ilmoittaa optimaalisimmanpumpun pyörimisnopeuden sekä ominaisenergiankulutuksen. Perustuen laskuriin, kolme kunnallista jätevedenpumppaamoa tutkittiin. Myös laboratorio-testitsuoritettiin laskurin simuloimiseksi sekä energiansäästöpotentiaalin arvioimiseksi. Tutkimukset osoittavat, että jätevedenpumppauksessa on huomattavia mandollisuuksia säästää energiaa pumpun pyörimisnopeutta pienentämällä. Geodeettisen nostokorkeuden ollessa pieni, voidaan energiaa säästää jopa 50 % ja pitkällä aikavälillä säästö voi olla merkittävä. Tulokset vahvistavat myös tarpeen jätevedenpumppaussysteemien toiminnan optimoimiseksi.

Strategic groupsin the European energy industry

Strategisten ryhmien teoria tarjoaa mahdollisuuden keskitason analyysiin yritysten ja toimialan välillä yritysten kilpailullisen aseman tarkasteluun. Strategiset ryhmät ovat samalla toimialalla toimivia yrityksiä, joilla on samanlaiset strategiset ominaisuudet, jotka kilpailevat samanlaisilla perusteilla tai jotka toteuttavat samanlaista strategiaa. Tässä tutkimuksessa strategisten ryhmien teoriaa on käytetty eurooppalaisten energiayritysten ryhmittelyyn. Tutkimuksessa oli mukana 104 energia-alan yritystä, jotka jaettiin viiteen strategiseen pääryhmään yritysten maantieteellisen toiminta-alueen ja koon mukaan. Jokainen ryhmä edustaa erilaista strategiaa. Muita strategisia ominaisuuksia, joita ovat diversifikaatioaste, tuotantoteknologia ja omistusmuoto, käytettiin muodostamaan alaryhmiä edellisistä pääryhmistä. Muodostettuja strategisia ryhmiä käytettiin seuraavaksi suoristuskykyerojen tutkimiseen ryhmien välillä. Suorituskykyä kuvaaviksi muuttujiksi valittiin liikevoitto-%, koko pääoman tuottoaste, vakavaraisuus-% ja current ratio. Tulokset osoittavat, että energiayritykset voidaan jakaa ryhmiin valittujen strategisten ominaisuuksien perusteella. Nämä yritysten strategiset valinnat eivät vaikuta merkittävästi yritysten taloudelliseen suorituskykyyn valittujen suorituskykymuuttujien osalta. Monikansalliset jättiläisyritykset ovat suorituskyvyltään heikoimpia ja eurooppalaiset suuryritykset parhaita ryhmiä, mutta erot eivät ole tilastollisesti merkittäviä. Ainut merkittävä ero suorituskykymuuttujissa oli vakavaraisuudessa monikansallisten ja eurooppalaisten suurten yritysten välillä. Muut suorituskykymuuttujat eivät eronneet ryhmien välillä tilastollisesti merkittävästi. Tilastollisesti merkittäviä eroja ei löydetty myöskään alaryhmien välillä.

Building Strong Brands with Sponsorship: Case Battery Energy Drink

Tutkimuksen päätavoitteena oli ymmärtää vahvojen brändien ja brändipääoman rakentamisprosessia, painottaen erityisesti sponsoroinnin roolia tässä prosessissa. Tutkimus suoritettiin laadullisena tutkimuksena, jossa käytettiintapaustutkimusmenetelmää. Tutkimuksen aineisto kerättiin suurimmista online artikkelitietokannoista sekä kolmesta henkilökohtaisesta haastattelusta case-yrityksen edustajien kanssa. Tutkimuksen teoreettisen perustan muodosti brändipääoma-käsite ja sen osa-alueet, näiden liittyminen vahvoihin brändeihin ja brändien rakentamiseen, sekä sponsoroinnin strateginen käyttö brändien rakentamisessa. Lisäksi tutkimuksen empiirinen perusta arvio ja testasi näitä oletuksia ja aikaisemmin käsiteltyjä teorioita case-brändi Battery energiajuoman valossa. Tutkimus osoitti, että nykypäivänä kovan kilpailun markkinointiympäristössä, sponsorointi edustaa vaihtoehtoista tapaa rakentaa vahvoja, omalaatuisia ja suotuisia brändejä, joilla on korkea brändipääoma. Sponsoroinnista on tullut yhä tärkeämpi kommunikointiväline brändien rakentamisessa ja erityisesti siellä missä perinteiset menetelmät ovat muuttumassa tehottomiksi. Empiirisessä osassa selvisi, että sponsorointia on käytetty menestyksekkäästi strategisena keinona vahvan ja omalaatuisen Battery brändin ja sen korkean brändipääoman rakentamisessa.