Drag force and frictional resistances in vertically vibrated dense granular media

The objective of this thesis is to shed light on the vertical vibration of granular materials for potential interest in the power generation industry. The main focus is investigating the drag force and frictional resistance that influence the movement of a granular material (in the form of glass beads) contained in a vessel, which is subjected to sinusoidal oscillation. The thesis is divided into three parts: theoretical analysis, experiments and computer simulations. The theoretical part of this study presents the underlying physical phenomena of the vibration of granular materials. Experiments are designed to determine fundamental parameters that contribute to the behavior of vibrating granular media. Numerical simulations include the use of three different software applications: FLUENT, LS-DYNA and ANSYS Workbench. The goal of these simulations is to test theoretical and semiempirical models for granular materials in order to validate their compatibility with the experimental findings, to assist in predicting their behavior, and to estimate quantities that are hard to measure in laboratory.

Svenskan i Finland. Syntaktiska drag i ett jämförande perspektiv

Slutrapport

Rajat ylittäviä drag kingejä ja kurittomia dildolesboja : katsaus aikamme ruotsalaiseen queer-elokuvaan

Artikkeli on ilmestynyt alunperin nimellä: Transgressive Drag Kings, Defying Dildoed Dykes: A Look at Contemporary Swedish Queer Film, teoksessa Robin Griffiths (ed.): Queer Cinema in Europe. Bristol: Intellect, 2008. Suomennos Tanja Sihvonen.

Analysis and validation of space averaged drag model for numerical simulations of gas-solid flows in fluidized beds

This thesis presents an approach for formulating and validating a space averaged drag model for coarse mesh simulations of gas-solid flows in fluidized beds using the two-fluid model. Proper modeling for fluid dynamics is central in understanding any industrial multiphase flow. The gas-solid flows in fluidized beds are heterogeneous and usually simulated with the Eulerian description of phases. Such a description requires the usage of fine meshes and small time steps for the proper prediction of its hydrodynamics. Such constraint on the mesh and time step size results in a large number of control volumes and long computational times which are unaffordable for simulations of large scale fluidized beds. If proper closure models are not included, coarse mesh simulations for fluidized beds do not give reasonable results. The coarse mesh simulation fails to resolve the mesoscale structures and results in uniform solids concentration profiles. For a circulating fluidized bed riser, such predicted profiles result in a higher drag force between the gas and solid phase and also overestimated solids mass flux at the outlet. Thus, there is a need to formulate the closure correlations which can accurately predict the hydrodynamics using coarse meshes. This thesis uses the space averaging modeling approach in the formulation of closure models for coarse mesh simulations of the gas-solid flow in fluidized beds using Geldart group B particles. In the analysis of formulating the closure correlation for space averaged drag model, the main parameters for the modeling were found to be the averaging size, solid volume fraction, and distance from the wall. The closure model for the gas-solid drag force was formulated and validated for coarse mesh simulations of the riser, which showed the verification of this modeling approach. Coarse mesh simulations using the corrected drag model resulted in lowered values of solids mass flux. Such an approach is a promising tool in the formulation of appropriate closure models which can be used in coarse mesh simulations of large scale fluidized beds.

Stabilitet säkerhet skönhet snabbhet äro utmärkande drag för den nya Stutz bilen

kuv., 15 x 23 cm

Data collection and criticality analysis for cost effective maintenance during the life cycle of a flue gas line

Työn tarkoituksena oli kerätä käyttövarmuustietoa savukaasulinjasta kahdelta suomalaiselta sellutehtaalta niiden käyttöönotosta aina tähän päivään asti. Käyttövarmuustieto koostuu luotettavuustiedoista sekä kunnossapitotiedoista. Kerätyn tiedon avulla on mahdollista kuvata tarkasti laitoksen käyttövarmuutta seuraavilla tunnusluvuilla: suunnittelemattomien häiriöiden lukumäärä ja korjausajat, laitteiden seisokkiaika, vikojen todennäköisyys ja korjaavan kunnossapidon kustannukset suhteessa savukaasulinjan korjaavan kunnossapidon kokonaiskustannuksiin. Käyttövarmuustiedon keräysmetodi on esitelty. Savukaasulinjan kriittisten laitteiden määrittelyyn käytetty metodi on yhdistelmä kyselytutkimuksesta ja muunnellusta vian vaikutus- ja kriittisyysanalyysistä. Laitteiden valitsemiskriteerit lopulliseen kriittisyysanalyysiin päätettiin käyttövarmuustietojen sekä kyselytutkimuksen perusteella. Kriittisten laitteiden määrittämisen tarkoitus on löytää savukaasulinjasta ne laitteet, joiden odottamaton vikaantuminen aiheuttaa vakavimmat seuraukset savukaasulinjan luotettavuuteen, tuotantoon, turvallisuuteen, päästöihin ja kustannuksiin. Tiedon avulla rajoitetut kunnossapidon resurssit voidaan suunnata oikein. Kriittisten laitteiden määrittämisen tuloksena todetaan, että kolme kriittisintä laitetta savukaasulinjassa ovat molemmille sellutehtaille yhteisesti: savukaasupuhaltimet, laahakuljettimet sekä ketjukuljettimet. Käyttövarmuustieto osoittaa, että laitteiden luotettavuus on tehdaskohtaista, mutta periaatteessa samat päälinjat voidaan nähdä suunnittelemattomien vikojen todennäköisyyttä esittävissä kuvissa. Kustannukset, jotka esitetään laitteen suunnittelemattomien kunnossapitokustannusten suhteena savukaasulinjan kokonaiskustannuksiin, noudattelevat hyvin pitkälle luotettavuuskäyrää, joka on laskettu laitteen seisokkiajan suhteena käyttötunteihin. Käyttövarmuustiedon keräys yhdistettynä kriittisten laitteiden määrittämiseen mahdollistavat ennakoivan kunnossapidon oikean kohdistamisen ja ajoittamisen laitteiston elinaikana siten, että luotettavuus- ja kustannustehokkuusvaatimukset saavutetaan.

Toms-ilmiön vaikutuksen mallinnus turbulenssivirtauksessa

Diplomityön tavoitteena oli laatia putkivirtaukselle laskentamalli, joka huomioi turbulenssin vaimentamiseen käytetyn lisäaineen vaikutuksen. Kirjallisuusosassa käsitellään turbulenssiin ja putkiston painehäviön laskentaan liittyviä asioita. Lisäksi käydään läpi virtausvastusta alentavien aineiden (DRA-aineiden) ominaisuuksia, vaikutusmekanismia ja niiden vaikutusta virtausominaisuuksiin sekä laskentamalleihin. Kokeellisessa osassa laadittiin kaksi Excel-pohjaista laskentamallia, joilla huomioitiin lisäaineen vaikutus putkiston virtausmäärien parantumiseen ja painehäviöihin. Malli I laskee ensin virtausvastuksen alenemisen (DR-efektin) annetuista lähtötiedoista. DR-efektien perusteella saadaan laskettua putkiston painehäviötiedot. Malli II laskee ensin virtausvastuskertoimet ilman DRA-ainetta ja DRA-aineen kanssa. Tämän jälkeen malli II laskee DR-efektin. Mallien vaatimat lähtötiedot koostuvat virtausmääristä, fluidin ominaisuuksista, polymeerin ominaisuuksista, lisäaineen annostelutiedoista ja putkiston tiedoista.

Huulisuihkun homogeenisuuden vaikutus paperin rakenneominaisuuksiin

Työssä verrattiin perälaatikoilla 1 ja 2 valmistettujen papereiden rakenteellisia ominaisuuksia. Paperin rakenteessa formaatio oli tärkein ominaisuus ja sen jälkeen kuituorientaatio. Näytteiden valintaperusteena pidettiin sitä, että vertailtavilla näytteillä formaatio (pohja) oli paras kyseisellä perälaatikolla ja vetolujuussuhteet olivat samoja. Toinen valintatapa oli verrata samoissa virtausolosuhteissa valmistettuja papereita keskenään. Näytteiden formaatio mitattiin betaradiografialla. Fosforikuvalevystä skannattu kuva analysoitiin kuva-analyysillä. Mittauksen etuna oli suuri erottelukyky, joka mahdollisti monipuolisen tunnuslukujen laskennan. Näistä esimerkkeinä olivat keskihajonta, vinous ja huipukkuus. Lisäksi määritettiin flokkikokojakaumat sekä kone- että poikkisuuntaan. Kuituorientaation määrityksessä paperinäyte revittiin kerroksiin, kerrokset skannattiin ja kuvat analysoitiin kuvankäsittelyohjelmilla. Juova- ja kuituorientaatioanalyysissä määritettiin orientaatiokulma, max/min-arvo ja anisotropia. Virtaviiva-analyysin tunnusluku oli pyörrekoko. Käytettäessä tunnuslukuna variaatiokerrointa formaatio oli parempi perälaatikolla 1 ali- ja yliperällä. Tasaperän läheisyydessä formaatio oli huonompi. Keskihajonta oli pienempi perälaatikolla 1, mutta erot perälaatikoiden välillä tasaantuivat lähellä tasaperää. Flokkikoko oli koko s/v-alueella hieman suurempi perälaatikolla 1. Virtaviiva-analyysin avulla saatiin selville, että perälaatikolla 1 valmistettujen papereiden paikallinen orientaatiovaihtelu ja pintojen toispuoleisuus oli lievempää kuin perälaatikolla 2.

Äitiys kulttuurisina odotuksina

Tutkimuksen kohteena ovat äitiydelle tuotetut kulttuuriset odotukset, joita tarkastellaan kahdella yhteiskunnallisella keskustelufoorumilla. Tutkimuksessa tarkastellaan yhtäältä lastensuojelun perhetyössä toimivien ammattilaisten ja toisaalta median puhetta äitiydestä. Tutkimuksen tavoitteena on tehdä näkyväksi vaihtoehtoisia tapoja konstruoida äitiyttä hyvänä tai riittämättömänä sekä haastaa pohtimaan erilaisten tulkintojen perusteita ja seurauksia lastensuojelutyössä. Kulttuuriset, äitiyttä koskevat odotukset vaikuttavat myös siihen, miten äitiys henkilökohtaisella tasolla koetaan. Äitiyden kulttuurista määrittelyä analysoidaan kahdesta tekstiaineistosta. Yhtenä aineistona ovat Stakesissa vuonna 1999 toteutetun Perhetyöprojektin yhteydessä kerätyt, lastensuojelussa toimivien perhetyöammattilaisten ryhmäkeskustelut. Toisena aineistona on projektin ajankohtana ilmestyneistä suomalaisista naisten- ja perhelehdistä (Kotiliesi, Anna, Kaksplus) kerätyt äitien haastattelut. Tutkimuksessa kysytään 1) Mihin ammattilaisten äitejä koskeva huolipuhe kiinnittyy ja millaisia kulttuurisia äitiyden odotuksia se konstruoi? 2) Millaisia äitiyden odotuksia median äitihaastattelut konstruoivat? 3) Millaisen äitiyden odotushorisontin nämä puhekäytännöt yhdessä tuottavat? Analyysin teoreettis-metodologisina kulmakivinä ovat sosiaalinen konstruktionismi ja feministinen tietokäsitys. Analyysimenetelmänä on laadullinen, aineistojen ehdoilla etenevä, feministisesti ja kriittisesti sävyttynyt lukutapa, joka hyödyntää teemoittelun, diskurssianalyysin ja feministisen metodologian ideoita ja käsitteitä. Analysoitavana olevissa keskusteluissa äitiyttä konstruoidaan lapsen tarpeiden (ammattilaiset) ja naisen tarpeiden (media) näkökulmista. Ammattilaiset puhuvat tilanteista, joissa äitien toiminta rikkoo kulttuurista hyvän äidin kuvaa, vaarantaa lapsen hyvinvointia ja äitiyteen joudutaan puuttumaan ammatillisesti. Ammattilaisten tulkinnat kuvaavat taitavaa lapsen edun näkökulmasta tehtyä arviointia, jonka kiintopisteenä ovat äidit yksilöllisine ominaisuuksineen ja piirteineen. Ammatillisen huolipuheen keskiössä ovat äidin vuorovaikutussuhteet sekä äidin tunteet, käyttäytyminen ja asenteet. Riittävää äitiyttä konstruoi kodin luominen, kiintymyssuhteen rakentaminen ja lapsen ensisijaiseksi asettaminen. Sen sijaan vaikuttaa siltä, ettei äitiyden arviointia juurikaan tehdä suhteessa äidin muihin identiteetteihin tai äitiyden toteuttamisen kontekstiin. Paikoin ammattilaisten tulkinnat heijastavat myös stereotyyppisiä ja idealistisia odotuksia, joita vasten äitiyttä arvioidaan. Tällaiset piirteet voivat kertoa siitä, että äitien avuntarpeet jäävät lastensuojelutyössä kohtaamatta ja ymmärtämättä. Mediapuhe äitiydestä käydään naiseuden ja äitiyden mallien antamisen kontekstissa. Puheen keskiössä ovat mediajulkisuuteen päässeiden naisten äidiksi tuloon ja äitiyden toteuttamiseen liittyvät valinnat ja käyttäytyminen. Mediapuhe on puhetta kulttuuristen ja ammatillisten äitiyden odotusten rikkomisesta, uudelleen tulkinnasta ja niiden muovaamisesta itselle sopiviksi. Mediapuheessa hyvää äitiyttä konstruoi äidin itsenäisyys ja oma aika, sosiaalisen elämän rikkaus, ammatillinen identiteetti ja persoonalliset valinnat. Aineistojen kautta rakentuu moninaisten ja ristiriitaisten, äitejä eri suuntaan vetävien kulttuuristen odotusten kirjo. Odotukset jäsentyvät neljälle ulottuvuudelle: 1) lapselle omistautuva – itseään toteuttava, 2) emotionaalinen side – rationaalinen tehtävä, 3) odotuksia toteuttava – omaehtoinen, 4) itsenäinen - äitiyttä jakava. Äitiyden toteuttaminen kulttuurisesti ”oikein” on näiden odotusten välissä tasapainoilua. Ulottuvuuksien kautta esille tulevat kaksoisviestit voivat heikentää äitien itsetuntoa, tuottaa riittämättömyyden tunteita tai yllyttää suorittamaan äitiyttä. Myös äitiyden ammatillinen tukeminen edellyttää tasapainoilua, jottei äitejä idealisoida tai syyllistetä kulttuurisia odotuksia vasten.

Process intensification: From optimised flow patterns to microprocess technology

This thesis is focused on process intensification. Several significant problems and applications of this theme are covered. Process intensification is nowadays one of the most popular trends in chemical engineering and attempts have been made to develop a general, systematic methodology for intensification. This seems, however, to be very difficult, because intensified processes are often based on creativity and novel ideas. Monolith reactors and microreactors are successful examples of process intensification. They are usually multichannel devices in which a proper feed technique is important for creating even fluid distribution into the channels. Two different feed techniques were tested for monoliths. In the first technique a shower method was implemented by means of perforated plates. The second technique was a dispersion method using static mixers. Both techniques offered stable operation and uniform fluid distribution. The dispersion method enabled a wider operational range in terms of liquid superficial velocity. Using dispersion method, a volumetric gas-liquid mass transfer coefficient of 2 s-1 was reached. Flow patterns play a significant role in terms of the mixing performance of micromixers. Although the geometry of a T-mixer is simple, channel configurations and dimensions had a clear effect on mixing efficiency. The flow in the microchannel was laminar, but the formation of vortices promoted mixing in micro T-mixers. The generation of vortices was dependent on the channel dimensions, configurations and flow rate. Microreactors offer a high ratio of surface area to volume. Surface forces and interactions between fluids and surfaces are, therefore, often dominant factors. In certain cases, the interactions can be effectively utilised. Different wetting properties of solid materials (PTFE and stainless steel) were applied in the separation of immiscible liquid phases. A micro-scale plate coalescer with hydrophilic and hydrophobic surfaces was used for the continuous separation of organic and aqueous phases. Complete phase separation occurred in less than 20 seconds, whereas the separation time by settling exceeded 30 min. Fluid flows can be also intensified in suitable conditions. By adding certain additives into turbulent fluid flow, it was possible to reduce friction (drag) by 40 %. Drag reduction decreases frictional pressure drop in pipelines which leads to remarkable energy savings and decreases the size or number of pumping facilities required, e.g., in oil transport pipes. Process intensification enables operation often under more optimal conditions. The consequent cost savings from reduced use of raw materials and reduced waste lead to greater economic benefits in processing.