Numerical Modelling of Combustion and Emission Formation in a Diesel Engine with Different Fuel Injection Characteristics

Päästöjen vähentäminen on ollut viime vuosina tärkeässä osassa polttomoottoreita kehitettäessä.Monet viralliset tahot asettavat uusia tiukempia päästörajoituksia. Päästörajatovat tyypillisesti olleet tiukimmat autoteollisuuden valmistamille pienille nopeakäyntisille diesel-moottoreille, mutta viime aikoina paineita on kohdistunut myös suurempiin keskinopeisiin ja hidaskäyntisiin diesel-moottoreihin. Päästörajat ovat erilaisia riippuen moottorin tyypistä, käytetystä polttoaineesta ja paikasta missä moottoria käytetään johtuen erilaisista paikallisista laeista ja asetuksista. Eniten huomiota diesel-moottorin päästöissä täytyy kohdistaa typen oksideihin, savun muodostukseen sekä partikkeleihin. Laskennallisen virtausmekaniikan (CFD) avulla on hyvät mahdollisuudet tutkia diesel-moottorin sylinterissä tapahtuvia ilmiöitä palamisen aikana. CFD on hyödyllinen työkalu arvioitaessa moottorin suorituskykyä ja päästöjen muodostumista. CFD:llä on mahdollista testata erilaisten parametrien ja geometrioiden vaikutusta ilman kalliita moottorinkoeajoja. CFD:tä voidaan käyttää myös opetustarkoituksessa lisäämään paloprosessin tuntemusta. Tulevaisuudessa palamissimuloinnit CFD:llä tulevat epäilemättä olemaan tärkeä osa moottorin kehityksessä. Tässä diplomityössä on tehty palamissimuloinnit kahteen erilaisilla poittoaineenruiskutuslaitteistoilla varustettuun Wärtsilän keskinopeaan diesel-moottoriin. W46 moottorin ruiskutuslaitteisto on perinteinen mekaanisesti ohjattu pumppusuutin ja W46-CR moottorissa on elektronisesti ohjattu 'common rail' ruiskutuslaitteisto. Näiden moottorien ja käytössä olevien ruiskutusprofiilien lisäksi on simuloinneilla testattu erilaisia uusia ruiskutusprofiileja, jotta erityyppisten profiilien hyvät ja huonot ominaisuudet tulisivat selville. Matalalla kuormalla kiinnostuksen kohteena on nokipäästöjen muodostus ja täydellä kuormalla NOx-päästöjen muodostus ja polttoaineen kulutus. Simulointien tulokset osoittivat, että noen muodostusta matalalla kuormalla voidaan selvästi vähentää monivaiheisella ruiskutuksella, jossa yksi ruiskutusjakso jaetaan kahteen tai useampaan jaksoon. Erityisen tehokas noen vähentämisessä vaikuttaa olevan ns. jälkiruiskutus (post injection). Matalat NOx-päästöt ja hyvä polttoaineen kulutus täydellä kuormalla on mahdollista saavuttaaasteittain nostettavalla ruiskutusnopeudella.

Imaging of Tumour Microenvironment for the Planning of Oncological Therapies Using Positron Emission Tomography

Tumour cells differ from normal tissue cells in several important ways. These differences, like for example changed energy metabolism, result in altered microenvironment of malignant tumours. Non-invasive imaging of tumour microenvironment has been at the centre of intense research recently due to the important role that this changed environement plays in the development of malignant tumours and due to the role it plays in the treatment of these tumours. In this respect, perhaps the most important characteristics of the tumour microenvironment from this point of view are the lack of oxygen or hypoxia and changes in blood flow (BF). The purpose of this thesis was to investigate the processes of energy metabolism, BF and oxygenation in head and neck cancer and pancreatic tumours and to explore the possibilities of improving the methods for their quantification using positron emission tomography (PET). To this end [18F]EF5, a new PET tracer for detection of tumour hypoxia was investigated. Favourable uptake properties of the tracer were observed. In addition, it was established that the uptake of this tracer does not correlate with the uptake of existing tracers for the imaging of energy metabolism and BF, so the information about the presence of tissue hypoxia cannot therefore be obtained using tracers such as [18F]FDG or [15O]H2O. These results were complemented by the results of the follow-up study in which it was shown that the uptake of [18F]EF5 in head and neck tumours prior to treatment is also associated with the overall survival of the patients, indicating that tumour hypoxia is a negative prognostic factor and might be associated with therapeutic resistance. The influences of energy metabolism and BF on the survival of patients with pancreatic cancer were investigated in the second study. The results indicate that the best predictor of survival of patients with pancreatic cancer is the relationship between energy metabolism and BF. These results suggest that the cells with high metabolic activity in a hypoperfused tissue have the most aggressive phenotype.

Differentiation of Metabolically Distinct Areas within Head and Neck Region using Dynamic 18F-FDG Positron Emission Tomography Imaging

Positron Emission Tomography (PET) using ¹⁸F-FDG is playing a vital role in the diagnosis and treatment planning of cancer. However, the most widely used radiotracer, ¹⁸F-FDG, is not specific for tumours and can also accumulate in inflammatory lesions as well as normal physiologically active tissues making diagnosis and treatment planning complicated for the physicians. Malignant, inflammatory and normal tissues are known to have different pathways for glucose metabolism which could possibly be evident from different characteristics of the time activity curves from a dynamic PET acquisition protocol. Therefore, we aimed to develop new image analysis methods, for PET scans of the head and neck region, which could differentiate between inflammation, tumour and normal tissues using this functional information within these radiotracer uptake areas. We developed different dynamic features from the time activity curves of voxels in these areas and compared them with the widely used static parameter, SUV, using Gaussian Mixture Model algorithm as well as K-means algorithm in order to assess their effectiveness in discriminating metabolically different areas. Moreover, we also correlated dynamic features with other clinical metrics obtained independently of PET imaging. The results show that some of the developed features can prove to be useful in differentiating tumour tissues from inflammatory regions and some dynamic features also provide positive correlations with clinical metrics. If these proposed methods are further explored then they can prove to be useful in reducing false positive tumour detections and developing real world applications for tumour diagnosis and contouring.

Effect of soil wetness on air composition and nitrous oxide emission in a loam soil

Selostus: Maan märkyyden vaikutus ilman koostumukseen ja dityppioksidiemissioon hiuemaassa

Yields, plant characteristics, total N and fibre composition of timothy cultivars grown at two latitudes

Selostus: Timoteilajikkeiden sadot, kasvuominaisuudet sekä typpi- ja kuitupitoisuus kahdella leveysasteella

Red clover grown in a mixture with grasses : yield, persistence and dynamics of quality characteristics

Selostus: Puna-apilan pysyvyys apila-heinänurmessa sekä seosnurmen satoisuus ja laadun muutokset erilaisissa kasvuoloissa

Influence of silvicultural regime on wood structure characteristics and mechanical properties of clear wood in Pinus sylvestris

Abstract

Historical logging, productivity, and structural characteristics of boreal coniferous forests in Norway

Abstract

Effect of thinning on stem form and wood characteristics of teak (Tectona grandis) in a humid tropical site in Costa Rica

Abstract

Landsat TM imagery and high altitude aerial photographs in estimation of forest characteristics

Abstract