Vortex-putken ominaisuudetkuivaussovellutuksessa

Työssä tarkastellaan vortex-putken soveltuvuutta kostean ilman kuivatukseen ja vapautuvan latenttilämmön hyödyntämiseen. Soveltuvuutta arvioidaan veden ja ilman massataseita hyväksi käyttäen ja stationaarisen systeemin energiataseen avulla. Työn mittauksia varten rakennettiin koelaitteisto, jonka avulla mitattiin miten lämpötilaerot kuumassa ja kylmässä päässä käyttäytyivät mitattaessa kuivalla ilmalla ja ilmalla, jota oli kostutettu. Mitattavia suureita olivat syöttöpaine- ja lämpötila, lämpötilat kuumassa ja kylmässä päässä, kuuman pään paine ja tilavuusvirta tai virtausnopeus ja kuuman pään suhteellinen kosteus. Mittaustulosten avulla laskettiin lämpötilan muutokset kummassakin päässä ja verrattiin kuivan ja kostean ilman mittauksien tuloksia toisiinsa. Lisäksi laskettiin tiivistyneen veden määrä ja veden ja ilman massavirrat molemmissa päissä. Näin voitiin laskea tiivistymisessä vapautuva energia ja tarkastella mihin se siirtyy. Tulosten perusteella vortex-putki soveltuu hyvin huonosti ilman kuivatukseen. Tiivistyneen veden määrä ja sitä kautta tiivistymisessä vapautunut energia, olivat pieniä. Suurin osa kosteudesta meni kuuman pään virtauksen mukana. Tiivistymisessä vapautunut energia siirtyi kylmään päähän.

Quasiclassical Approach to the Vortex State in Iron-based Superconductors

The quasiclassical approach was applied to the investigation of the vortex properties in the ironbased superconductors. The special attention was paid to manifestation of the nonlocal effects of the vortex core structure. The main results are as follows: (i) The effects of the pairing symmetries (s+ and s₊₊) on the cutoff parameter of field distribution, ξh, in stoichiometric (like LiFeAs) and nonstoichiometric (like doped BaFe₂As₂) iron pnictides have been investigated using Eilenberger quasiclassical equations. Magnetic field, temperature and impurity scattering dependences of ξh have been calculated. Two opposite behavior have been discovered. The ξh /ξc2 ratio is less in s+ symmetry when intraband impurity scattering (Γ₀) is much larger than one and much larger than interband impurity scattering (Γπ), i.e. in nonstoichiometric iron pnictides. Opposite, the value ξh /ξc2 is higher in s+ case and the field dependent curve is shifted upward from the "clean" case (Γ₀ = Γπ = 0) for stoichiometric iron pnictides (Γ₀ = Γπ ≪ 1). (ii) Eilenberger approach to the cutoff parameter, ξh, of the field distribution in the mixed state of high

Manifestation of the pairing symmetry in the vortex core structure in iron-based superconductors

The superconducting gap is a basic character of a superconductor. While the cuprates and conventional phonon-mediated superconductors are characterized by distinct d- and s-wave pairing symmetries with nodal and nodeless gap distributions respectively, the superconducting gap distributions in iron-based superconductors are rather diversified. While nodeless gap distributions have been directly observed in Ba1–xKxFe2As2, BaFe2–xCoxAs2, LiFeAs, KxFe2–ySe2, and FeTe1–xSex, the signatures of a nodal superconducting gap have been reported in LaOFeP, LiFeP, FeSe, KFe2As2, BaFe2–xRuxAs2, and BaFe2(As1–xPx)2. Due to the multiplicity of the Fermi surface in these compounds s± and d pairing states can be both nodeless and nodal. A nontrivial orbital structure of the order parameter, in particular the presence of the gap nodes, leads to effects in which the disorder is much richer in dx2–y2-wave superconductors than in conventional materials. In contrast to the s-wave case, the Anderson theorem does not work, and nonmagnetic impurities exhibit a strong pair-breaking influence. In addition, a finite concentration of disorder produces a nonzero density of quasiparticle states at zero energy, which results in a considerable modification of the thermodynamic and transport properties at low temperatures. The influence of order parameter symmetry on the vortex core structure in iron-based pnictide and chalcogenide superconductors has been investigated in the framework of quasiclassical Eilenberger equations. The main results of the thesis are as follows. The vortex core characteristics, such as, cutoff parameter, ξh, and core size, ξ2, determined as the distance at which density of the vortex supercurrent reaches its maximum, are calculated in wide temperature, impurity scattering rate, and magnetic field ranges. The cutoff parameter, ξh(B; T; Г), determines the form factor of the flux-line lattice, which can be obtained in _SR, NMR, and SANS experiments. A comparison among the applied pairing symmetries is done. In contrast to s-wave systems, in dx2–y2-wave superconductors, ξh/ξc2 always increases with the scattering rate Г. Field dependence of the cutoff parameter affects strongly on the second moment of the magnetic field distributions, resulting in a significant difference with nonlocal London theory. It is found that normalized ξ2/ξc2(B/Bc2) dependence is increasing with pair-breaking impurity scattering (interband scattering for s±-wave and intraband impurity scattering for d-wave superconductors). Here, ξc2 is the Ginzburg-Landau coherence length determined from the upper critical field Bc2 = Φ0/2πξ2 c2, where Φ0 is a flux quantum. Two types of ξ2/ξc2 magnetic field dependences are obtained for s± superconductors. It has a minimum at low temperatures and small impurity scattering transforming in monotonously decreasing function at strong scattering and high temperatures. The second kind of this dependence has been also found for d-wave superconductors at intermediate and high temperatures. In contrast, impurity scattering results in decreasing of ξ2/ξc2(B/Bc2) dependence in s++ superconductors. A reasonable agreement between calculated ξh/ξc2 values and those obtained experimentally in nonstoichiometric BaFe2–xCoxAs2 (μSR) and stoichiometric LiFeAs (SANS) was found. The values of ξh/ξc2 are much less than one in case of the first compound and much more than one for the other compound. This is explained by different influence of two factors: the value of impurity scattering rate and pairing symmetry.

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.

Numerical Investigation of Flow Past a Circular Cylinder and in a Staggered Tube Bundle Using Various Turbulence Models

Transitional flow past a three-dimensional circular cylinder is a widely studied phenomenon since this problem is of interest with respect to many technical applications. In the present work, the numerical simulation of flow past a circular cylinder, performed by using a commercial CFD code (ANSYS Fluent 12.1) with large eddy simulation (LES) and RANS (κ - ε and Shear-Stress Transport (SST) κ - ω! model) approaches. The turbulent flow for ReD = 1000 & 3900 is simulated to investigate the force coefficient, Strouhal number, flow separation angle, pressure distribution on cylinder and the complex three dimensional vortex shedding of the cylinder wake region. The numerical results extracted from these simulations have good agreement with the experimental data (Zdravkovich, 1997). Moreover, grid refinement and time-step influence have been examined. Numerical calculations of turbulent cross-flow in a staggered tube bundle continues to attract interest due to its importance in the engineering application as well as the fact that this complex flow represents a challenging problem for CFD. In the present work a time dependent simulation using κ – ε, κ - ω! and SST models are performed in two dimensional for a subcritical flow through a staggered tube bundle. The predicted turbulence statistics (mean and r.m.s velocities) have good agreement with the experimental data (S. Balabani, 1996). Turbulent quantities such as turbulent kinetic energy and dissipation rate are predicted using RANS models and compared with each other. The sensitivity of grid and time-step size have been analyzed. Model constants sensitivity study have been carried out by adopting κ – ε model. It has been observed that model constants are very sensitive to turbulence statistics and turbulent quantities.

Hybridisiiven vaikutus lentokoneen aerodynamiikkaan ja suorituskykyyn

Useissa nykyhävittäjissä käytetään siipiratkaisuna hybridisiipeä. Hybridisiivellä tarkoitetaan tässä kandidaatin tutkielmassa siipiratkaisua, joka koostuu perinteisen mallisesta, johtoreunaltaan hieman nuolimuotoisesta ja jättöreunaltaan suorasta pääsiivestä sekä pääsiiven johtoreunan tyven laajennuksesta, LEX:stä. Tässä kandidaatintutkielmassa pyritään selvittämään, miksi nykyhävittäjissä käytetään hybridisiipeä ja mikä sen vaikutus on lentokoneen aerodynamiikkaan ja sen kautta suorituskykyyn. Hybridisiipi mahdollistaa lentämisen normaalisiipeä suuremmalla kohtauskulmalla. Suuresta kohtauskulmasta johtuen hybridisiiven kanssa käytetään usein laippoja siiven johtoreunassa. Tutkielmassa pyritään selvittämään, miksi näin on ja mitä etuja sillä saavutetaan. Tutkimusmenetelmänä on julkisiin lähteisiin perustuva kvalitatiivinen kirjallisuustutkimus. Lähteinä on käytetty aerodynamiikan kirjallisuutta, lentokoneen suoritusarvoteoriaa käsitteleviä kirjoja ja Koelentokeskuksen materiaalia sekä NASA:n ja ulkomaisten korkeakoulujen tutkimuksia. Tutkielma on rajattu käsittelemään alisoonista nopeusaluetta. Lisäksi tutkielmasta on rajattu pois hybridisiiven vaikutus ilmanottoon ja vakavuuteen. Päätutkimuskysymys tässä tutkielmassa on: ”Miten hybridisiipi vaikuttaa lentokoneen suorituskykyyn?” Alatutkimuskysymyksinä ovat: ”Mitkä ovat hybridisiiven vaikutukset lentokoneen aerodynaamisiin ominaisuuksiin?” ja ”Miksi hybridisiiven kanssa käytetään laippoja siiven johtoreunassa?” Hybridisiipi vaikuttaa erityisesti lentokoneen nostovoimakertoimeen ja parantaa sen kautta kaartokykyä merkittävästi. LEX:n avulla nostovoimakertoimeen on mahdollista saada jopa 50 % kasvu. Kasvu huomataan erityisesti pienentyneenä corner speed:na, kaartosäteenä ja kaartoon kuluvana aikana sekä kasvaneena kulmanopeutena. Välilliset vaikutukset ovat lyhentyneet lentoonlähtö- ja laskumatkat, pienempi polttoaineen kulutus matkalennossa ja liu’ussa sekä parantunut nousukyky.

Ring Dark Solitons in Toroidal Bose-Einstein Condensates

In this Thesis, we study various aspects of ring dark solitons (RDSs) in quasi-two-dimensional toroidally trapped Bose-Einstein condensates, focussing on atomic realisations thereof. Unlike the well-known planar dark solitons, exact analytic expressions for RDSs are not known. We address this problem by presenting exact localized soliton-like solutions to the radial Gross-Pitaevskii equation. To date, RDSs have not been experimentally observed in cold atomic gases, either. To this end, we propose two protocols for their creation in experiments. It is also currently well known that in dimensions higher than one, (ring) dark solitons are susceptible, in general, to an irreversible decay into vortex-antivortex pairs through the snake instability. We show that the snake instability is caused by an unbalanced quantum pressure across the soliton's notch, linking the instability to the Bogoliubov-de Gennes spectrum. In particular, if the angular symmetry is maintained (or the toroidal trapping is restrictive enough), we show that the RDS is stable (long-lived with a lifetime of order seconds) in two dimensions. Furthermore, when the decay does take place, we show that the snake instability can in fact be reversible, and predict a previously unknown revival phenomenon for the original (many-)RDS system: the soliton structure is recovered and all the point-phase singularities (i.e. vortices) disappear. Eventually, however, the decay leads to an example of quantum turbulence; a quantum example of the laminar-to-turbulent type of transition.