Impingement jet cooling of end windings in a high-speed electric machine

The rotational speed of high-speed electric machines is over 15 000 rpm. These machines are compact in size when compared to the power rate. As a consequence, the heat fluxes are at a high level and the adequacy of cooling becomes an important design criterion. In the high-speed machines, the air gap between the stator and rotor is a narrow flow channel. The cooling air is produced with a fan and the flow is then directed to the air gap. The flow in the gap does not provide sufficient cooling for the stator end windings, and therefore additional cooling is required. This study investigates the heat transfer and flow fields around the coil end windings when cooling jets are used. As a result, an innovative and new assembly is introduced for the cooling jets, with the benefits of a reduced amount of hot spots, a lower pressure drop, and hence a lower power need for the cooling fan. The gained information can also be applied to improve the cooling of electric machines through geometry modifications. The objective of the research is to determine the locations of the hot spots and to find out induced pressure losses with different jet alternatives. Several possibilities to arrange the extra cooling are considered. In the suggested approach cooling is provided by using a row of air jets. The air jets have three main tasks: to cool the coils effectively by direct impingement jets, to increase and cool down the flow that enters the coil end space through the air gap, and to ensure the correct distribution of the flow by forming an air curtain with additional jets. One important aim of this study is the arrangement of cooling jets in such manner that hot spots can be avoided to wide extent. This enables higher power density in high-speed motors. This cooling system can also be applied to the ordinary electric machines when efficient cooling is needed. The numerical calculations have been performed using a commercial Computational Fluid Dynamics software. Two geometries have been generated: cylindrical for the studied machine and Cartesian for the experimental model. The main parameters include the positions, arrangements and number of jets, the jet diameters, and the jet velocities. The investigated cases have been tested with two widely used turbulence models and using a computational grid of over 500 000 cells. The experimental tests have been made by using a simplified model for the end winding space with cooling jets. In the experiments, an emphasis has been given to flow visualisation. The computational analysis shows good agreement with the experimental results. Modelling of the cooling jet arrangement enables also a better understanding of the complex system of heat transfer at end winding space.

Monte Carlo Methods in Parameter Estimation of Nonlinear Models

Yksi keskeisimmistä tehtävistä matemaattisten mallien tilastollisessa analyysissä on mallien tuntemattomien parametrien estimointi. Tässä diplomityössä ollaan kiinnostuneita tuntemattomien parametrien jakaumista ja niiden muodostamiseen sopivista numeerisista menetelmistä, etenkin tapauksissa, joissa malli on epälineaarinen parametrien suhteen. Erilaisten numeeristen menetelmien osalta pääpaino on Markovin ketju Monte Carlo -menetelmissä (MCMC). Nämä laskentaintensiiviset menetelmät ovat viime aikoina kasvattaneet suosiotaan lähinnä kasvaneen laskentatehon vuoksi. Sekä Markovin ketjujen että Monte Carlo -simuloinnin teoriaa on esitelty työssä siinä määrin, että menetelmien toimivuus saadaan perusteltua. Viime aikoina kehitetyistä menetelmistä tarkastellaan etenkin adaptiivisia MCMC menetelmiä. Työn lähestymistapa on käytännönläheinen ja erilaisia MCMC -menetelmien toteutukseen liittyviä asioita korostetaan. Työn empiirisessä osuudessa tarkastellaan viiden esimerkkimallin tuntemattomien parametrien jakaumaa käyttäen hyväksi teoriaosassa esitettyjä menetelmiä. Mallit kuvaavat kemiallisia reaktioita ja kuvataan tavallisina differentiaaliyhtälöryhminä. Mallit on kerätty kemisteiltä Lappeenrannan teknillisestä yliopistosta ja Åbo Akademista, Turusta.

Kontekstitietoisen mobiilipelin suunnittelu ja toteutus

Kontekstitietoisuuden katsotaan voivan parantaa sovellusten ja palvelujen käytettävyyttä matkapuhelimissa. Kontekstitietoisuuden tekniikoita voidaan käyttää myös peleissä, joko siksi, että ne mahdollistavat uudenlaisia pelejä, tai siksi, että peleillä voidaan havainnollistaa ja testata eri tekniikoiden toimintaa. Diplomityössä esitellään prototyyppi monen pelaajan kontekstitietoisesta mobiilipelistä, jossa pelivälineinä käytetään kamerapuhelimella luettavia tavallisia viivakoodeja. Viivakoodit on yhdistetty palvelimella sijaitsevan pelimaailman kohteisiin, joiden omistuksesta pelaajat kilpailevat. Peliä on tarkoitus arvioida myöhemmin pelattavuuden ja idean kiinnostavuuden kannalta. Prototyypin toinen tehtävä on havainnollistaa Multi-User Publishing Environment (MUPE) -sovellusalustan tukea kontekstitietoisuudelle. Työ kuvaa pelin suunnittelun, toteutuksen ja arvioinnin alkaen varhaisimmista ideoista ja päättyen osittaiseen prototyyppiin. Prototyypissä on toteutettu osa pelilogiikasta ja käyttöliittymästä, mutta sitä ei ole integroitu kontekstitietoa kerääviin sensoreihin. Pelin suunnittelussa käytettiin apuna heuristista arviointia ja kahta fokusryhmähaastattelua.

Elektroniikka - ja sähköromun (SER) kierrätys

Tässä työssä pyrin tarkastelemaan sähkö- ja elektroniikkaromun kierrätystä erityisesti EU - direktiivin mukaisen tuottajavastuun näkökulmasta. Käytettyjen sähkö- ja elektroniikkalaitteiden vuori kasvaa koko ajan kaikkialla Euroopassa. Euroopan parlamentti hyväksyi joulukuussa 2002 kaksi uutta direktiiviä, joilla pyritään lieventämään sähköromuongelmaa. Parlamentin vaatimusten ansiosta unionin jäsenvaltioiden on taattava, että laitteiden valmistajat maksavat omista tuotteistaan syntyvän sähkö- ja elektroniikkalaitejätteen keräys-, käsittely- ja kierrätyskustannukset. Tämä merkitsee esimerkiksi sitä, että kuluttajat voivat viedä vanhat sähkölaitteensa asuinpaikkansa läheisyydessä sijaitseviin maksuttomiin keräyspisteisiin. Myös kuluttajien on otettava vastuu hankkimistaan tuotteista: sähkö- ja elektroniikkalaitejätteen hävittäminen tavallisen kotitalousjätteen seassa tullaan kieltämään.

Weak Form Tests of Efficient Market Hypothesis: Evidence from CEE-Countries and Russian Stock Markets

Tämän tutkielman tavoitteena on selvittää Venäjän, Slovakian, Tsekin, Romanian, Bulgarian, Unkarin ja Puolan osakemarkkinoiden heikkojen ehtojen tehokkuutta. Tämä tutkielma on kvantitatiivinen tutkimus ja päiväkohtaiset indeksin sulkemisarvot kerättiin Datastreamin tietokannasta. Data kerättiin pörssien ensimmäisestä kaupankäyntipäivästä aina vuoden 2006 elokuun loppuun saakka. Analysoinnin tehostamiseksi dataa tutkittiin koko aineistolla, sekä kahdella aliperiodilla. Osakemarkkinoiden tehokkuutta on testattu neljällä tilastollisella metodilla, mukaan lukien autokorrelaatiotesti ja epäparametrinen runs-testi. Tavoitteena on myös selvittääesiintyykö kyseisillä markkinoilla viikonpäiväanomalia. Viikonpäiväanomalian esiintymistä tutkitaan käyttämällä pienimmän neliösumman menetelmää (OLS). Viikonpäiväanomalia on löydettävissä kaikilta edellä mainituilta osakemarkkinoilta paitsi Tsekin markkinoilta. Merkittävää, positiivista tai negatiivista autokorrelaatiota, on löydettävissä kaikilta osakemarkkinoilta, myös Ljung-Box testi osoittaa kaikkien markkinoiden tehottomuutta täydellä periodilla. Osakemarkkinoiden satunnaiskulku hylätään runs-testin perusteella kaikilta muilta paitsi Slovakian osakemarkkinoilla, ainakin tarkastellessa koko aineistoa tai ensimmäistä aliperiodia. Aineisto ei myöskään ole normaalijakautunut minkään indeksin tai aikajakson kohdalla. Nämä havainnot osoittavat, että kyseessä olevat markkinat eivät ole heikkojen ehtojen mukaan tehokkaita

Market efficiency and calendar anomalies in the Russian stock market

Tämän tutkimuksen tarkoituksena on tarkastella esiintyykö Venäjän osakemarkkinoilla kalenterianomalioita. Tutkimus keskittyy Halloween-, kuukausi-, kuunvaihde-, viikonpäivä- ja juhlapäiväanomalioiden tarkasteluun. Tutkimusaineistona käytetään RTS (Russian Trading System) indeksiä. Tarkasteluaika alkaa 1. syyskuuta 1995 ja loppuu 31. joulukuuta 2005. Havaintojen kokonaismäärä on 2584. Tutkimusmenetelmänä käytetään pienimmän neliösumman menetelmää (OLS). Tutkimustulokset osoittavat, että Venäjän osakemarkkinoilla esiintyy Halloween-, kuunvaihde- ja viikonpäiväanomalioita. Sen sijaan kuukausi- ja juhlapäiväanomalioita ei tulosten mukaanesiinny Venäjän osakemarkkinoilla. Tulokset osoittavat lisäksi, että suurin osaanomalioista on merkittävämpiä nykyään kuin Venäjän osakemarkkinoiden ensimmäisinä vuosina. Näiden tulosten perusteella voidaan todeta, että Venäjän osakemarkkinat eivät ole vielä tehokkaat.

Testing Weak-Form Efficiency of the Chinese Stock Market

Tämän tutkielman tavoitteena on tarkastella Kiinan osakemarkkinoiden tehokkuutta ja random walk -hypoteesin voimassaoloa. Tavoitteena on myös selvittää esiintyykö viikonpäiväanomalia Kiinan osakemarkkinoilla. Tutkimusaineistona käytetään Shanghain osakepörssin A-sarjan,B-sarjan ja yhdistelmä-sarjan ja Shenzhenin yhdistelmä-sarjan indeksien päivittäisiä logaritmisoituja tuottoja ajalta 21.2.1992-30.12.2005 sekä Shenzhenin osakepörssin A-sarjan ja B-sarjan indeksien päivittäisiä logaritmisoituja tuottoja ajalta 5.10.1992-30.12.2005. Tutkimusmenetelminä käytetään neljä tilastollista menetelmää, mukaan lukien autokorrelaatiotestiä, epäparametrista runs-testiä, varianssisuhdetestiä sekä Augmented Dickey-Fullerin yksikköjuuritestiä. Viikonpäiväanomalian esiintymistä tutkitaan käyttämällä pienimmän neliösumman menetelmää (OLS). Testejä tehdään sekä koko aineistolla että kolmella erillisellä ajanjaksolla. Tämän tutkielman empiiriset tulokset tukevat aikaisempia tutkimuksia Kiinan osakemarkkinoiden tehottomuudesta. Lukuun ottamatta yksikköjuuritestien saatuja tuloksia, autokorrelaatio-, runs- ja varianssisuhdetestien perusteella random walk-hypoteesi hylättiin molempien Kiinan osakemarkkinoiden kohdalla. Tutkimustulokset osoittavat, että molemmilla osakepörssillä B-sarjan indeksien käyttäytyminenon ollut huomattavasti enemmän random walk -hypoteesin vastainen kuin A-sarjan indeksit. Paitsi B-sarjan markkinat, molempien Kiinan osakemarkkinoiden tehokkuus näytti myös paranevan vuoden 2001 markkinabuumin jälkeen. Tutkimustulokset osoittavat myös viikonpäiväanomalian esiintyvän Shanghain osakepörssillä, muttei kuitenkaan Shenzhenin osakepörssillä koko tarkasteluajanjaksolla.

E-hankinnat - esteitä ja haasteita

Tämän tutkimuksen tavoitteena oli selvittää e-hankinnan (sähköisen hankinnan) perusteet ja e-hankinnoissa kohdattavia esteitä. Tutkimuksen tarkoituksena oli myös selkeyttää kuvaa sähköisestä liiketoiminnasta ja julkisistae-hankinnoista yleensä. Tutkimuksen kohteena oli valtion yhteishankintayksikkö Hansel Oy:n hankintakanava Merkaattori ja sen epäonnistumisen syiden tutkiminen.Tutkimuksen teoriaosa perustui aikaisempiin tutkimuksiin, artikkeleihin ja kirjallisuuteen. Tulokseksi saatiin kokonaisvaltainen kuva niin sähköisestä liiketoiminnasta kuin e-hankinnoistakin. Teoriaan pohjautuvan kyselytutkimuksen tarkoituksena oli selvittää Hansel Oy:n hankintakanava Merkaattorin epäonnistumiseen johtaneita tekijöitä. Kysely lähetettiin Hanseliin sähköpostiviestinä ja se sisälsi13 aiheeseen liittyvää kysymystä. Kyselyn tuloksena voitiin päätellä, että Merkaattori kaatui aivan tavallisiin e-hankinnan esteisiin, esim. asiakkaiden tarpeita ei täytetty riittävästi. Jos nämä tutkimuksessa ilmenneet esteet olisi poistettu, Merkaattori olisi ollut menestys. Kaiken kaikkiaan tehdyn tutkimuksen perusteella voidaan todeta e-hankintojen saavan nopeasti jalansijaa liike-elämässä. Turhien epäonnistumisten välttämiseksi on tärkeätä tietää e-hankintoihin liittyvistä haasteista ja esteistä.

Kalenterianomaliat pohjoismaisilla sähkömarkkinoilla

Osakemarkkinoilta on jo useiden vuosien ajan julkaistu lukuisia tutkimuksia, joissa on esitetty havaintoja ajallisesta säännönmukaisuudesta osakkeiden hinnoissa, joita ei pystytä selittämään markkinakohtaisilla fundamenteilla. Nämä niin kutsutut kalenterianomaliat esiintyvät tyypillisesti ajallisissa käännepisteissä, kuten vuoden, kuukauden tai viikon vaihtuessa seuraavaksi. Myös erilaisten katkosten, kuten juhlapyhien, kaupankäyntirutiineissa on havaittu aiheuttavan anomalioita. Tutkimuksen tavoitteena oli tutkia osakemarkkinoilla havaittujen kalenterianomalioiden esiintymistä pohjoismaisilla sähkömarkkinoilla. Tutkitut anomaliat olivat viikonpäivä- kuukausi-, kuunvaihde- ja juhlapyhäanomalia. Näiden lisäksi tutkittiin tuottojen käyttäytymistä optioiden erääntymispäivien läheisyydessä. Yksittäisten tuotteiden sijasta tarkastelut suoritettiin sesonki- ja kvartaalituotteista muodostetuilla vuosituotteilla. Testauksessa käytettiin pienimmän neliösumman menetelmää, huomioidenheteroskedastisuuden, autokorrelaation ja multikollineaarisuuden vaikutukset. Pelkkien kalenterimuuttujien lisäksi testit suoritettiin regressiomalleilla, joissa lisäselittäjinä käytettiin spot-hintaa, päästöoikeuden hintaa ja/tai sade-ennusteita. Tarkastelujakso koostui vuosista 1998-2006.

Mekanismien dynamiikan simuloinnissa sovellettavia numeerisia- ja mallinnusmenetelmiä

Koneet voidaan usein jakaa osajärjestelmiin, joita ovat ohjaus- ja säätöjärjestelmät, voimaa tuottavat toimilaitteet ja voiman välittävät mekanismit. Eri osajärjestelmiä on simuloitu tietokoneavusteisesti jo usean vuosikymmenen ajan. Osajärjestelmien yhdistäminen on kuitenkin uudempi ilmiö. Usein esimerkiksi mekanismien mallinnuksessa toimilaitteen tuottama voimaon kuvattu vakiona, tai ajan funktiona muuttuvana voimana. Vastaavasti toimilaitteiden analysoinnissa mekanismin toimilaitteeseen välittämä kuormitus on kuvattu vakiovoimana, tai ajan funktiona työkiertoa kuvaavana kuormituksena. Kun osajärjestelmät on erotettu toisistaan, on niiden välistenvuorovaikutuksien tarkastelu erittäin epätarkkaa. Samoin osajärjestelmän vaikutuksen huomioiminen koko järjestelmän käyttäytymissä on hankalaa. Mekanismien dynamiikan mallinnukseen on kehitetty erityisesti tietokoneille soveltuvia numeerisia mallinnusmenetelmiä. Useimmat menetelmistä perustuvat Lagrangen menetelmään, joka mahdollistaa vapaasti valittaviin koordinaattimuuttujiin perustuvan mallinnuksen. Numeerista ratkaisun mahdollistamiseksi menetelmän avulla muodostettua differentiaali-algebraaliyhtälöryhmää joudutaan muokkaamaan esim. derivoimalla rajoiteyhtälöitä kahteen kertaan. Menetelmän alkuperäisessä numeerisissa ratkaisuissa kaikki mekanismia kuvaavat yleistetyt koordinaatit integroidaan jokaisella aika-askeleella. Tästä perusmenetelmästä johdetuissa menetelmissä riippumattomat yleistetyt koordinaatit joko integroidaan ja riippuvat koordinaatit ratkaistaan rajoiteyhtälöiden perusteella tai yhtälöryhmän kokoa pienennetään esim. käyttämällä nopeus- ja kiihtyvyysanalyyseissä eri kiertymäkoordinaatteja kuin asema-analyysissä. Useimmat integrointimenetelmät on alun perin tarkoitettu differentiaaliyhtälöiden (ODE) ratkaisuunjolloin yhtälöryhmään liitetyt niveliä kuvaavat algebraaliset rajoiteyhtälöt saattavat aiheuttaa ongelmia. Nivelrajoitteiden virheiden korjaus, stabilointi, on erittäin tärkeää mekanismien dynamiikan simuloinnin onnistumisen ja tulosten oikeellisuuden kannalta. Mallinnusmenetelmien johtamisessa käytetyn virtuaalisen työn periaatteen oletuksena nimittäin on, etteivät rajoitevoimat tee työtä, eli rajoitteiden vastaista siirtymää ei tapahdu. Varsinkaan monimutkaisten järjestelmien pidemmissä analyyseissä nivelrajoitteet eivät toteudu tarkasti. Tällöin järjestelmän energiatasapainoei toteudu ja järjestelmään muodostuu virtuaalista energiaa, joka rikkoo virtuaalisen työn periaatetta, Tästä syystä tulokset eivät enää pidäpaikkaansa. Tässä raportissa tarkastellaan erityyppisiä mallinnus- ja ratkaisumenetelmiä, ja vertaillaan niiden toimivuutta yksinkertaisten mekanismien numeerisessa ratkaisussa. Menetelmien toimivuutta tarkastellaan ratkaisun tehokkuuden, nivelrajoitteiden toteutumisen ja energiatasapainon säilymisen kannalta.

Omistajuus asiakasomisteisissa osuuskunnissa

Asiakasomisteiset osuuskunnat ovat menestyneet Suomessa erittäin hyvin. Niiden ymmärtäminen yritysmuotona on kuitenkin toistaiseksi perustunut lähinnä muilla kuin liiketaloustieteen oppialoilla tehdyille tutkimuksille. Johtaminen ja organisaatiot -oppialalla asiakasomisteista osuustoimintaa on tutkittu erittäin vähän. Tämä väitöskirja pyrkii vastaamaan osuustoiminnan liiketaloustieteellisen tutkimuksen kehittämisen haasteeseen keskittymällä omistajuuteen, yritystoiminnan erityispiirteiden ytimeen. Tutkimus osallistuu osuustoiminnallisesta omistajuudesta Suomessa käytävään akateemiseen keskusteluun esittelemällä viitekehyksen asiakasomisteisen osuuskunnan omistajuuden tulkitsemiseen. Tutkimuksessa pyritään ymmärtämään asiakasomistajuuden ulottuvuuksia, kuten ne rakentuvat osuustoiminnan asiantuntijoiden puheenvuoroissa. Asiakasomistajuutta ei siis analysoida "rivijäsenten" näkökulmasta, vaan tulkinta rajoittuu OP-ryhmän osuuspankkien ja S-ryhmän osuuskauppojen johtajien ja hallintohenkilöiden sekä tutkijoidentutkimusaineistossa esittämiin selontekoihin. Aineisto koostuu kaikkiaan kolmestakymmenestäviidestä haastattelusta sekä dokumenttiaineistosta. Tulkittavia tekstejä lähestytään siten, että niiden ajatellaan ylläpitävän ja aktiivisesti rakentavan asiakasomisteisten osuuskuntien omistajuutta. Väitöskirjassa rakentuva asiakasomistajuuden malli pitää sisällään sekä taloudellisrationaalisen että psykologisen omistajuuden niin yksittäisen asiakasomistajan kuin jäsenyhteisön näkökulmasta. Työn teoreettisena kontribuutiona on erityisesti asiakasomisteisen osuuskunnan omistajuuden psykologisen ulottuvuuden määrittely sekä sen liittäminen yhteisötasolla paikallisuuteen ja alueellisuuteen. Edellä mainittujen omistajuuden ulottuvuuksien ollessa kiinteästi sidoksissa asiakasomisteisten osuuskuntien rakenteeseen ja toimintatapaan, ne tarjoavat kehityspohjan kyseisten yritysten johtamista ja omistajaohjausta käsitteleville teorioille.

Ion-exchange resins as stationary phase in reactive chromatography

Dynamic behavior of bothisothermal and non-isothermal single-column chromatographic reactors with an ion-exchange resin as the stationary phase was investigated. The reactor performance was interpreted by using results obtained when studying the effect of the resin properties on the equilibrium and kinetic phenomena occurring simultaneously in the reactor. Mathematical models were derived for each phenomenon and combined to simulate the chromatographic reactor. The phenomena studied includes phase equilibria in multicomponent liquid mixture¿ion-exchange resin systems, chemicalequilibrium in the presence of a resin catalyst, diffusion of liquids in gel-type and macroporous resins, and chemical reaction kinetics. Above all, attention was paid to the swelling behavior of the resins and how it affects the kinetic phenomena. Several poly(styrene-co-divinylbenzene) resins with different cross-link densities and internal porosities were used. Esterification of acetic acid with ethanol to produce ethyl acetate and water was used as a model reaction system. Choosing an ion-exchange resin with a low cross-link density is beneficial inthe case of the present reaction system: the amount of ethyl acetate as well the ethyl acetate to water mole ratio in the effluent stream increase with decreasing cross-link density. The enhanced performance of the reactor is mainly attributed to increasing reaction rate, which in turn originates from the phase equilibrium behavior of the system. Also mass transfer considerations favor the use ofresins with low cross-link density. The diffusion coefficients of liquids in the gel-type ion-exchange resins were found to fall rapidly when the extent of swelling became low. Glass transition of the polymer was not found to significantlyretard the diffusion in sulfonated PS¿DVB ion-exchange resins. It was also shown that non-isothermal operation of a chromatographic reactor could be used to significantly enhance the reactor performance. In the case of the exothermic modelreaction system and a near-adiabatic column, a positive thermal wave (higher temperature than in the initial state) was found to travel together with the reactive front. This further increased the conversion of the reactants. Diffusion-induced volume changes of the ion-exchange resins were studied in a flow-through cell. It was shown that describing the swelling and shrinking kinetics of the particles calls for a mass transfer model that explicitly includes the limited expansibility of the polymer network. A good description of the process was obtained by combining the generalized Maxwell-Stefan approach and an activity model that was derived from the thermodynamics of polymer solutions and gels. The swelling pressure in the resin phase was evaluated by using a non-Gaussian expression forthe polymer chain length distribution. Dimensional changes of the resin particles necessitate the use of non-standard mathematical tools for dynamic simulations. A transformed coordinate system, where the mass of the polymer was used as a spatial variable, was applied when simulating the chromatographic reactor columns as well as the swelling and shrinking kinetics of the resin particles. Shrinking of the particles in a column leads to formation of dead volume on top of the resin bed. In ordinary Eulerian coordinates, this results in a moving discontinuity that in turn causes numerical difficulties in the solution of the PDE system. The motion of the discontinuity was eliminated by spanning two calculation grids in the column that overlapped at the top of the resin bed. The reactive and non-reactive phase equilibrium data were correlated with a model derived from thethermodynamics of polymer solution and gels. The thermodynamic approach used inthis work is best suited at high degrees of swelling because the polymer matrixmay be in the glassy state when the extent of swelling is low.