Analysis of Industrial Granular Flow Applications by Using Advanced Collision Models

Granular flow phenomena are frequently encountered in the design of process and industrial plants in the traditional fields of the chemical, nuclear and oil industries as well as in other activities such as food and materials handling. Multi-phase flow is one important branch of the granular flow. Granular materials have unusual kinds of behavior compared to normal materials, either solids or fluids. Although some of the characteristics are still not well-known yet, one thing is confirmed: the particle-particle interaction plays a key role in the dynamics of granular materials, especially for dense granular materials. At the beginning of this thesis, detailed illustration of developing two models for describing the interaction based on the results of finite-element simulation, dimension analysis and numerical simulation is presented. The first model is used to describing the normal collision of viscoelastic particles. Based on some existent models, more parameters are added to this model, which make the model predict the experimental results more accurately. The second model is used for oblique collision, which include the effects from tangential velocity, angular velocity and surface friction based on Coulomb's law. The theoretical predictions of this model are in agreement with those by finite-element simulation. I n the latter chapters of this thesis, the models are used to predict industrial granular flow and the agreement between the simulations and experiments also shows the validation of the new model. The first case presents the simulation of granular flow passing over a circular obstacle. The simulations successfully predict the existence of a parabolic steady layer and show how the characteristics of the particles, such as coefficients of restitution and surface friction affect the separation results. The second case is a spinning container filled with granular material. Employing the previous models, the simulation could also reproduce experimentally observed phenomena, such as a depression in the center of a high frequency rotation. The third application is about gas-solid mixed flow in a vertically vibrated device. Gas phase motion is added to coherence with the particle motion. The governing equations of the gas phase are solved by using the Large eddy simulation (LES) and particle motion is predicted by using the Lagrangian method. The simulation predicted some pattern formation reported by experiment.

Ship Leases under IAS 17, case Fortum Shipping

International accounting standards will be applied from the1st of January 2005 in accounting of member states of the EU with a view of harmonizing the accounting practices in Europe, and on the long term even more widely. The purpose of adopting IAS accounting standards is to make the financial statements and financial information received from companies more comparable and more transparent for investors and other interest groups. IAS 17 introduces the treatment of a lease agreement in the light of the new accounting standards. Finnish companies have used finance leases widely as an alternative, off-balance sheet form of financing capital investments consistently with Finnish GAAP. Along with the appliance of IAS 17 the off-balance-sheet financing possibility of leases classified as finance leases will no longer exist. IAS 17 states that finance leases are going to be recognized in the balance sheet as both assets, in form of fixed assets, and loans in liabilities classified as long and short term loans. IAS 17 will make two major changes to the income statement. Firstly, the lease payments formerly treated as variable costs are moved below the operating profit level to finance costs. Secondly, the depreciations from the leased assets are also introduced. The effects to the case company's, Fortum Shipping's, income statement and balance sheet are remarkable. Along with the appliance of IAS Fortum Shipping's net assets are somewhat going to be doubled, the amount of liabilities increases significantly and the earnings before interests and taxes increases moderately. The preceding factors have a big effect on the case company's financial key figures. So, the IAS originated effects on balance sheet and income statement have essential impacts on a company's key financial indicators. Most significant changes can be found in key ratios measuring profitability, capital structure, and efficiency. This means that when comparing the IAS calculated profits of companies with the profits calculated prior with Finnish GAAP, the analysis should be made with prudence because the figures are not comparable on straight-forward basis.

Pintataistelualusten kehittämisen haasteet 2000-luvun alussa : Yhdysvaltojen laivaston Littoral Combat Ship- ja hävittäjähankkeiden laivatekniikka

Tässä diplomityössä tutkittiin Yhdysvaltojen laivaston DDG-1000-hävittäjä- ja Littoral Combat Ship (LCS) -hankkeissa kehitettävien pintataistelualusten laivateknisten ratkaisujen vaikutusta alusten ominaisuuksiin. Tutkimuksen painopiste oli laivatekniikassa, mutta tarkastelu kiinnitettiin käynnissä oleviin hankkeisiin. Aineiston keräämisen menetelmänä käytettiin kirjallisuustutkimusta. Aineisto analysoitiin aineistolähtöisesti, ja laivatekniikan analysoinnin mallina käytettiin laivan konseptisuunnittelun keskeisiä osa-alueita. Laivatekniikkaa analysoitiin vertailemalla aiempien ja uusien alusten teknisiä ratkaisuja. Tutkimusraportti laadittiin soveltamalla prosessikirjoittamista. DDG-1000- ja LCS-hankkeiden vaatimukset perustuivat varsin tarkasti määriteltyihin tehtäviin osana rannikkomerioperointia. Uusilla hankintatavoilla ei kyetty hallitsemaan hankkeiden kustannuksia. DDG-1000-hankkeen kustannusten kasvu vaikutti johtuvan toimittajien välisen kilpailun puuttumisen lisäksi lukuisista uusista teknisistä järjestelmistä ja LCS-hankkeessa nopean hankintatavan aiheuttamista tekijöistä. DDG-1000-hankkeessa päädyttiin vain kolmen aluksen hankintaan ja vanhemman DDG-51-hävittäjän tuotannon uudelleen aloittamiseen. Toistaiseksi LCS-hankkeen 55 aluksen tavoitteessa ei ole tapahtunut muutoksia. LCS-1:n runkoratkaisu on puoliliukuva teräsrunko ja LCS-2:n alumiininen trimaraanirunko. Suuresta nopeudesta johtuen LCS:ien koneistotehot ovat samaa suuruusluokkaan kuin hävittäjillä, tosin LCS-2:n kulkuvastus on pienempi kuin LCS-1:n suurella nopeudella. Hitaammilla nopeuksilla LCS:ien runkojen ja vesisuihkupropulsion hyötysuhteet arvioitiin heikommiksi kuin uppoumarunkoisella fregatilla. LCS:issä on suuret modulaarisesta taistelujärjestelmästä ja alusten ulkopuolella operoitavista järjestelmistä johtuvat lasti- ja kansitilat. LCS-2:n runkoratkaisu on erittäin vakaa. Nopeat alukset ovat herkkiä painon muutoksille. Painavamman LCS-1:n kantavuus arvioitiin alhaiseksi. LCS-2:n painoa on hallittu kevyellä rakenteella. Sen osalta epävarmuutta on aiheuttanut poikittaisten aaltokuormien kantokyky. LCS:ien taistelunkestävyys on kyseenalaistettu. DDG-1000:n sisäänpäin kallistetuilla kyljillä varustettu runkoratkaisu perustui häivevaatimuksiin. Aluksen suureen kokoon on vaikuttanut keinunnanvaimennustankkien ja kokonaan sähköisen koneiston soveltaminen. Poikkeava runkomuoto ja suuri koko ovat mahdollistaneet uudenlaisen yleisjärjestelyn suunnittelun. Sähköisellä koneistolla on päästy pienempään kaasuturbiinien lukumäärään sekä joustavaan koneistojen käyttöprofiiliin. Runkomuodon vauriovakavuus, riski alavirtausperän paineiskuihin ja epävarmuus dynaamisesta vakavuudesta suuressa aallokossa ovat aiheuttaneet epäilyksiä aluksen merikelpoisuudesta. Suhteellisen alhaisen tehon perusteella aluksen kulkuvastusominaisuudet vaikuttivat hyviltä. Sekä LCS että DDG-1000 ovat tehtäviin optimoinnista johtuen eräänlaisia erikoisaluksia, jotka eivät sellaisenaan sovi yleiskäyttöisten pintataistelualusten esikuviksi. Yleisesti ottaen tutkimuksen aikana syntyi näkemys, jonka mukaan taistelualuksen tehtävät tulisi määritellä riittävän väljästi, ja siten varmistaa, että alus on hyvä, mutta ei välttämättä paras, koko elinjaksonsa ajan.

A Soft Contact Collision Method For Real-Time Simulation of Triangularized Geometries in Multibody Dynamics

When modeling machines in their natural working environment collisions become a very important feature in terms of simulation accuracy. By expanding the simulation to include the operation environment, the need for a general collision model that is able to handle a wide variety of cases has become central in the development of simulation environments. With the addition of the operating environment the challenges for the collision modeling method also change. More simultaneous contacts with more objects occur in more complicated situations. This means that the real-time requirement becomes more difficult to meet. Common problems in current collision modeling methods include for example dependency on the geometry shape or mesh density, calculation need increasing exponentially in respect to the number of contacts, the lack of a proper friction model and failures due to certain configurations like closed kinematic loops. All these problems mean that the current modeling methods will fail in certain situations. A method that would not fail in any situation is not very realistic but improvements can be made over the current methods.

Model-Based Tracking Initialization in Ship Building Environment

An augmented reality (AR) device must know observer’s location and orientation, i.e. observer’s pose, to be able to correctly register the virtual content to observer’s view. One possible way to determine and continuously follow-up the pose is model-based visual tracking. It supposes that a 3D model of the surroundings is known and that there is a video camera that is fixed to the device. The pose is tracked by comparing the video camera image to the model. Each new pose estimate is usually based on the previous estimate. However, the first estimate must be found out without a prior estimate, i.e. the tracking must be initialized, which in practice means that some model features must be identified from the image and matched to model features. This is known in literature as model-to-image registration problem or simultaneous pose and correspondence problem. This report reviews visual tracking initialization methods that are suitable for visual tracking in ship building environment when the ship CAD model is available. The environment is complex, which makes the initialization non-trivial. The report has been done as part of MARIN project.

The Straits of Seniavine : Behring Straits by the U.S. Ship Vincennes

Kartta kuuluu A. E. Nordenskiöldin kokoelmaan

St. Lawrence Bay showing Lutke's Harbor by the U.S. Ship Vincennes : lieutenant John Rodgers September 1855

Kartta kuuluu A. E. Nordenskiöldin kokoelmaan

Part of the Arctic Ocean reconnoitered in the U.S. Ship Vincennes

Kartta kuuluu A. E. Nordenskiöldin kokoelmaan

“Who is steering the ship and which constellation guides the way? Exploring transparency in the European Central Bank during the time of crisis”

This paper explores transparency in the decision-making of the European Central Bank (ECB). According to ECB´s definition, transparency means that the central bank provides the general public with all relevant information on its strategy, assessments and policy decisions as well as its procedures in an open, clear and timely manner. In this paper, however, the interpretation of transparency is somewhat broader: Information is freely available and directly accessible to those who will be affected by the decisions. Moreover, the individuals shall be able to master this material. ECB´s negative attitude towards publication of documents has demonstrated central bank´s reluctance to strive towards more extensive transparency. By virtue of the definition adopted by the ECB the bank itself is responsible for determining what is considered as relevant information. On the grounds of EU treaties, this paper assesses ECB`s accountability concentrating especially on transparency by employing principal-agent theory and constitutional approach. Traditionally, the definite mandate and the tenet of central bank independence have been used to justify the limited accountability. The de facto competence of the ECB has, however, considerably expanded as the central bank has decisively resorted to non-standard measures in order to combat the economic turbulences facing Europe. It is alleged that non-standard monetary policy constitutes a grey zone occasionally resembling economic policy or fiscal policy. Notwithstanding, the European Court of Justice has repeatedly approved these measures. This dynamic interpretation of the treaties seems to allow temporarily exceptions from the central bank´s primary objective during extraordinary times. Regardless, the paper suggests that the accountability nexus defined in the treaties is not sufficient in order to guarantee the accountability of the ECB after the adoption of the new, more active role. Enhanced transparency would help the ECB to maintain its credibility. Investing in the quality of monetary dialogue between the Parliament and the ECB appears to constitute the most adequate and practicable method to accomplish this intention. As a result of upgraded transparency the legitimacy of the central bank would not solely rest on its policy outputs.

On the Properties and Cosmology of Q-balls

The properties and cosmological importance of a class of non-topological solitons, Q-balls, are studied. Aspects of Q-ball solutions and Q-ball cosmology discussed in the literature are reviewed. Q-balls are particularly considered in the Minimal Supersymmetric Standard Model with supersymmetry broken by a hidden sector mechanism mediated by either gravity or gauge interactions. Q-ball profiles, charge-energy relations and evaporation rates for realistic Q-ball profiles are calculated for general polynomial potentials and for the gravity mediated scenario. In all of the cases, the evaporation rates are found to increase with decreasing charge. Q-ball collisions are studied by numerical means in the two supersymmetry breaking scenarios. It is noted that the collision processes can be divided into three types: fusion, charge transfer and elastic scattering. Cross-sections are calculated for the different types of processes in the different scenarios. The formation of Q-balls from the fragmentation of the Aflieck-Dine -condensate is studied by numerical and analytical means. The charge distribution is found to depend strongly on the initial energy-charge ratio of the condensate. The final state is typically noted to consist of Q- and anti-Q-balls in a state of maximum entropy. By studying the relaxation of excited Q-balls the rate at which excess energy can be emitted is calculated in the gravity mediated scenario. The Q-ball is also found to withstand excess energy well without significant charge loss. The possible cosmological consequences of these Q-ball properties are discussed.

Tyyppipakosta kollisionratkaisuperiaatteisiin : ja mitä sen jälkeen?

Ylänimeke: Oppirakennelmia ja periaatteita

Laivan voimalaitoksen ja jännitevälipiirillisen ruoripotkurikäytön vuorovaikutusten mallintaminen

Diplomityössä on tutkittu sähköisellä potkurijärjestelmällä varustetun laivan voimalaitoksen ja jännitevälipiirillisen propulsiokäytön vuorovaikutusta laivan hätäpysäytyksen aikana. Työssä on kehitetty simulointimalleja jännitevälipiirillisten sähkökäyttöjen simuloimiseksi Saber -simulontiohjelmistolla.Työn alkuosassa esitetään lyhyt yhteenveto laivan sähköisestä potkurijärjestelmästä komponentteineen, käsitellään laivan hätäpysäytyksen teoriaa sekä simuloinneissa huomioonotettavia laivan ja potkurin hydrodynaamisia ominaisuuksia. Työssä käytettävän simulointiohjelmiston toimintaa selvitetään lyhyesti. Jännitevälipiirillisellä propulsiokäytöllä varustetun laivan hätäpysäytyksen simulointimalli esitellään kokonaisuudessaan ja käsitellään simulointimallin sisältämien osakokonaisuuksien teoriaa ja toimintaa. Kehitetyn simulointimallin toimintaa on tarkasteltu vertaamalla tuloksia vastaavansyklokonvertterikäytöllä varustetun laivan simulointituloksiin sekä vertaamallasimulointituloksia laivan merikoeajon yhteydessä tehtyihin mittauksiin. Simulointitulokset vastasivat teoriaa sekä mittaustuloksia varsin hyvin. Voimalaitoksenosalta ei mittaustuloksia ollut käytettävissä, mutta simulointitulokset ovat teorian mukaisia.

Laser-MAG-hybridihitsauksen käyttöönotto laivan rungon valmistuksessa

Perinteisten kaarihitsausmenetelmien suhteellisen suuri lämmöntuonti aiheuttaa huomattavia muodonmuutoksia laivan rungon valmistusprosessin alkuvaiheessa. Muodonmuutosten seurauksena rakenteiden mitta- ja muototarkkuus heikkenee, mikä lisää oikaisu- ja sovitustyötä myöhemmissä työvaiheissa. Hitsausmuodonmuutoksia voidaan vähentää siirtymällä käyttämään laser-MAG-hybridihitsausta, jossa lämmöntuonti on merkittävästi pienempi kuin kaarihitsauksessa. Näin kyetään oleellisesti leikkaamaan oikaisu- ja sovitustyöstä syntyviä kustannuksia. Tämän diplomityön tavoitteena oli kehittää tuotantovalmiiksi kuitulaser- ja MAG-hitsauksen yhdistelmäprosessi Aker Yards Oy:n Turun telakalla loppuvuoden 2006 aikana. Hitsauslaitteiston asennus oli valmistunut kesäkuussa 2006, minkä jälkeen aloitettiin luokituslaitoksen hyväksymän koeohjelman hitsaukset. Käyttöönotto suunnitelmaan sisältyvä koehitsausohjelma oli laadittu Det Norske Veritaksen julkaisemaa ohjetta (Guidelines no. 19) mukaillen. Ensimmäiseksi määritettiin hitsauskokeiden avulla prosessille laadun ja tehokkuuden suhteen optimaalinen railogeometria. Seuraavaksi optimoitiin prosessin hitsausparametrit 6 mm:n aineenpaksuudelle hyödyntäen Taguchi-koesuunnittelumenetelmää. Tämän jälkeen optimiparametreilla hitsattiin koekappale väsytyskokeisiin, jotka suoritettiin Teknillisen korkeakoulun laivalaboratoriossa. Väsytyskoetulokset täyttivät luokituslaitoksen vaatimukset. Myös hitsauksen menetelmäkoe suoritettiin hyväksytetysti. Viimeinen koeohjelman mukainen hitsauskoesarja tehtiin prosessiparametrien sallittujen vaihtelurajojen määrittämiseksi. Diplomityön tavoite täyttyi joulukuussa 2006, jolloin 'laivan kansipaneeli hitsattiin ensimmäistä kertaa uudella hitsausprosessilla. Hitsauksen laatu korreloi hyvin menetelmäkokeen tulosten kanssa ¿ hitsit olivat tasalaatuisia ja ne täyttivät B-luokan vaatimukset.

Laivan hitsattujen runkorakenteiden ainettarikkomattoman tarkastuksen ohjauksen ja valvonnan kehittäminen

Laivan rungonvalmistuksen laadunvarmistuksessa käytetään viranomaisten valvomia NDT-tarkastuksia vaatimustenmukaisuuden varmistamiseksi. Yleisimmin käytettävät NDT-tarkastusmenetelmät laivanrakennuksessa ovat visuaali-, röntgen-, ultraääni-, magneettijauhe- ja tunkeumanestetarkastukset. Diplomityön tavoitteena oli kehittää laivan hitsattujen runkorakenteiden ainettarikkomattoman tarkastuksen ohjausta ja valvontaa Aker Finnyards:n Turun telakalla. Työn alussa selvitettiin NDT-tarkastuksen ohjauksen ja valvonnannykytila ja tunnistettiin kehityskohteita. Tutkimusmenetelminä käytettiin työnmittausta ja havainnointitutkimusta. Merkittävimmiksi kehityskohteiksi havaittiinyleinen epätietoisuus NDT-tarkastuksista laivan runkoprosessissa, selkeän NDT-tarkastusten ohjausjärjestelmän puuttuminen sekä puutteellinen valvonta. Kehityskohteiden tunnistamisen perusteella luotiin toimintamalli NDT-tarkastusten ohjauksen ja valvonnan kehittämiseksi. Toimintamallissa on kuvattuna NDT-tarkastusprosessin tekijät ja informaatiovirrat. Toimintamalli on tarvittaessa päivitettävissä.

Lämmönlähteiden aiheuttamien konvektiovirtausten vaikutus vastakkaiseen tuloilmasuihkuun

Huoneen sisäisten lämpölähteiden aiheuttamilla konvektiovirtauksilla eli pluumeilla on huomattava vaikutus ilmastointipalkkijärjestelmäntoimintaan. Tätä vaikutusta ei ole tutkittu kovin paljon. Tässä työssä tutkittiin huoneen päätyseinässä olevan sähkölämmityspatterin vaikutusta aktiivisen ilmastointipalkin toimintaan. Tutkimus kohdistui vastakkaisten suihkujen törmäykseen. Suihkuina olivat pluumit ja tuloilmavirtaus. Tutkimukseen kuului sekä teoreettinen että kokeellinen osio. Teoreettisessa tarkastelussa käytiin läpi ilmastointipalkin teoriaa sekä konvektiovirtausten muodostumisen teoriaa. Lisäksi esitettiin, kuinka suihkuista lasketaan liikemäärävirta. Kokeellisessa osiossa mitattiin huoneen sisäisten lämpölähteiden aiheuttamia pluumeja. Lämpölähteet oli sijoitettuina tutkimushuoneen päätyseinän viereen. Mittauksissa keskityttiin tarkemmin sähkölämmityspatteriin ja sitä mallinnettiin eri tehoilla. Lisäksi mitattiin ilmastointipalkin tuloilmavirtausta eri ilmamäärillä. Pluumien ja tuloilmavirtauksen törmäyskäyttäytymistä selvitettiin savukuvauksella. Analyysiosiossa sähkölämmityspatterin aiheuttaman pluumin ja palkin tuloilmavirtauksen törmäyskäyttäytymiselle kehitettiin malli. Mallissa huomioitiin vastaikkaisten törmäävien suihkujen liikemäärät ja esitettiin kohdat tutkimushuoneen pituussuunnassa, jossa tuloilmavirtaus kääntyy oleskeluvyöhykkeelle. Ilmastointipalkkijärjestelmässä tuloilmavirtauksen tulisi kääntyä oleskeluvyöhykkeelle vasta huoneen seinustalla. Tutkimuksen perusteella näin käy, jos pluumin liikemäärä on noin 10% tai vähemmän tuloilman liikemäärästä. Muulloin palkin tuloilmavirtaus kääntyy oleskeluvyöhykkeelle liian aikaisin ja aiheuttaa mahdollisestivedontunnetta.