Three-dimensional model of bubbling fluidized bed combustion

 Diplomityön tarkoituksena on kehittää kolmiulotteinen malli kerrosleijupoltolle. Työn kirjallisuusosa sisältää seuraavat perusteet kerrosleijupolton tekniikasta: yleistiedot, leijutus- ja palamisilmiöt, kiinteän aineen ja kaasun sekoittuminen, päästöt ja lämmönsiirto. Lisäksi palamissysteemin mallinnuksen perusteet ja ratkaisumenetelmät ovat esitelty. Työn mallinnusosassa kehitetty koodi on ohjelmoitu Fortran-ohjelmointikielellä. Kehitetty malli perustuu olemassa olevaan malliin kiertoleijupoltosta. Yhtälö kiintoainekonsentraatioprofiilille on vaihdettu ja kiertovirta on poistettu koodista. Mallilla on tehty herkkyystarkasteluja polttoaineen ja kaasun sekoittumisen sekä reaktiokertoimen vaikutukselle. Visualisointi on tehty ohjelmassa Tecplot 360 ja mallinnustuloksia on vertailtu mitattuihin tuloksiin. Mallin laskemattulokset vastaavat hyvin mittaustuloksia ja kokemusperäisiä tietoja; monissa tapauksissa malli pystyy kvantitatiivisesti kuvaamaan parametrien variointia ja kaikissa tapauksissa malli antaa ainakin kvalitatiivisesti oikeita tuloksia. Työhön liittyvän kehityksen ja mallinnuskokemuksen perusteella on tehty ehdotukset mallin tulevaa kehitystä ja mittauksia varten.

A Development and Application of a Three-Dimensional Model for a CFB Gasifier

The developing energy markets and rising energy system costs have sparked the need to find new forms of energy production and increase the self-sufficiency of energy production. One alternative is gasification, whose principles have been known for decades, but it is only recently when the technology has become a true alternative. However, in order to meet the requirements of modern energy production methods, it is necessary to study the phenomenon thoroughly. In order to understand the gasification process better and optimize it from the viewpoint of ecology and energy efficiency, it is necessary to develop effective and reliable modeling tools for gasifiers. The main aims of this work have been to understand gasification as a process and furthermore to develop an existing three-dimensional circulating fluidized bed modeling tool for modeling of gasification. The model is applied to two gasification processes of 12 and 50 MWth. The results of modeling and measurements have been compared and subsequently reviewed. The work was done in co-operation with Lappeenranta University of Technology and Foster Wheeler Energia Oy.

Development of Furnace Model for Bubbling Fluidized Bed Boiler

The aim of this thesis was to develop a model, which can predict heat transfer, heat release distribution and vertical temperature profile of gas phase in the furnace of a bubbling fluidized bed (BFB) boiler. The model is based on three separate model components that take care of heat transfer, heat release distribution and mass and energy balance calculations taking into account the boiler design and operating conditions. The model was successfully validated by solving the model parameters on the basis of commercial size BFB boiler test run information and by performing parametric studies with the model. Implementation of the developed model for the Foster Wheeler BFB design procedures will require model validation with existing BFB database and possibly more detailed measurements at the commercial size BFB boilers.

Validation of a 3D model for oxygen combustion in a circulating fluidized bed

In this thesis, a model called CFB3D is validated for oxygen combustion in circulating fluidized bed boiler. The first part of the work consists of literature review in which circulating fluidized bed and oxygen combustion technologies are studied. In addition, the modeling of circulating fluidized bed furnaces is discussed and currently available industrial scale three-dimensional furnace models are presented. The main features of CFB3D model are presented along with the theories and equations related to the model parameters used in this work. The second part of this work consists of the actual research and modeling work including measurements, model setup, and modeling results. The objectives of this thesis is to study how well CFB3D model works with oxygen combustion compared to air combustion in circulating fluidized bed boiler and what model parameters need to be adjusted when changing from air to oxygen combustion. The study is performed by modeling two air combustion cases and two oxygen combustion cases with comparable boiler loads. The cases are measured at Ciuden 30 MWth Flexi-Burn demonstration plant in April 2012. The modeled furnace temperatures match with the measurements as well in oxygen combustion cases as in air combustion cases but the modeled gas concentrations differ from the measurements clearly more in oxygen combustion cases. However, the same model parameters are optimal for both air and oxygen combustion cases. When the boiler load is changed, some combustion and heat transfer related model parameters need to be adjusted. To improve the accuracy of modeling results, better flow dynamics model should be developed in the CFB3D model. Additionally, more measurements are needed from the lower furnace to find the best model parameters for each case. The validation work needs to be continued in order to improve the modeling results and model predictability.

GateKeeper - Käyttäjienhallintaohjelma

Tämän insinöörityön tavoitteena oli suunnitella ja toteuttaa selainpohjainen käyttäjienhallintaohjelma GateKeeper Karttakeppi.com-työryhmälle. GateKeeper-ohjelma kuuluu osana laajempaan ohjelmistoprojektiin, jonka tarkoituksena on tuottaa opetusmateriaalia etäopiskelijoille Internetissä. Etäopetusmateriaalin tuottamisessa käytetään useita ohjelmia, joille on määriteltävä eritasoisia käyttäjätunnuksia ja käyttöoikeuksia. Ohjelmien käyttäjienhallintamekanismit ovat erilaisia, mikä osaltaan lisää järjestelmän ylläpitäjien työtä ja vastuuta. GateKeeper-ohjelman tavoitteena on nopeuttaa, helpottaa ja yksinkertaistaa käyttäjienhallintaan liittyviä toimintoja tietoturvallisesti. GateKeeper-ohjelma on suunniteltu siten, että uusien käyttäjien ja ohjelmien lisäämiselle ei ole asetettu rajoja. Jokaisen lisättävän ohjelman yhteydessä on kuitenkin selvitettävä kyseisen ohjelman käyttäjienhallintamekanismi. Tässä insinöörityössä tutkittiin, miten versionhallintaohjelma Subversionin, julkaisujärjestelmä Mambon, sekä oppimisalusta Moodlen käyttäjiä voidaan keskitetysti hallinnoida GateKeeper-ohjelman avulla. GateKeeper-ohjelma noudattaa arkkitehtuuriltaan kolmikerrosmallia, jossa käyttöliittymä, sovelluslogiikka ja tietovarasto on erotettu toisistaan. Ohjelma koostuu joukosta PHP-kielellä toteutettuja dynaamisia web-sivuja. Tietovarastona käytetään tietokantapalvelimella sijaitsevaa MySQL-tietokantaa.

Paperiteollisuuden prosessinostureiden elinjaksokustannuslaskenta

Tutkimuksen tavoitteena oli selvittää, kuinka paljon paperi- ja kartonkikoneiden prosessinosturit aiheuttavat kustannuksia siirrettyä tonnia kohti. Asiaa tarkasteltiin asiakkaan näkökulmasta. Työn lisätavoitteena oli myös pohtia uutta elinjaksokustannuksiin perustuvaa nostopalvelumallia, jossa asiakas maksaa saamastaan hyödystä siirrettyjen tonnien mukaisesti. Elinjaksokustannuslaskentaa (LCC= Life Cycle Cost) hyödynnetään laskettaessa tuotteeseen kohdistuvia kokonaiskustannuksia. Työssä tutkittiin neljää eri prosessinosturia, joiden kustannukset jaettiin investointi-, käyttö-, kunnossapito- ja epäkäytettävyyskustannuksiin. Tämän kustannusten jaottelun perusteella työssä rakennettiin LCC-laskentamalli, jonka avulla nostureiden vuosittaiset kustannukset voitiin määrittää. Työssä tutkittujen neljän nosturin tapauksissa saatiin laaditulla laskentamallilla kokonaiskustannuksiksi 0,50 - 1,00 euroa ja kunnossapitokustannuksiksi 0,07 - 0,14 euroa siirrettyä tonnia kohti. Herkkyysanalyysien tuloksissa laskentakorolla oli kolmessa tapauksessa neljästä suurin vaikutus kokonaistulokseen. Kymmenen prosentinmuutos laskentakorossa vaikutti noin 6 % - 7,5 %:a lopputulokseen. Huoltotuntien määrällä taas oli tutkituista tekijöistä vähiten vaikutusta kokonaistulokseen. Nostopalvelusta luotiin kolmitasoinen. Ylimmällä tasolla asiakkaan ei enää tarvitse omistaa omaa nosturia, vaan asiakas maksaa ainoastaan siirretyistä tonneista. Tarkastelun johtopäätöksenä on, että solmimalla nostopalvelusopimuksen asiakas voi saada paremman ennustettavuuden kunnossapitokustannuksiinsa ja mahdollisuuden säästää omistuskustannuksissa.

Modelling the Knowledge Interface between Sales and Production Functions of a Company. Case: New Service Development Process.

Yrityksen sisäisten rajapintojen tunteminen mahdollistaa tiedonvaihdon hallinnan läpi organisaation. Idean muokkaaminen kannattavaksi innovaatioksi edellyttää organisaation eri osien läpi kulkevaa saumatonta prosessiketjua sekä tietovirtaa. Tutkielman tavoitteena oli mallintaa organisaation kahden toiminnallisesti erilaisen osan välinen tiedon vaihto. Tiedon vaihto kuvattiin rajapintana, tietoliittymänä. Kolmiulotteinen organisaatiomalli muodosti tutkimuksen pääteorian. Se kytkettiin yrityksen tuotanto- ja myyntiosiin, kuten myös BestServ-projektin kehittämään uuteen palvelujen kehittämisen prosessiin. Uutta palvelujen kehittämisen prosessia laajennettiin ISO/IEC 15288 standardin kuvaamalla prosessimallilla. Yritysarkkitehtuurikehikoita käytettiin mallintamisen perustana. Tietoliittymä nimenä kuvastaa näkemystä siitä, että tieto [tietämys] on olemukseltaan yksilöiden tai ryhmien välistä. Mallinnusmenetelmät eivät kuitenkaan vielä mahdollista tietoon [tietämykseen] liittyvien kaikkien ominaisuuksien mallintamista. Tietoliittymän malli koostuu kolmesta osasta, joista kaksi esitetään graafisessa muodossa ja yksi taulukkona. Mallia voidaan käyttää itsenäisesti tai osana yritysarkkitehtuuria. Teollisessa palveluliiketoiminnassa sekä tietoliittymän mallinnusmenetelmä että sillä luotu malli voivat auttaa konepajateollisuuden yritystä ymmärtämään yrityksen kehittämistarpeet ja -kohteet, kun se haluaa palvelujen tuottamisella suuremman roolin asiakasyrityksen liiketoiminnassa. Tietoliittymän mallia voidaan käyttää apuna organisaation tietovarannon ja tietämyksen mallintamisessa sekä hallinnassa ja näin pyrkiä yhdistämään ne yrityksen strategiaa palvelevaksi kokonaisuudeksi. Tietoliittymän mallinnus tarjoaa tietojohtamisen kauppatieteelliselle tutkimukselle menetelmällisyyden tutkia innovaatioiden hallintaa sekä organisaation uudistumiskykyä. Kumpikin tutkimusalue tarvitsevat tarkempaa tietoa ja mahdollisuuksia hallita tietovirtoja, tiedon vaihtoa sekä organisaation tietovarannon käyttöä.

Workplace adjustment of an expatriate manager: identifying key components from a social capital perspective

Perustaen tutkimuksen kansainvälisen sopeutumisen teoreettiselle rungolle täydentäen sitä sosiaalisen pääoman teorialla, tämä tutkielma tutkii kuinka johtoasemassa oleva ulkosuomalainen luo hyvin toimivan sosiaalisen verkoston hong kongilaisella työpaikallansa. Tutkielma lähestyy aihetta Nahapietin ja Ghoshalin (1998) kehittämän sosiaalisen pääoman kolmen ulottuvuuden mallin avulla. Tutkielmassa kirjallisuudesta haettua teoriaa käytetään tutkimustavarten tehtyjen haastattelujen analysointiapuna. Tutkimalla sosiaalista pääomaa, kansainvälisen sopeutumisen kirjallisuutta, ekspatriootin perinteisiä menestystekijöitä ja guanxia (kiinalaisten henkilökohtaisia siteitä) tämän tutkimuksen teoriaosuus implikoi, että sosiaalisella pääomalla tulisi olla täydentävä rooli kansainvälisen sopeutumisen kirjallisuudessa. Sosiaalisen pääoman kolmen ulottuvuuden mallia käytetään pohjana empiirisen datan analysointiin. Tutkielman empiiriset tulokset osoittavat, että työpaikan sosiaaliseen verkostoon sopeutuminen liittyy exspatriootin kykyyn käsitellä estäviä ja mahdollistajia sosiaalisen pääoman luontiin vaikuttavia tekijöitä. Lisäksi sopeutuminen vaatii exspatriootin tunnistavan kohdemaalle tyypillisiä exspatriootin menestystekijöitä ja ekspatriootinomia tärkeitä henkilökohtaisia ominaisuuksia.

Osuuskaupan asiakasomistajien asiakaskäyttäytymiseen vaikuttavat asenteelliset ja psykologiset tekijät

Tämän tutkielman tarkoituksena on selittää asiakasomistajien asiakaskäyttäy-tymiseen vaikuttavia asenteellisia ja psykologisia tekijöitä taloudellisten kan-nustimien läsnä ollessa. Asiakaskäyttäytyminen jaetaan tutkielmassa kolmeen eri muotoon, word-of-mouth - käyttäytymiseen, ostojen suhteelliseen keskittämiseen sekä vaihtohalukkuuteen. Asiakaskäyttäytymisen eri aspekteja selitetään organisationaalisen identifioitumisen, sitoutumisen kolmen komponentin, organisaation imagon sekä psykologisen omistajuuden käsitteiden avulla. Samalla tarkastellaan käsitteiden muodostumismekanismeja asiakaskontekstissa. Tutkielma on luonteeltaan kvantitatiivinen tutkimus, jossa kerättyä survey -aineistoa analysoidaan käsitteiden välisten suhteiden ja vaikutusten löytämiseksi polkuanalyysiä käyttäen. Tuloksina havaittiin useiden asiakasomistajien kokemien psykologisten tilojen vaikuttavan asiakaskäyttäytymisen elementteihin taloudellisten kannustimien lisäksi. Tutkielmassa havaittiin myös psykologisen omistajuuden sekä organisationaalisen identifioitumisen olevan relevantteja käsitteitä osuustoiminnallisen yrityksen jäsenien asiakaskäyttäytymistä tutkittaessa, vaikkei niitä aiemmin ole juurikaan tutkittu tämäntyyppisissä konteksteissa. Tutkielman käsitteiden muodostumismekanismien havaittiin noudattavan pääosin kirjallisuudessa esitettyjä näkemyksiä.

Wavelet Analysis in Turbulence

The objective of this thesis is to study wavelets and their role in turbulence applications. Under scrutiny in the thesis is the intermittency in turbulence models. Wavelets are used as a mathematical tool to study the intermittent activities that turbulence models produce. The first section generally introduces wavelets and wavelet transforms as a mathematical tool. Moreover, the basic properties of turbulence are discussed and classical methods for modeling turbulent flows are explained. Wavelets are implemented to model the turbulence as well as to analyze turbulent signals. The model studied here is the GOY (Gledzer 1973, Ohkitani & Yamada 1989) shell model of turbulence, which is a popular model for explaining intermittency based on the cascade of kinetic energy. The goal is to introduce better quantification method for intermittency obtained in a shell model. Wavelets are localized in both space (time) and scale, therefore, they are suitable candidates for the study of singular bursts, that interrupt the calm periods of an energy flow through various scales. The study concerns two questions, namely the frequency of the occurrence as well as the intensity of the singular bursts at various Reynolds numbers. The results gave an insight that singularities become more local as Reynolds number increases. The singularities become more local also when the shell number is increased at certain Reynolds number. The study revealed that the singular bursts are more frequent at Re ~ 107 than other cases with lower Re. The intermittency of bursts for the cases with Re ~ 106 and Re ~ 105 was similar, but for the case with Re ~ 104 bursts occured after long waiting time in a different fashion so that it could not be scaled with higher Re.

Tietämyksen kasvattamisen keinot Case: Handwise Oy:n tietämyksen kasvattaminen yksilön ja organisaation oppimisen keinoin

Työn tavoitteena oli selvittää yksilön ja organisaation tietämystä sekä niiden kasvattamista. Tarkoituksena oli löytää yksilön ja organisaation tietämyksen yhdistäviä tekijöitä. Tutkimusmetodologia oli empiirinen deskriptiivinen tutkimus ja tutkimusmenetelmä oli kvalitatiivinen perustuen kymmeneen teemahaastatteluun. Tutkimuksen tuloksena oli, että tietotyöntekijät kasvattavat omaa ja organisaation tietämystä samankaltaisin keinoin, eikä niiden välillä mielletty olevan suurtakaan eroa. Työssä kokeminen yrityksen ja erehdyksen kautta kerrottiin tärkeimmäksi menetelmäksi kasvattaa omaa tietämystä. Kirjoja arvostettiin erityisen paljon tietämyksen kasvattamisessa ja se ohitti tiedon lähteenä jopa internetin. Työkollegat olivat kolmas tärkeä tietämyksen lähde. Kaksi tärkeintä edellytystä tietämyksen kasvattamisessa olivat opiskelun aikana saatu tietopohja sekä oma kiinnostus ja motivaatio. Organisaation tietämyksen kasvattamisessa tärkeimmäksi tekijäksi nousivat dokumentointi, virheistä oppiminen, sisäinen kommunikointi, tietojärjestelmät ja avoin organisaatiokulttuuri. Tutkimuksen perusteella syntyi kolmivaiheinen malli tietämyksen kasvattamisen kehästä, jonka elementit ovat edellytykset, lähteet ja menetelmät. Kehän keskellä on työssä oppiminen, joka on tärkein tekijä tietämyksen kasvattamisessa. Case-yrityksen toiminta oppivana organisaationa osoitti, että yrityksessä tulisi panostaa erityisesti oppimisen tukemiseen ja johtamiseen. Myös tiedon dokumentointi ja muuttaminen avoimeen muotoon sekä yrityksen prosessit tarvitsevat selkiyttämistä. Organisaation avoimuus ja ilmapiiri osoittautuivat hyviksi, mikä auttaa osaltaan tietämyksen kasvattamista.

Kvantitatiivisen osakepisteytysmallin testaaminen Euroopan markkinoilla

Tutkielman tavoitteena on testata kvantitatiivisen osakepisteytysmallin tehokkuutta Euroopan osakemarkkinoilla. Osakepisteytysmalli järjestää osakkeet paremmuusjärjestykseen yrityskohtaisten tunnuslukujen avulla. Pisteytysmallin suositusten mukaan luodaan testisalkku ajanjaksolta 2002 2007. Testisalkun tuottoa mitataan pääomahyödykkeiden hinnoittelumallin sekä Faman ja Frenchin kolmen faktorin mallin avulla. Testisalkkua testataan markkina arvopainoisena sekä tasapainoisena. Tasapainoisessa salkussa jokaista osaketta painotetaan yhtäläisesti. Testisalkun rinnalle luodaan lisäksi vertailusalkku satunnaisista osakkeista. Tasapainotettu testisalkku tuotti tarkasteluajanjaksolla tilastollisesti merkitsevää markkinariskikorjattua ylituottoa 0,7 prosenttia kuukaudessa. Kolmen faktorin mallin avulla laskettu ylituotto ei ollut merkitsevä. Yrityskokofaktori sekä markkinatuotto näyttivät selittävän vahvasti testisalkun tuottoja. Yrityskoon vaikutus näkyi myös markkina arvopainotetussa salkussa, jonka tuotto ei päihittänyt markkinatuottoa. Vertailusalkku ei tuottanut tilastollisesti merkitsevää ylituottoa.

Marketing of Lappeenranta University of Technology energy auditing services

The objective of this study was to find out how LUT Energy should start marketing its energy audit services, what would be the optimal pricing policy for its services and how LUT Energy could manage customer expectations towards quality of its auditing services. In order to answer these questions, a quantitative survey questionnaire was sent by e-mail to 56 companies from the regions of South Karelia and Kymenlaakso. The empirical data of the study was the answers and opinions of the companies, previous researches about energy efficiency and articles and presentations about the current situation in the energy efficiency market. The results of the study were that there is a great potential for energy audit services and also the legislation requires companies to improve their energy efficiency. To start marketing its services, LUT Energy should first clarify its service concept and divide its service offering into two offers. It should also clarify the marketing message it wants to send its customers and then do the marketing with the help of three-way-model. The best pricing policy for the service would be that the price is proportioned to the future savings. In order to ensure the quality of its services, LUT Energy has to make sure that both dimensions of the quality are managed properly and to fade out customer expectations towards the quality the auditing work has to be monitored.

Modelling of calciner in post-combustion carbon capture process

Climate change has given an impetus to research and developed new technologies to reduce significantly carbon dioxide emissions in energy production in the developed countries. The major pollution source, fossil fuels, will be used as an energy source for many decades, which provides the demand for carbon capture and storage technologies. Over recent years many new technologies has been developed and one of the most promising is calcium-looping in post-combustion carbon capture process, which use carbonation-calcination cycle to capture carbon dioxide from the flue gas of a combustion process. First pilot plant for calcium-looping process has been built in Oviedo, Spain. In this study, a three-dimensional model has been created for the calciner, which is one of the two fluidized bed reactors needed for the process. The calciner is a regenerator where the captured carbon dioxide is removed from the calcium material and then collected after the reactor. Thesis concentrates in creating the calciner 3D-model frame with CFB3D-program and testing the model with two different example cases. Used input parameters and calciner geometry are Oviedo pilot plant design parameters. The calculation results give information about the process and show that pilot plant calciner should perform as planned. This Master’s Thesis is done in participation to EU FP7 project CaOling.

Yrityksen koko ja book-to-market ilmiöt Yhdysvaltojen osakemarkkinoilla

Tämä kandidaatintutkielma käsittelee yrityksen kokoon ja book-to-market arvoon perustuvia anomalioita Yhdysvaltojen osakemarkkinoilla. Tutkimuksen kohteena on epänormaalien tuottojen saavuttaminen kyseisten anomalioiden kautta erityisesti finanssikriisin aikana. Osakeportfolioiden analysointi tapahtuu pääasiassa Fama-French kolmifaktorimallin avulla.