Laboratoriokäyttöön soveltuvan syklonin suunnittelu

Tässä kandidaatintyössä tarkastellaan laboratoriokäyttöön soveltuvan syklonin suunnittelussa huomioitavia asioita. Työn kokeellisessa osuudessa tarkastellaan aiemmin nesteen ja kiintoaineen erotukseen käytetyn hydrosyklonin soveltuvuutta kaasun ja kiintoaineen erotukseen. Syklonit ovat laajasti käytössä olevia kaasun ja kiintoaineen erotukseen suunniteltuja laitteita. Yksinkertainen, ilman liikkuvia osia toteutettu rakenne tekee sykloneista kustannuksiltaan alhaisen ja toimintavarman ratkaisun moniin teollisuuden ilmanpuhdistustarpeisiin. Yleinen käyttökohde on esimerkiksi poistoilman esipuhdistus ennen pienhiukkaskeräintä. Työn kirjallisuusosassa käydään läpi suureet, joiden avulla syklonien toimintaa voidaan arvioida ja vertailla. Lisäksi esitellään yleisimmät syklonin rakenneratkaisut sekä syklonin erot ja yhteneväisyydet muiden erotuslaitteistojen kanssa. Lopuksi käydään läpi, miten erilaiset käyttöolosuhteet tai syklonin ominaisuudet vaikuttavat syklonin toimintaan ja tehokkuuteen. Kokeellisessa osassa esitellään menetelmiä laboratoriokäyttöön soveltuvan syklonin mittasuhteiden määrittämiseksi perustuen laboratoriosyklonille asetettuihin vaatimuksiin ja ennalta määrättyyn halkaisijaan. Laskettuja arvoja vertaillaan mainittuun hydrosykloniin. Lisäksi analysoidaan hydrosyklonin tehokkuutta kaasun ja kiintoaineen erotuksessa sen käsittelemän kalkin partikkelikokojakaumien perusteella. Kokeellisen osan tuloksista havaitaan, että hydrosykloni ei ilman muutoksia suoraan sovellu kiintoaineen ja kaasun erotukseen. Suurimmaksi ongelmaksi tämän työn yhteydessä nousee kiintoaineen tarttuminen laitteiston sisään staattisen sähkön ja liian pienen virtausnopeuden vaikutuksesta. Virtausnopeutta sisääntuloputkessa voitaisiin kasvattaa sen halkaisijaa pienentämällä tai tilavuusvirtaa kasvattamalla. Syklonin muokkaaminen paremmin vastaamaan standardimittasuhteita parantaisi todennäköisesti virtausprofiileja laitteiston sisällä. Lisäksi rakennemateriaalin vaihtaminen metalliin olisi suositeltavaa staattisen sähkön eliminoimiseksi.

Tehdään seminaariin ohjelmanumero - ei kun tehdäänkin oikea peli! Off Topic -pelin suunnittelu ja testaus 2010-2011

Tutkimuksen tarkoituksena on esitellä keskustelupalstoja simuloivan korttipelin ”Off Topicin” suunnitteluprosessi pelinkehittäjien näkökulmasta. Tutkimuksen keskiössä on pelitestaus. Miten peliä testattiin, millainen vaikutus pelitestauksilla oli ja miten testaukset muuttivat peliä. Tutkimusaineistona toimivat pelisuunnitteluprosessin aikana syntyneet dokumentit, muistinpanot, pelaajapalautteet, prototyypit sekä tuotantomateriaalit. Off Topic on Turun yliopiston digitaalisen kulttuurin oppiaineen pelijulkaisusarjan ensimmäinen tuote. Tutkimus on luonteeltaan soveltava, sillä se sisältää kirjallisen osion lisäksi myös 504 kappaleen painoksen kyseisestä korttipelistä. Keskeisin tutkimustulos on pelisuunnittelun vaiheiden kuvaaminen mahdollisimman tarkasti siihen liittyvien elementtien vuorovaikutuksen kautta. Peliä suunniteltiin testausten, prototyyppien ja niihin tehtyjen muutosten syklinä, johon vaikuttivat lisäksi meidän pelisuunnittelijoiden omat mielenkiinnonkohteet ja aiemmat kokemukset pelisuunnittelun alalta. Lisäksi tutkimus käsittelee ideoiden syntymistä sekä ongelmaratkaisua etenkin testausten ja luovan ajattelun kautta. Tutkimuksen kautta pystyy näkemään pelisuunnittelun kehityskaaren, joka johti valmiin tuotteen syntymiseen. Tutkimuksessa kulkevat mukana niin epäonnistuneet kuin keskeneräisetkin kokeilut, mutta myös ne ahaa-elämykset, jotka johtivat valmiin pelimekaniikan syntymiseen. Prosessin kuvaaminen on tärkeää senkin vuoksi, että tulevissa peliprojekteissa on mahdollista ottaa näistä oppia. Tutkimus myös tarjoaa yhden mallin siitä miten peliprojekti voi edetä ja mitä vaiheita se pitää sisällään.

Sähkömoottorin etäohjausjärjestelmän suunnittelu ja testaus

Tämä kandityön aihe liittyy LUT Energialla lukuvuonna 2012 – 2013 käynnissä olevaan tutkimukseen, jossa tutkitaan sähkömoottorin laakerivirtojen syntyä. Tätä tutkimusta varten tarvittiin sähkömoottorin etäohjausjärjestelmä, jonka avulla tutkimuksessa käytettävän sähkömoottorin käyttäytymistä voitaisiin tutkia erilaisien käyttöprofiileiden funktiona. Tässä kandityössä suunnitellaan ja toteutetaan edellä kuvattu järjestelmä. Toteutuksessa hyödynnetään nykyaikaista automaatiotekniikkaa, joka yhdessä Ethernet-lähiverkkotekniikan kanssa mahdollistaa etäohjauksen. Valmiin etäohjausjärjestelmän avulla käyttäjä pystyy sekä käynnistämään että sammuttamaan sähkömoottorin, ja määrittämään käyttöprofiilin ON- ja OFF-tilojen ajalliset kestot sekä käyntinopeudet.

Vedenkäsittelyjärjestelmän suunnittelu ja toteutus

Luonnonvedet sisältävät monenlaisia epäpuhtauksia, jotka aiheuttavat ongelmia käytettäessä vettä voimalaitoksissa. Kattilakiveä aiheuttava veden kovuus on yksi tärkeimmistä epäpuhtauksista, joten sen poistaminen on ensisijaista. Partikkelikooltaan suurimmat epäpuhtaudet saadaan poistettua mekaanisesti, mutta pienimpien poistamiseen tarvitaan kemiallisia menetelmiä. Kemiallisista menetelmistä tärkein on ioninvaihto. Ioninvaihdossa vaihdetaan vedessä olevien suolojen positiiviset metalli-ionit vetyioneihin ja negatiiviset epämetalli-ionit hydroksyyli-ioneihin. Näiden reagoidessa syntyy puhtaita vesimolekyylejä. Tässä työssä esitellään Lappeenrannan teknillisen yliopiston Ydinturvallisuuden tutkimusyksikköön vuonna 2011 rakennetun vedenkäsittelylaitteiston suunnittelua ja toteutusta. Vähäisestä kattilaveden tarpeesta johtuen raakavetenä käytetään vesijohtovettä. Vedenpehmennyksen hoitaa Eurowater SM-laitteisto ja täyssuolanpoistoon valittiin Eurowater Silex IIB-laite. Suurin haaste muodostui magneettisille virtausmittareille liian puhtaasta vedestä, koska niiden toiminta vaatii tietyn sähkönjohtavuuden. Tämän korjaamiseksi laitteistoon rakennettiin järjestelmä, joka syöttää suolapitoista pehmennettyä vettä koelaitteelle menevään prosessiveteen.

Hakkeen kuivaus ennen varastointia ja biopolttoaineterminaalin suunnittelu

Lempäälään aiotaan rakentaa uusi kaukolämpölaitos, jossa polttoaineena käytettäisiin haketta. Nykyään Lempäälässä tuotetaan kaukolämpöä maakaasulla, jonka käyttämisestä halutaan siirtyä käyttämään lähialueilta saatavaa biopolttoainetta. Tässä työssä halutaan selvittää, mitä hyötyjä saataisiin hakkeen koneellisesta kuivauksesta. Työn toisena tavoitteena on suunnitella ja pohtia biopolttoaineterminaalin rakentamista sekä käsitellä hakkeen varastointia yleensä. Työssä tutustutaan hakkeeseen aiheesta kertovan kirjallisuuden avulla. Työssä on myös laskettu hakkeen kuivauksesta saatavia hyötyjä hakkeen lämpöarvoon sekä energiatiheyteen. Erityisesti perehdytään metsätähdehakkeeseen, rankahakkeeseen, kuorihakkeeseen sekä sahanpuruun. Laskelmien tuloksista on havaittu, että suurin hyöty hakkeen energiatiheyden parantumisessa saadaan kun hake kuivataan 35 % kosteuspitoisuuteen. Tämän jälkeen energiatiheyden paraneminen tapahtuu hitaammin. Hakkeen kuivauksesta saadaan myös muita hyötyjä kuin energiatiheyden paraneminen. Kuivan hakkeen käsittelyn ja varastoinnin on havaittu olevan vaivattomampaa kuin märän hakkeen. Biopolttoaineterminaalin ja voimalaitoksen tulisi sijaita rinnakkain, jotta hakkeen kuivauksesta saadaan mahdollisimman kustannustehokasta. Näin ollen syntyisi myös säästöjä hakkeen kuljetuksen suhteen. Biopolttoaineterminaalin rakentamista varten tarvittaisiin tilaa alustavien laskelmien perusteella noin yksi hehtaari. Työssä on myös laskettu biopolttoaineterminaalin rakentamisesta aiheutuvia kustannuksia sekä hakkeen kuljetuksesta koituvia logistiikka kustannuksia. Haketerminaalin ja voimalaitoksen sijaintia Lempäälässä on myös kartoitettu.

Plan B from Outer Space - InsomniaGame-pelin suunnittelu ja toteutus 2010–2011

InsomniaGame oli Turun yliopiston digitaalisen kulttuurin oppiaineen ja Insomnia verkkopeliyhdistyksen yhteistyössä vuosina 2010 ja 2011 toteuttama pelikonseptikokeilu. InsomniaGame oli osa laajempaa ”CoEx: Yhteisöllistä tekemistä tukevat tilat kokemusten jakamisessa” kaksivuotista (1.10.2009–31.12.2011) hanketta, jonka toteuttivat yhteistyössä Turun yliopiston Porin yksikkö, Tampereen teknillisen yliopiston Porin yksikkö ja Tampereen yliopisto. Hankkeen tavoitteena oli toteuttaa sosiaalista mediaa, yhteisöllisyyttä ja lisättyä todellisuutta hyödyntäviä virtuaalisia ja julkisia tiloja, joissa käyttäjät voivat jakaa kokemuksia. Tutkimus on luonteeltaan soveltava pro gradu -tutkielma, joka sisältää kaksi vuotta kestäneen ja kaksi pelisovellusta sisältävän työosuuden. InsomniaGame koostui erilaisista pelaajien suorittamista tehtävistä, pelialustasta sekä taustatarinasta. Päätutkimuskysymykset ovat: Mitkä tekijät vaikuttivat pelisuunnitteluprosessiin ja miten? Työ esittelee InsomniaGame-pelin kehityksen. Erityistarkastelussa ovat suunnitteluprosessin ja pelin sisällölliset muutokset sekä niihin vaikuttaneet tekijät. Pelin kehitys perustui pääasiassa erilaisiin dokumentteihin, joita käytettiin suunnittelun apuvälineenä sekä viestinnässä projektin eri toimijoiden kesken. Tutkimus pyrkii syntyneiden dokumenttien sekä pelisuunnittelijoiden muistin perusteella rekonstruoimaan InsomniaGame-pelisovelluksen kehityskaaren. InsomniaGamen kehityksessä oli monia tekijöitä, jotka muuttuivat sen kehityskaaren aikana. Itse pelin sisältö, kuten myös suunnittelutapa, muuttuivat kahden vuoden aikana huomattavasti. Pelillä oli myös monia erityispiirteitä, jotka tekevät sen kehityksestä ainutlaatuisen, sillä esimerkiksi pelin testaaminen yhtenä kokonaisuutena oli mahdotonta. Lisäksi peli oli tutkimus- ja yhteistyöprojekti, jossa oli mukana monia eri toimijoita ja erityisesti tutkimuksessa korostuu yhteistyökumppani Insomnia verkkopeliyhdistyksen osallisuus. InsomniaGamen kummankaan vuoden toteutus ei sujunut odotetulla tavalla, mikä osaltaan vaikutti etenkin jälkimmäisen vuoden pelin suunnitteluun. Varsinainen suunnittelutyö kuitenkin eteni ensimmäisenä vuonna käytetyn mallin mukaisesti, mutta kuitenkin niin että alkuperäiset oletukset pelisuunnittelusta ja lopputuloksesta muuttuivat. Tämän vuoksi peliprojektia voi paikoitellen luonnehtia jopa kaoottiseksi, ja erityisesti toteutusvaiheessa jouduttiin luomaan nopealla aikataululla uusia toimintamalleja. Työ toimii mallina tuleville peliprojekteille, mutta erityisen tärkeää olisi luoda yhtenäinen kehitysalusta vastaavanlaisia projekteja varten.

Ensimmäisen maahanlaskudivisioonan lääkintähuolto operaatio Market-Gardenissa : "suunnittelu, toteutus ja lopputulos"

Syyskuussa 1944 liittoutuneet suorittivat toisen maailmansodan suurimman maahanlaskuoperaation. Operaatio Market-Gardenilla oli tarkoitus kiertää saksalaisten puolustus ja päättää sota ennen joulua. Operaatiolla ei kuitenkaan päästy siihen lopputulokseen kuin oli haluttu. Brittien ensimmäinen maahanlaskudivisioona tuhottiin lähes kokonaan Arnhemin kaupungissa. Divisioonan 10 000 miehestä noin 8 000 kaatui, haavoittui tai jäi vangiksi. Tutkimus on luonteeltaan kuvaileva ja siinä selvitetään ensimmäisen maahanlaskudivisioonan lääkintähuollon suunnittelua ja toimintaa operaatio Market- Gardenissa. Tutkimusongelmana on: Kuinka ensimmäisen maahanlaskudivisioonan lääkintähuolto toimi operaatio Market-Gardenissa, ja kuinka se toiminnassaan onnistui? Alatutkimusongelmia ovat: - Minkälaisilla perusteilla operaation lääkintähuolto suunniteltiin? - Minkälainen toimintaympäristö lääkintähuollolla oli operaatiossa? - Kuinka lääkintähuollon johtajat onnistuivat tehtävissään? Lähteinä tutkimuksessa on ensimmäisen maahanlaskudivisioonan lääkintähuoltoa käsitteleviä teoksia sekä näiden rinnalla operaatiota yleisesti käsitteleviä teoksia. Tutkimusmenetelmänä on deduktio ja sen rinnalla yksityiskohtien tarkastelussa on induktio. Ensimmäisen maahanlaskudivisioonan lääkintähuolto joutui suurien vaikeuksien eteen Arnhemin taistelun aikana. Operaatiota varten laadittu lääkintähuoltosuunnitelma ei pitänyt paikkaansa kuin kaksi ensimmäistä operaatiopäivää, jonka jälkeen tilanne alueella muuttui jokseenkin kaoottiseksi. Koko divisioona joutui asettumaan puolustukseen pienelle alueelle ja koko lääkintähuolto keskitettiin samalla alueelle. Puolustusalueella lääkintähuolto joutui huolehtimaan jopa 2 000 haavoittuneesta. Suuren potilasmäärän lisäksi lääkintähuoltoa vaikeutti se, että kolmannes lääkintävoimasta oli joutunut saksalaisten vangiksi heti ensimmäisinä päivinä ja viestiyhteydet alueella eivät toimineet. Arnhemissa lääkintähuolto nousi taisteluiden yläpuolelle ja tämä pelasti satojen miesten hengen. Potilaat evakuoitiin taistelun osapuolten sopimuksella saksalaisiin sairaaloihin, jossa he saivat tarvittavaa hoitoa. Taisteluiden päätyttyä Arnhemissa ensimmäisen maahanlaskudivisioonan rippeet vedettiin Rein-joen yli, mutta lääkintähenkilöstö jäi haavoittuneiden kanssa paikoilleen. Henkilöstö otettiin sotavangiksi ja kuljetettiin pois. Haavoittuneita varten perustettiin brittiläinen sotasairaala, jota pyörittivät brittien lääkärit ja lääkintämiehet. Sairaala toimi aina huhtikuuhun 1945 asti, kunnes sen vapauttivat kanadalaiset joukot. Olosuhteet huomioon otettaessa, lääkintähuolto onnistui tehtävässään. Onnistumisen takana oli yksittäisten miesten panos haavoittuneiden puolesta. Myös paikallisten asukkaiden apu lääkintähuollolle oli merkittävä.

Vesikäyttöisen koneen venttiilikoneiston suunnittelu

Vedellä toimivat koneet ovat nykypäivänä jo vanha keksintö. Vuosien saatossa tämä tekniikka on kehittynyt öljyllä toimiviin hydraulisiin koneisiin. Nykyisin insinöörit kuitenkin yrittävät kehittää vedestä voimanlähteen koneille muuttamalla veden kemiallisen molekyylirakenteen H20 epävakaaseen, mutta runsasenergiseen vetykaasuun H2. Perinteisen hydrauliikkasylinterin toiminta perustuu nesteen kokonpuristumattomuuteen, paineeseen sekä venttiilien oikea-aikaiseen toimintaan, jota tässä työssä sovelletaan vahvasti. Tämä hydrauliikkatekniikka on ollut olemassa jo pitkään, mutta tiedettävästi vesikäyttöiset koneet ovat olleet modernin hydrauliikkatekniikan innoittajia. Aikaisimmat sovellutukset vievät juurensa aina 1600-luvun alkupuolelle, mutta hydrauliikka nesteiden kehittyessä vesikäyttöisten koneiden suunnittelu voimansiirrosta muuttui turbiineiksi.

Turbiinin testilaitteen alustava suunnittelu

Tässä työssä esitellään aluksi aksiaaliturbiinia ja sen ominaisuuksia. Turbiinista kerrotaan yleisesti sen käyttökohteista, rakenteesta ja eri toteutustavoista. Ominaisuuksissa on keskitytty aksiaaliturbiinin häviöihin ja hyötysuhteen laskentaan. Työssä kerrotaan myös lineaarikaskadeista, kuvaillaan niiden rakennetta ja käyttökohteita ja esitellään muutamia eri yliopistojen kaskadeja. Kaskadien yhteydessä esitellään myös Schlierenin kuvausmenetelmä. Työn lopussa suunnitellaan alustavasti Lappeenrannan yliopistolle tuleva lineaarikaskadi. Suunnittelussa lähtökohtana ovat annetut lähtöarvot ja muiden yliopistojen kaskadit. Suunnittelussa mitoitetaan kaskadin kanavan koko, siihen tuleva siivekemalli ja mittalaitteiden paikat.

Radiaalikompressorin aerodynaaminen suunnittelu

Tämän diplomityön tavoitteena on ollut suunnitella radiaalikompressori. Aluksi on tutustuttu radiaalikompressorissa tapahtuviin ilmiöihin, jonka jälkeen radiaalikompressori on suunniteltu. Reunaehtoina suunnittelussa olivat toimilaitteelta saatava teho 250 kW ja sen suurin pyörimisnopeus 500 Hz. Esisuunnittelu on tehty Virtaustekniikan laboratoriossa kehitetyllä CentriFlow-ohjelmalla. Juoksupyörän muoto on suunniteltu viskoosittomilla 2D-malleilla. Juoksupyörän muodon suunniittelussa on käytetty kaupallista AxCent-ohjelmaa. Juoksupyörän muoto on tarkistettu laskennallisen virtausdynamiikan avulla. Virtausmallinnuksessa käytettiin FinFlo-ohjelmaa. Suunnittelun ja mallinnuksen pohjalta valittiin kolme erilaista juoksupyörää valmistukseen.