Horizontal Slug Flow in a Large-Size Pipeline: Experimentation and Modeling

The knowledge of the slug flow characteristics is very important when designing pipelines and process equipment. When the intermittences typical in slug flow occurs, the fluctuations of the flow variables bring additional concern to the designer. Focusing on this subject the present work discloses the experimental data on slug flow characteristics occurring in a large-size, large-scale facility. The results were compared with data provided by mechanistic slug flow models in order to verify their reliability when modelling actual flow conditions. Experiments were done with natural gas and oil or water as the liquid phase. To compute the frequency and velocity of the slug cell and to calculate the length of the elongated bubble and liquid slug one used two pressure transducers measuring the pressure drop across the pipe diameter at different axial locations. A third pressure transducer measured the pressure drop between two axial location 200 m apart. The experimental data were compared with results of Camargo's1 algorithm (1991, 1993), which uses the basics of Dukler & Hubbard's (1975) slug flow model, and those calculated by the transient two-phase flow simulator OLGA.

Characterization Of Process Efficiency Improvement In Laser Additive Manufacturing

Laser additive manufacturing (LAM), known also as 3D printing, has gained a lot of interest in past recent years within various industries, such as medical and aerospace industries. LAM enables fabrication of complex 3D geometries by melting metal powder layer by layer with laser beam. Research in laser additive manufacturing has been focused in development of new materials and new applications in past 10 years. Since this technology is on cutting edge, efficiency of manufacturing process is in center role of research of this industry. Aim of this thesis is to characterize methods for process efficiency improvements in laser additive manufacturing. The aim is also to clarify the effect of process parameters to the stability of the process and in microstructure of manufactured pieces. Experimental tests of this thesis were made with various process parameters and their effect on build pieces has been studied, when additive manufacturing was performed with a modified research machine representing EOSINT M-series and with EOS EOSINT M280. Material used was stainless steel 17-4 PH. Also, some of the methods for process efficiency improvements were tested. Literature review of this thesis presents basics of laser additive manufacturing, methods for improve the process efficiency and laser beam – material- interaction. It was observed that there are only few public studies about process efficiency of laser additive manufacturing of stainless steel. According to literature, it is possible to improve process efficiency with higher power lasers and thicker layer thicknesses. The process efficiency improvement is possible if the effect of process parameter changes in manufactured pieces is known. According to experiments carried out in this thesis, it was concluded that process parameters have major role in single track formation in laser additive manufacturing. Rough estimation equations were created to describe the effect of input parameters to output parameters. The experimental results showed that the WDA (width-depth-area of cross-sections of single track) is correlating exponentially with energy density input. The energy density input is combination of the input parameters of laser power, laser beam spot diameter and scan speed. The use of skin-core technique enables improvement of process efficiency as the core of the part is manufactured with higher laser power and thicker layer thickness and the skin with lower laser power and thinner layer thickness in order to maintain high resolution. In this technique the interface between skin and core must have overlapping in order to achieve full dense parts. It was also noticed in this thesis that keyhole can be formed in LAM process. It was noticed that the threshold intensity value of 106 W/cm2 was exceeded during the tests. This means that in these tests the keyhole formation was possible.

On-line determination of residual collector concentration in flotation process

Valuable minerals can be recovered by using froth flotation. This is a widely used separation technique in mineral processing. In a flotation cell hydrophobic particles attach on air bubbles dispersed in the slurry and rise on the top of the cell. Valuable particles are made hydrophobic by adding collector chemicals in the slurry. With the help of a frother reagent a stable froth forms on the top of the cell and the froth with valuable minerals, i.e. the concentrate, can be removed for further processing. Normally the collector is dosed on the basis of the feed rate of the flotation circuit and the head grade of the valuable metal. However, also the mineral composition of the ore affects the consumption of the collector, i.e. how much is adsorbed on the mineral surfaces. Therefore it is worth monitoring the residual collector concentration in the flotation tailings. Excess usage of collector causes unnecessary costs and may even disturb the process. In the literature part of the Master’s thesis the basics of flotation process and collector chemicals are introduced. Capillary electrophoresis (CE), an analytical technique suitable for detecting collector chemicals, is also reviewed. In the experimental part of the thesis the development of an on-line CE method for monitoring the concentration of collector chemicals in a flotation process and the results of a measurement campaign are presented. It was possible to determine the quality and quantity of collector chemicals in nickel flotation tailings at a concentrator plant with the developed on-line CE method. Sodium ethyl xanthate and sodium isopropyl xanthate residuals were found in the tailings and slight correlation between the measured concentrations and the dosage amounts could be seen.

Raise All Ships: Cooperative Repository Strategies in a Boot-Strap Culture

Presentation at Open Repositories 2014, Helsinki, Finland, June 9-13, 2014

CO2:n adsorptio Loviisan voimalaitoksen päästöilmasta 14C-päästöjen määrittämiseksi

Tämän kandidaatintyön tavoitteena oli selvittää mahdollisuuksia 14C:n kemiallisten muotojen eriyttämiseen käyttäen Loviisan voimalaitoksella olemassa olevaa näytteenkeräyslaitteistoa. Lisäksi tarkoituksena oli selvittää parhaiten tähän käyttötarkoitukseen soveltuva zeoliittityyppiä tyypeistä 4A, 5A ja 13X. Työn kirjallisessa osassa käsitellään ydinvoimalaitoksen C14-päästöjä keskittyen pääosin Loviisan VVER-laitokseen. Adsorption osalta esitellään kaupallisesti käytettyjä adsorptiomateriaaleja ja paneudutaan adsorptioon fysikaalisena ja kemiallisena ilmiönä. Lisäksi esitellään kahden desorptiomenetelmän perusperiaatteet. Kirjallisen osan lopussa kootaan tutkimukseen vaikuttavia tekijöitä ja esitellään aiemmin käytössä ollut näytteenkeräyslaitteisto. Kokeellisessa osassa esitellään työssä käytetyt laitteistot. Lisäksi on kuvattu mittausten suoritus nestetuikelaskurilla. Tämän jälkeen työssä esitellään mittaustuloksien käsittely ja näin saadut tulokset.

Microsoftin pilvipalvelut pk-yrityksen päätelaite- ja tiedonhallinnassa

Diplomityössä tutkittiin Microsoftin pilvipalveluiden käyttöä pk-yrityksen päätelaitteiden hallinnassa sekä yrityksen tiedonhallinnassa. Kohdeyrityksenä oli pk-yritys, jolla on ollut Microsoftin pilvipalveluita käytössä jo useamman vuoden ajan. Pilvipalveluiden nopean päivitystahdin myötä uusimpien ominaisuuksien hyödyntäminen on suurelta osin jäänyt tekemättä. Tutkimus päädyttiin rajaamaan kohdeyrityksessä tehdyn vaatimusmäärittelyn mukaisiin tapauksiin, joihin pyrittiin etsimään vastauksia Microsoftin pilvipalveluiden tämän hetken ominaisuuksien avulla. Tutkimus toteutettiin tutustumalla kirjallisuuden avulla pilvitoimintamallin perusteisiin ja Microsoftin tarjoamiin pilvipalveluihin. Työn käytännön osuus toteutettiin useilla eri päätelaitteilla Office 365:den ja Windows Intunen muodostamassa testiympäristössä, jota laajennettiin Microsoft Azuren mahdollistamilla lisäominaisuuksilla. Pilvitoimintamallin yritykset taistelevat jatkuvasti käyttäjien luottamuksesta ja NSA:n vakoilutapauksen jälkeen palveluissa on tapahtunut paljon parannuksia. Tutkimuksessa todettiin erityisesti tiedon suojaamiskäytäntöjen ja hallintaominaisuuksien kehittyneen viime vuosina pilvitoimintamallin yritysten keskinäisen kilpailun myötä. Microsoftin pilvipalvelujen uudet ominaisuudet tarjoavat pk-yritysten käyttöön tehokkaita päätelaite- ja tiedonhallintaratkaisuja, joita on tähän asti ollut saatavilla vain suuryritysympäristöissä.

Lämpökynttilän palo-ominaisuuksiin vaikuttavien tekijöiden analytiikka: raaka-aineet, sydänlanka, rakenne ja olosuhteet

Työn tavoitteena oli tutkia lämpökynttilän palo-ominaisuuksiin vaikuttavia tekijöitä. Työn taustalla on yhteistyö suomalaisen kynttilävalmistajan kanssa. Kynttilävalmistajan lämpökynttilöissään käyttämän raaka-aineen hinnan noustessa, on valmistaja kiinnostunut käyttämään edullisempia raaka-aineita. Palamisen kriteerit saavuttavan kynttilän valmistaminen markkinoilla olevista uusista raaka-aineista on havaittu olevan haastavaa, ja vaatii edelleen kehitystyötä. Teoriaosassa käytiin läpi kynttilänvalmistusta yleisesti, RAL-laatustandardin asettamat kriteerit lämpökynttilälle, palamiseen vaikuttavia tekijöitä sekä työn kokeellisessa osassa käytettyjen analyysimenetelmien periaatteet. Työn kokeellisessa osassa tutkittiin erilaisten kynttiläraaka-aineiden koostumusta ja ominaisuuksia sekä sydänlankojen rakennetta. Lisäksi tutkittiin, miten sydänlangan sisältämien säikeiden määrä, eri raaka-aineiden seossuhteiden muutos sekä jäähdytyslämpötilan muutos vaikuttavat lämpökynttilän palo-ominaisuuksiin. Työssä myös selvitettiin muutaman markkinoilla olevan kynttilän raaka-ainekoostumus. Tutkimuksissa havaittiin, että vaadittavan liekin korkeuden saavuttamiseksi viskositeetti on yksi raaka-aineen tärkeimmistä ominaisuuksista. Raaka-aineen viskositeetin kasvaessa tarvitaan paksumpi sydänlanka. Raaka-aineen viskositeetin kasvaessa liekin korkeus ei aina pienene, koska liekin korkeuteen vaikuttaa myös langalle tehty kemiallinen käsittely. Mitä korkeampi kynttilän liekki on, sitä suurempi on raaka-aineen kulutus eli palovuo ja tällöin liekin korkeus vaikuttaa myös kynttilän paloaikaan. Kokeissa havaittiin, että liekin korkeuden ollessa vakio, palovuo oli korkein steariinilla. Steariinin jälkeen tulivat palmuvaha ja parafiini. Tällöin parafiinia tarvittiin vähemmän vastaavan paloajan saavuttamiseksi. Nopean jäähdytyksen havaittiin vaikuttavan palmuvahan palovuohon alentavasti, vaikka jäähdytystavalla ei ollut vaikutusta liekin korkeuteen.

Kaukolämpöakun kannattavuus yhdistetyssä sähkön- ja lämmöntuotannossa

Diplomityön tavoitteena oli tutkia Etelä-Savon Energialle soveltuvan kaukolämpöakun käyttömahdollisuuksia, optimaalista kokoa, sopivinta prosessikytkentää ja investoinnin kannattavuutta. Teoriaosassa käsitellään kirjallisuuden perusteella lämmönvarastoinnin teoriaa sekä investoinninkannattavuuslaskentaa. Soveltavassa osassa määritetään testivuoden sekä lyhytaikaissimuloinnin avulla yritykselle parhaiten sopiva akun tilavuus, kytkentä sekä investoinnin kannattavuus. Teorian ja kannattavuuslaskennan perusteella parhaaksi vaihtoehdoksi valittiin paineistamaton kaukolämpöakku, jonka vesitilavuus on 7 000 m3 ja lataus- ja purkuteho 30 MW. Investoinnin sisäiseksi korkokannaksi saatiin 19,6 %. Investointilaskennan ja herkkyystarkastelun perusteella kaukolämpöakku on kannattava.

Suspension esikäsittelyn vaikutus kiintoaineen laskeutumisnopeuteen

Laskeutus on yksinkertainen ja teollisuudessa paljon käytetty erotusmenetelmä. Laskeutusta käytetään yleisimmin metalliteollisuudessa ja jätevesienkäsittelyssä. Laskeuttimen erotustehokkuutta voidaan parantaa esikäsittelemällä laskeutettavaa suspensiota. Laskeutusta on tutkittu hyvin laajasti teollisuudessa, koska laskeutus on menetelmänä helposti toteutettava ja energiatehokas. Työn kirjallisuusosassa käsitellään perusteet kiintoaineen laskeutumisesta fluidissa, tutustutaan laskeuttimiin ja esitellään suspension esikäsittelymenetelmät. Työn kokeellisessaosassa tutkitaan esikäsittelymenetelmien vaikutusta kalsiumkarbonaattilietteen laskeutumisnopeuteen. Tutkittavia esikäsittelymenetelmiä työn kokeellisessaosassa ovat flokkulaatio, lämpötilan ja pH:n muuttaminen. Laskeutuskokeet suoritettiin tilavuusosuudella 10 % olevalla kalsiumkarbonaattilietteellä. Tutkimuksen tarkoituksena oli tutkia tutkittavien esikäsittelymenetelmien vaikutusta lietteen laskeutumisnopeuteen ja löytää optimiolosuhteet työssä käytettävän kalsiumkarbonaattilietteen laskeutumisessa. Koetuloksista havaitaan, että flokkulaatio ja lämpötilan muuttaminen vaikuttavat tehoikkaimmin lietteen laskeutumisnopeuteen. Flokkulaatio ja lämpötilan kohottaminen lisäävät huomattavasti kiintoaineen laskeutumista. Lisätutkimusta tarvitaan laajemmalta pH alueelta optimiolosuhteiden löytämiseksi. Lisäksi jatkotutkimuksia eri flokkulanteilla tarvitaan lisää, jotta voidaan löytää paras flokkulantti laskeutumisprosessin tehostamiseksi.

RFID-teknologian hyödyntäminen valmistavan teollisuuden toimitusketjuissa

Tässä työssä tutkitaan RFID-etätunnistusteknologian avulla saavutettavia merkittävimpiä hyötyjä valmistavan teollisuuden toimitusketjuille. Tavoitteena on kartoittaa saavutettavat hyödyt jo käytössä olevilla RFID-teknologian sovellutuksilla. Työssä esitellään RFID-teknologian perusteet ja käytössä olevat sovellutukset sekä toimitusketjujen yleisimmät riskit ja kustannustekijät. Käytössä olevilla sovellutuksilla saavutettavia hyötyjä verrataan toimitusketjujen yleisimpiin riski- ja kustannustekijöihin. Tutkimuksessa todettiin RFID-teknologialla olevan merkittäviä positiivisia vaikutusmahdollisuuksia toimitusketjujen tehokkaampaan ja taloudellisempaan toimintaan.

Peliohjelmoinnin alkeet

Tämä kandidaatintyö tutkii peliohjelmoinnin mahdollisuuksia ohjelmoinnin alkeiden opetuksessa sekä Unity3D-ohjelman toimivuutta 2D-pelinkehityksessä. Tutkimuksen tavoitteena oli luoda Peliohjelmoinnin alkeet -kurssille kurssirunko sekä todistaa Unity3D-ohjelman toimivuus 2D-pelinkehityksessä kehittämällä esimerkkipeli. Tuotoksena kurssille kehitettiin kuusiosainen kurssirunko, johon myös suunniteltiin täysin aloittelijoille tarkoitettu vapaaehtoinen UnityScriptin alkeet osio. Ohjelmoinnin aloittelijoille suunniteltu kurssi käy läpi Unity3D-ohjelman perusteet sekä tutustuu skriptauksen alkeisiin. Kurssirunko käy 2D-pelinkehitykseen liittyviä konsepteja loogisesti läpi. Työn toisena tavoitteena oli esimerkkipelin kehitys ja Unity3D-ohjelman 2D-pelinkehitystyökalujen testaus. Pelin tekeminen onnistui yli odotusten. Vaikka peli on erittäin yksinkertainen ja lyhyt, se toimii esimerkkipelinä mainiosti. Johtopäätöksenä voidaan todeta, että Unity3D-ohjelman 2D-työkalut ovat toimivia laadukkaiden 2D-pelien kehittämiseen. Tuotoksena laadittu kurssirunko antaa suuntaa kurssien rakentamiseen peliohjelmoinnin aloittelijoille. Pelinkehitys kurssin suorittamisen jälkeen opiskelijalla on mahdollisuudet ja perustaidot jatkaa kehittymistä ja opiskelua tahtomallaan suunnalla.

Apply of energy storages in electricity distribution networks and reserve capacity applications

The Thesis is dedicated to development of an operative tool to support decision making of battery energy storages implementation in distribution networks. The basics of various battery technologies, their perspectives and challenges are represented in the Thesis. Mathematical equations that describe economic effect from battery energy storage installation are offered. The main factors that influence profitability of battery settings have been explored and mathematically defined. Mathematical model and principal trends of battery storage profitability under an impact of the major factors are determined. The meaning of annual net value was introduced to show the difference between savings and required costs. The model gives a clear vision for dependencies between annual net value and main factors. Proposals for optimal network and battery characteristics are suggested.

Suomenkielisen oppimateriaalin koostaminen ohjelmistotestauksen perusteita käsittelevälle kurssille

Ohjelmistotestauksen merkitys ja testausosaamisen tarve ovat lisääntyneet sen myötä, kun ohjelmistojen koko on kasvanut ja toteutus monimutkaistunut. Testaustaidot kehittyvät parhaiten käytännön kokemuksen kautta mutta testausosaamisen perusta ja edellytykset käytännön taitojen kehittymiselle rakentuvat testauksen keskeisten avainasioiden, näkökulmien ja käytäntöjen teoreettiseen tuntemukseen ja ammattisanaston hyvään hallintaan. Tässä raportissa kuvataan Lappeenrannan teknilliselle yliopistolle tehty työ, jonka tuloksena koostettiin suomenkielinen oppimateriaali uudelle, keväällä 2015 kurssitarjontaan lisätylle opintojaksolle Ohjelmistotestauksen perusteet.

Continuous Counter-current Solvent Extraction of Magnesium and Calcium from Lithium-rich Brine

Solvent extraction of calcium and magnesium impurities from a lithium-rich brine (Ca ~ 2,000 ppm, Mg ~ 50 ppm, Li ~ 30,000 ppm) was investigated using a continuous counter-current solvent extraction mixer-settler set-up. The literature review includes a general review about resources, demands and production methods of Li followed by basics of solvent extraction. Experimental section includes batch experiments for investigation of pH isotherms of three extractants; D2EHPA, Versatic 10 and LIX 984 with concentrations of 0.52, 0.53 and 0.50 M in kerosene respectively. Based on pH isotherms LIX 984 showed no affinity for solvent extraction of Mg and Ca at pH ≤ 8 while D2EHPA and Versatic 10 were effective in extraction of Ca and Mg. Based on constructed pH isotherms, loading isotherms of D2EHPA (at pH 3.5 and 3.9) and Versatic 10 (at pH 7 and 8) were further investigated. Furthermore based on McCabe-Thiele method, two extraction stages and one stripping stage (using HCl acid with concentration of 2 M for Versatic 10 and 3 M for D2EHPA) was practiced in continuous runs. Merits of Versatic 10 in comparison to D2EHPA are higher selectivity for Ca and Mg, faster phase disengagement, no detrimental change in viscosity due to shear amount of metal extraction and lower acidity in stripping. On the other hand D2EHPA has less aqueous solubility and is capable of removing Mg and Ca simultaneously even at higher Ca loading (A/O in continuous runs > 1). In general, shorter residence time (~ 2 min), lower temperature (~23 °C), lower pH values (6.5-7.0 for Versatic 10 and 3.5-3.7 for D2EHPA) and a moderately low A/O value (< 1:1) would cause removal of 100% of Ca and nearly 100% of Mg while keeping Li loss less than 4%, much lower than the conventional precipitation in which 20% of Li is lost.

Soil seed bank variation patterns according to environmental factors in a natural grassland

This research aimed to determine the soil seed bank and its relationship with environmental factors that have an influence in the distribution of the vegetation above the ground in an excluded area of natural grassland in the South of Brazil. Most of the 122 identified species in the seed bank were perennials. Data analysis indicated three distinct community groups, according to the size and composition of the soil seed bank in lowlands with permanent wet soils, in lowlands and in other areas. In general, lowlands were characterized by low-fertility soils, high moisture and aluminum contents, being spatially homogeneous habitats and, therefore, more restricted to vegetation heterogeneity than other parts of the relief. Environmental factors most associated with soil seed bank size and composition were relief position and their co-related soil variables such as: soil moisture content, potassium content, organic matter, basic saturation of cation exchange soil capacity, exchangeable basics sum of the soil and clay soil content. According to that, relief position, associated with combined effects of soil chemical properties related to it, determines the observed variation pattern of the soil seed bank, as a reflection of the vegetation above the area.