The Dynamics of Force Fluctuations in Shear Granular Flows

Tämän työn tavoitteena oli tutkia rakeisen materiaalin kinematiikkaa ja rakentaa koelaitteisto rakeisen materiaalin leikkausjännitysvirtauksien tutkimiseen. Kokeellisessa osassa on keskitytty sisäisiin voimaheilahteluihin ja niiden ymmärtämiseen. Teoriaosassa on käyty läpi rakeisen materiaalin yleisiä ominaisuuksia ja lisäksi on esitetty kaksi eri tapaa mallintaa fysikaalisien ominaisuuksien heilahteluja rakeisessa materiaalissa. Nämä kaksi esitettyä mallinnusmenetelmää ovat skalaarinen q-malli ja simulointi. Skalaarinen q-malli määrittelee jokaiseen yksittäiseen rakeeseen kohdistuvan jännityksen, rakeen ollessa osa 2- tai 3-dimensionaalista asetelmaa. Tämän mallin perusidea on kuvata jännityksien epähomogeenisuutta, joka johtuu rakeiden satunnaisasettelusta. Simulointimallinnus perustuu event-driven algoritmiin, missä systeemin dynamiikkaa kuvataan yksittäisillä partikkelien törmäyksillä. Törmäyksien vaiheet ratkaistiin käyttämällä liikemääräyhtälöitä ja restituution määritelmää. Teoriaosuudessa käytiin vielä pieniltä osin läpi syitä jännitysheilahteluihin ja rakeisen materiaalin lukkiintumiseen. Tutkimuslaitteistolla tutkittiin rakeisen materiaalin käyttäytymistä rengasmaisessa leikkausjännitysvirtauksessa. Tutkimusosuuden päätavoitteena oli mitata partikkelien kosketuksista ja törmäyksistä johtuvia hetkellisiä voimaheilahteluja rengastilavuuden pohjalta. Rakeisena materiaalina tutkimuksessa käytettiin teräskuulia. Jännityssignaali ajan funktiona osoittaa suurta heilahtelua, joka voi olla jopa kertalukua keskiarvosta suurempaa. Tällainen suuren amplitudin omaava heilahtelu on merkittävä haittapuoli yleisesti rakeisissa materiaaleissa käytettyjen jatkuvuusmallien kanssa. Tällainen heilahtelu tekee käytetyt jatkuvuusmallit epäpäteviksi. Yleisellä tasolla jännityksien todennäköisyysjakauma on yhtäpitävä skalaarisen q-mallin tuloksien kanssa. Molemmissa tapauksissa todennäköisyysjakaumalla on eksponentiaalinen muoto.

Information and Material Flows in Project Business

Tavoitteena diplomityössä oli kuvata projektiliiketoimintaa harjoittavan yrityksen informaatio- ja materiaalivirrat toimitusprojekteissa. Selvitys haluttiin tehdä tulevia kehitysprojekteja varten. Diplomityö toteutettiin kahessa osassa: laatimalla aiheeseen liittyvä teoriakatsaus ja kartoittamalla todellinen tilanne yrityksen sisällä.Teoriaosassa kuvattiin tarkastelualue ja projektiliiketoiminnan erityispiirteitä sekä käsiteltiin tietojärjestelmiä ja materiaalivirran hallintaan liittyviä asioita. Yrityksen informaatio- ja materiaalivirtojen nykytila kartoitettiin laatimalla vuokaaviot kolmen esimerkkituotteen toimitusprojekteista. Kaaviot laadittiin yrityksen sisäisten dokumenttien ja kvalitatiivisten haastattelujen pohjalta. Kaavioiden sisältöä täydennettiin taulukoimalla kaavioissa esiintyvien dokumettien sisältöä. Työn tuloksena muodostui kuva tiedonkäsittelyn nykytilasta myynti- ja toimitusprojekteissa, pelkistetty visio tulevaisuuden tietojärjestelmien rooleista sekä ehdotuksia tulevia kehitysprojekteja varten.

Managing material flows and improving performance in a component supplier’s internal supply chain

Tämä diplomityö tehtiin osana Componenta Cast Componentsin kolmivuotista toimitusketjujen kehitysprojektia. Työn tavoitteena oli kuvata tyypillinen yrityksen sisäinen toimitusketjuprosessi ja tehdä alustava suorituskykyanalyysi valimon ja konepajan väliseen logistiseen prosessiin liittyen. Tarkoituksena oli myös löytää kehityskohteita materiaali- ja tietovirtojen hallinnassa näiden tuotantoyksiköiden välillä. Logistiikkaan, toimitusketjujen hallintaan ja toimitusketjun suorituskyvyn mittaamiseen liittyvän kirjallisuustutkimuksen sekä käytännön perusteella valittiin sopivat analyysimenetelmät. Näitä menetelmiä hyödynnettiin tilaustoimitus – prosessin kuvaamisessa sekä suorituskyvyn analysoinnissa yrityksen sisäisessä toimitusketjussa. Luonnollisena jatkona kehitettiin ja pantiin käytäntöön toimitusketjua synkronoiva imutyyppinen tuotannon- ja materiaalinohjausmenetelmä. Diplomityöprojektin aikana kehitettiin myös apuvälineet käyttöönotetun menetelmän asianmukaista hyödyntämistä varten. Diplomityöprojektissa otettiin ensimmäiset askeleet kohti integroitua sisäistä toimitusketjua. Uuden tuotannon- ja materiaalinohjausmenetelmän standardisointi muihin menetelmiin yhdistettynä, sekä toimitusketjun avainmittarien jatkokehitys on jo alkanut. Läpimenoaikoja lyhentämällä ja synkronoidun, läpinäkyvän kysyntä-tarjontaketjun avulla integroitumisen astetta voidaan nostaa edelleen. Poikkiorganisatorinen kehitys ja johtaminen toimitusketjussa on avainedellytys menestykseen.

Fiber flows in global paper and pulp industry. A panel data approach.

The purpose of this thesis is to study factors that explain the bilateral fiber trade flows. This is done by analyzing bilateral trade flows during 1990-2006. It will be studied also, whether there are differences between fiber types. This thesis uses a gravity model approach to study the trade flows. Gravity model is mostly used to study the aggregate data between trading countries. In this thesis the gravity model is applied to single fibers. This model is then applied to panel data set. Results from the regression show clearly that there are benefits in studying different fibers in separate. The effects differ considerably from each other. Furthermore, this thesis speaks for the existence of Linder’s effect in certain fiber types.

Toimintamalli asuinkiinteistö öljyvahingon hoitamiseksi

Pienkiinteistöjen öljyvahingot ovat viime vuosina lisääntyneet. Tämän työn tarkoituksena on luoda öljyvahingon torjuntaan ja jälkihoitoon osallistuvalle urakoitsijalle toimintamalli asuinkiinteistön öljyvahingon hoitamiseksi. Mallin halutaan erityisesti kuvaavan öljyvahingon hoitoon osallistuvien viranomaisten ja muiden tahojen vastuita ja velvollisuuksia. Työn tavoitteena on myös tunnistaa pienkiinteistöissä tapahtuvat öljyvahinkotyypit sekä niille altistavat riskitekijät. Öljyn päästäminen ympäristöön sekä öljyn käsittely ja varastointi niin, että siitä aiheutuu öljyvahingon vaara, kielletään laissa. Vahinkojen torjumiseksi on annettu määräyksiä muun muassa öljylämmityslaitteistojen turvallisuutta koskien. Asuinkiinteistöjen öljyvahingot liittyvät yleensä öljysäiliön täyttötilanteisiin. Vahinkojen syynä on usein säiliön ja sen varusteiden puutteellisuus tai huono kunto. Asuinrakennusten lämmitykseen käytetään kevyttä polttoöljyä. Maahan joutuessaan polttoöljy imeytyy sora- ja hiekkamaahan nopeasti, jolloin vaarana on öljyn kulkeutuminen pohjaveteen ja vesistöihin. Asuinkiinteistön öljyvahingossa öljyä joutuu usein myös rakenteisiin. Öljyvahingosta tulee ilmoittaa aina hätäkeskukseen. Vastuu öljyvahinkojen torjunnasta kuuluu alueelliselle pelastustoimelle. Torjuntatoimiin osallistuu usein myös urakoitsija. Jos vahinkokohdetta ei torjuntatoimin saada kunnostettua, alueellinen ympäristökeskus voi määrätä puhdistamisesta vastuussa olevan selvittämään pilaantuneen alueen laajuuden ja puhdistamistarpeen sekä toteuttamaan mahdollisen kunnostuksen. Pilaantuneen maaperän kunnostus voidaan toteuttaa massan vaihtona tai paikan päällä maata kaivamatta. Likaantuneiden rakenteiden saneerausta tarvitaan sisäilman hajuhaittojen poistamiseksi. Öljyvahingon kustannukset voivat nousta hyvinkin suuriksi. Ensisijainen vastuu niistä kuuluu vahingonaiheuttajalle.

Development of power flows around Baltic countries with new grid links

In the Thesis main focus is done on power flow development paths around the Baltic States as well as on market-based requirements for creation of the common Baltic electricity market. Current market regulations between the countries are presented; barriers for creating competitive common Baltic power market and for electricity trading with third countries are clarified; solutions are offered and corresponding road map is developed. Future power development paths around the Baltic States are analysed. For this purpose the 330 kV transmission grid of Estonia, Latvia and Lithuania is modelled in a power flow tool. Power flow calculations are carried out for winter and summer peak and off-peak load periods in 2020 with different combinations of interconnections. While carrying out power balance experiments several power flow patterns in the Baltic States are revealed. Conclusions are made about security of supply, grid congestion and transmission capacity availability for different scenarios.

Modelling nitrogen and phosphorus loads in a Mediterranean river catchment (La Tordera, NE Spain)

Human activities have resulted in increased nutrient levels in many rivers all over Europe. Sustainable management of river basins demands an assessment of the causes and consequences of human alteration of nutrient flows, together with an evaluation of management options. In the context of an integrated and interdisciplinary environmental assessment (IEA) of nutrient flows, we present and discuss the application of the nutrient emission model MONERIS (MOdelling Nutrient Emissions into River Systems) to the Catalan river basin, La Tordera (north-east Spain), for the period 1996–2002. After a successful calibration and verification process (Nash-Sutcliffe efficiencies E=0.85 for phosphorus and E=0.86 for nitrogen), the application of the model MONERIS proved to be useful in estimating nutrient loads. Crucial for model calibration, in-stream retention was estimated to be about 50 % of nutrient emissions on an annual basis. Through this process, we identified the importance of point sources for phosphorus emissions (about 94% for 1996–2002), and diffuse sources, especially inputs via groundwater, for nitrogen emissions (about 31% for 1996–2002). Despite hurdles related to model structure, observed loads, and input data encountered during the modelling process, MONERIS provided a good representation of the major interannual and spatial patterns in nutrient emissions. An analysis of the model uncertainty and sensitivity to input data indicates that the model MONERIS, even in data-starved Mediterranean catchments, may be profitably used by water managers for evaluating quantitative nutrient emission scenarios for the purpose of managing river basins. As an example of scenario modelling, an analysis of the changes in nutrient emissions through two different future scenarios allowed the identification of a set of relevant measures to reduce nutrient loads.

Estimation of Water Circulation in a Mediterranean Salt Marsh and its Relationship with Flooding Causes

Variations in water volume in small depressions in Mediterranean salt marshes in Girona (Spain) are described and the potential causes for these variations analysed. Although the basins appear to be endorrheic, groundwater circulation is intense, as estimated from the difference between water volume observed and that expected from the balance precipitation / evaporation. The rate of variation in volume (VR = AV / VAt) may be used to estimate groundwater supply ('circulation'), since direct measurements of this parameter are impossible. Volume.conductivity figures can also be used to estimate the quantity of circulation, and to investigate the origin of water supplied to the system. The relationships between variations in the volume of water in the basins and the main causes of flooding are also analysed. Sea storms, rainfall levels and strong, dry northerly winds are suggested as the main causes of the variations in the volumes of basins. The relative importance assigned to these factors has changed, following the recent regulation of freshwater flows entering the system

Groundwater quality comparison between rural farms and riparian wells in the western Amazon, Brazil

Groundwater quality of a riparian forest is compared to wells in surrounding rural areas at Urupá River basin. Groundwater types were calcium bicarbonated at left margin and sodium chloride at right, whereas riparian wells exhibited a combination of both (sodium bicarbonate). Groundwater was mostly solute-depleted with concentrations within permissible limits for human consumption, except for nitrate. Isotopic composition suggests that inorganic carbon in Urupá River is mostly supplied by runoff instead of riparian groundwater. Hence, large pasture areas in addition to narrow riparian forest width in this watershed may have an important contribution in the chemical composition of this river.

LOW COST ANALYZER FOR THE DETERMINATION OF PHOSPHORUS BASED ON OPEN-SOURCE HARDWARE AND PULSED FLOWS

The need for automated analyzers for industrial and environmental samples has triggered the research for new and cost-effective strategies of automation and control of analytical systems. The widespread availability of open-source hardware together with novel analytical methods based on pulsed flows have opened the possibility of implementing standalone automated analytical systems at low cost. Among the areas that can benefit from this approach are the analysis of industrial products and effluents and environmental analysis. In this work, a multi-pumping flow system is proposed for the determination of phosphorus in effluents and polluted water samples. The system employs photometric detection based on the formation of molybdovanadophosphoric acid, and the fluidic circuit is built using three solenoid micropumps. The detection is implemented with a low cost LED-photodiode photometric detection system and the whole system is controlled by an open-source Arduino Uno microcontroller board. The optimization of the timing to ensure the color development and the pumping cycle is discussed for the proposed implementation. Experimental results to evaluate the system behavior are presented verifying a linear relationship between the relative absorbance and the phosphorus concentrations for levels as high as 50 mg L-1.

CFD Simulation of Two-phase and Three-phase Flows in Internal-loop Airlift

Airlift reactors are pneumatically agitated reactors that have been widely used in chemical, petrochemical, and bioprocess industries, such as fermentation and wastewater treatment. Computational Fluid Dynamics (CFD) has become more popular approach for design, scale-up and performance evaluation of such reactors. In the present work numerical simulations for internal-loop airlift reactors were performed using the transient Eulerian model with CFD package, ANSYS Fluent 12.1. The turbulence in the liquid phase is described using κ- ε the model. Global hydrodynamic parameters like gas holdup, gas velocity and liquid velocity have been investigated for a range of superficial gas velocities, both with 2D and 3D simulations. Moreover, the study of geometry and scale influence on the reactor have been considered. The results suggest that both, geometry and scale have significant effects on the hydrodynamic parameters, which may have substantial effects on the reactor performance. Grid refinement and time-step size effect have been discussed. Numerical calculations with gas-liquid-solid three-phase flow system have been carried out to investigate the effect of solid loading, solid particle size and solid density on the hydrodynamic characteristics of internal loop airlift reactor with different superficial gas velocities. It was observed that averaged gas holdup is significantly decreased with increasing slurry concentration. Simulations show that the riser gas holdup decreases with increase in solid particle diameter. In addition, it was found that the averaged solid holdup increases in the riser section with the increase of solid density. These produced results reveal that CFD have excellent potential to simulate two-phase and three-phase flow system.

Development of railway logistics’ information flows

Objective of this thesis was to develop the exchange of information and reduce the manual work done in the supply chain. In addition, the possibility to introduce electronic information exchange was studied between suppliers and Borealis. The aim was to create an accurate picture of Borealis’ current information flows and create from the basis of it short- and long-term improvement and development proposals. In this study the company's received and send information flows were mapped by interviewing persons who were responsible for the railroad imports and by examining documents that are used in the exchange of information. The data content of the information flows were prioritized and only the most important information contents were used for further development. Literature data was acquired concerning knowledge of electronic data interchange and information management to support the decisions and proposals. Long-term development proposals were compared with each other and the best one of them was recommended for further study. The final target of the proposal is to be able to receive electronic data and create an own database where to the information is stored and where from it is possible to follow up the rail tank cars and where from the needed reports can be retrieved.