Rankine-prosessin mallinnus keskilämpötila-alueessa

Tämä diplomityö on osa FCEP hankkeen Lappeenrannan teknillisessä yliopistossa tehtävää tutkimusta polttomoottoreiden energiatehokkuuden parantamisesta. Työn tavoitteena on saada tutkimustietoa polttomoottoreiden ahtoilman hukkalämmön hyödyntämisestä sähköntuotannossa Rankine-prosessilla. Tavoitteena on myös suorittaa ahtoilman hukkalämpöä hyödyntävän koelaitteiston prosessitekninen mitoitus. Työssä kartoitetaan sovelluskohteeseen sopivimmat kiertoaineet sekä suoritetaan prosessin lämmönsiirtimien ja putkiston lämpö- ja virtaustekninen päämitoitus. Työssä tarkasteltavaksi moottoriksi valittiin Wärtsilä 4R32 – moottori. Laskennat suoritettiin moottorin valmistajan antamien arvojen perusteella. Laskennan perusperiaatteena oli vertailla vesihöyryprosessia ja ORC-prosessia keskilämpötilaisen ahtoilman hyödyntämisessä. Työssä vertailtiin 12 eri kiertoaineen prosessihyötysuhdetta, saatavaa sähkötehoa sekä prosessin painetasoja. Kiertoainevertailun perusteella koelaitteeseen valittiin neljä kohteeseen parhaiten soveltuvinta kiertoainetta, joille mitoitettiin höyrystin, lauhdutin, rekuperaattori ja putkisto. Diplomityön laskennan perusteella tutkimuksen kohteena olleen moottorin sähköntuotannon lisäykseksi saatiin 1,77 %, kun ahtoilman hukkalämpö muunnetaan Rankine-prosessilla sähköksi. Työssä saatiin arvokasta tietoa polttomoottorin ahtoilman hukkalämmön sähköksi muuntamisesta sekä vesihöyryprosessilla, että ORC-prosessilla.

Subwoofer suunnittelu - mallinnus ja vasteen analysointi erityisesti impulssivasteen kannalta

Tämä kandidaatintyö käsittelee subwoofer-kaiuttimen mallinnusta ja analysointia impulssivasteen perusteella. Refleksikoteloidulle kaiuttimelle muodostetaan siirtofunktio ja sen avulla simuloidaan kaiuttimen impulssivasteen käyttäytymistä erilaisilla kotelon virityksillä. Simuloinnit toteutetaan kolmella erilaisella kaiutinelementillä käyttäen kullekin viittä erityyppistä viritystä. Simulointien toimivuutta käytännössä yritetään todistaa mittauksilla, joissa simulointien pohjalta toteutetaan viisi viritystä rakentamalla refleksikotelo Seas P11RCY-kaiutinelementille ja mittaamalla kunkin virityksen tuottama askelvaste. Tämän jälkeen mitatuista askelvasteista määritetään impulssivasteet laskennallisesti ja verrataan niitä toisiinsa sekä simulointien tuloksiin yrittäen löytää mahdollinen korrelaatio simulointien ja mittausten välille. Määritetään myös mikä käytetyistä viidestä virityksestä tuottaa parhaimman vasteen kullekin kolmelle kaiutinelementille.

Dieselsähköisen laivan pyörimisnopeussäädettyjen voimansiirtokonseptien mallinnus ja vertailu

Tässä työssä tutkitaan eri voimansiirtokonseptien vaikutusta referenssitapauksen polttomoottorivoimalaitoksen energiatehokkuuteen ja polttoaineenkulutukseen staattisessa tilan-teessa. Referenssitapaukseksi on valittu ulkomerellä toimiva huoltoalus. Työssä esitellään dieselsähköisen laivan voimansiirtokonseptien toteutusvaihtoehtoja ja luodaan katsaus valittuihin generaattoreihin sekä taajuusmuuttajiin. Voimansiirtokonseptien hankintahintaa arvioidaan saatujen hintatietojen ja aikaisempien tutkimusten avulla. Lisäksi konseptien energian- ja polttoaineenkulutusta arvioidaan vuositasolla staattisessa tilanteessa. Perinteiselle kiinteän pyörimisnopeuden toteutukselle löydettiin haastajia sekä konseptien kuluttaman energian, että polttoaineen kannalta tarkasteltuna. Lisäksi työssä muodostetaan referenssialusta vastaava yksinkertainen simulointimalli, jolla voidaan arvioida voimalaitoksen tehohäviöitä sekä polttoaineenkulutusta eri ajotavoilla. Simulointimallilla tutkitaan myös energiavaraston tuomia etuja lisäämällä energiavarasto malliin. Mallia simuloitiin paikoitusajossa ilman energiavarastoa, sekä sen kanssa. Energiavaraston avulla saavutettiin merkittävät polttoainesäästöt.

Sotilaan eettinen toimintakyky ja päätöksenteko : teoreettinen mallinnus ja empiirinen tutkimus kriisinhallintaympäristössä

Tutkimus perustuu sotilaan toimintakykymalliin ja sen mukaiseen käsitykseen soti-laan eettisestä toimintakyvystä. Tutkimuksen tarkoituksena on rikastaa eettisen toimintakyvyn käsitettä ja osallistua sen kehittämiseen. Tutkimus on luonteeltaan hermeneuttis-fenomenologinen muodostuen teoreettisesta ja empiirisestä osuudesta. Tutkimuksen teoriaosuus on kirjallisiin lähteisiin perustuva ja siinä pyritään ymmärrykseen hermeneuttisen tulkinnan kautta. Empiirisessä osassa päätutkimusmetodina käytetään delfoi-kyselyä. Kyselyn vastaajat ovat puolustusvoimien palkattua sotilashenkilöstöä: upseereita ja opistoupseereita. Kaikilla vastaajilla on kokemusta vähintään yhdestä kriisinhallintatehtävästä, moni on osallistunut useampaan kriisinhallintaoperaatioon. Ensimmäisen kierroksen kyselyssä vastaajia oli 18, toisen kierroksen kyselyssä 14. Tutkimusongelma muodostui kahdesta päätutkimuskysymyksestä, jotka ovat: 1. ”Mitä sotilaan eettinen toimintakyky on?” 2. ”Miten yksilön eettistä toimintakykyä voidaan tukea?” Tutkimuksen perusteella voidaan todeta, että sotilaan eettinen toimintakyky koetaan saumattomasti toimintaan ja päätöksentekoon liittyvänä tekijänä. Eettiset kysymyk-set nousevat harvoin pääosaan päätöksiä tehtäessä. Päätökset tehdään useimmiten hyvin käytännöllisten seikkojen perusteella, eettiset valinnat ja arvot vaikuttavat taus-talla jopa tiedostamatta. Eettistä toimintakykyä pidetään ammattitaitoon olennaisesti liittyvänä tekijänä. Ammattisotilaan, varsinkin sotilasjohtajan, rooli eettisten ongelmien ratkaisijana nähdään aktiivisena, autonomisena ja vastuullisena. Johtamistoiminta on koulutuksen ohella tärkein tekijä, jolla voidaan tukea yksilön eettistä toimintakykyä. Tehtävätaktiikan käyttäminen johtamisessa sopii sotilaan eettisen toimintakyvyn kannalta lähtökohdaksi yksilön autonomiaan, vastuuseen ja vapauteen liittyvien kysymyksien ratkaisemisessa. Eettisen toimintakyvyn koulutus nähdään parhaaksi integroida muuhun sotilaskoulutukseen. Ollakseen tehokasta eettisen toimintakyvyn kehittämisen pitää perustua yksilön omaan haluun ja pyrkimykseen. Yhtenä tutkimuksen päätuloksena on sotilaan eettisen toimintakyvyn mallintaminen prosessiksi, joka muodostuu havaitsemisesta, tilanteenarviosta, päätöksenteosta, toimeenpanosta ja vastuun kantamisesta. Päätöksentekoprosessiin vaikuttavat tärkeimmät kokonaisuudet ovat tehtävä ja olosuhteet; oma toimintakyky ja osaaminen; ohjaavat normit ja arvot. Tutkimuksessa päädytään siihen, että Suomen puolustusvoimien viralliset arvot ja eettiset toimintaohjeet tulisi määrittää ja julkaista. Niiden tulisi olla osa puolustusvoimien eettistä ohjelmaa, joka sisältäisi myös henkilöstön eettisen toimintakyvyn koulutuksen ja yksilön eettisen kehittymisen tukemisen. Sotilaan toimintakykyyn kuuluva eettinen toimintakyky liitetään tutkimuksessa puo-lustusvoimien pääprosesseihin. Toimintakyky yhdessä sotilaan ammattitaidon kans-sa muodostaa suorituskyvyn inhimillisen osatekijän.

Operational parameters of soybean seeding in santa fe system

The use of no tillage system associated with the crop-livestock integration is an alternate managing that promotes the accumulation of dry matter in the soil, an essential fact to make the system sustainable and profitable. The aim of this study was to evaluate the operational performance of a planter-tractor set on maize straws intercropped with Urochloa, in different seeding modes. The soybean crop was seed on the intercropping of two forage species (Urochloa brizantha and Urochloa ruziziensis) in five cropping systems: MBL (Maize with Urochloa in the maize seeding row, mixed with base fertilizer and deposited at 0.10 m), MBE (Maize with Urochloa seeded between rows at the same day of seeding maize), MBC (Urochloa between rows of maize seeded with the covering fertilizer at the V4 stage), MBLA (Maize with Urochloa by broadcast seeding at the V4 stage ) and MS (Single Maize: control). The following variables were evaluated: dry mass of maize straw, dry mass of forages and total dry mass of straw; and for the operational parameters the speed of seeding, wheel slippage, traction force and average power at the drawbar. The results showed that the amount of straw produced by maize intercropping with Urochloa, interferes in the operational performance of the tractor-planter at the operation of soybean seeding, i.e., areas with higher amount of straw promote greater energy demand, as well as higher wheel slippage.

Painevesityyppisen ydinvoimalaitoksen sekundääripiirin mallinnus

Tutkimuksen tavoitteena oli kehittää entistä tarkempi ja luotettavampi työkalu Loviisan ydinvoimalaitoksen ensimmäisen reaktoriyksikön sekundääripiirin 50-linjan stationääritilan toiminnan arviointiin. Toisena tavoitteena oli kartoittaa ja raportoida mallintamiseen käytetyn SOLVO-ohjelman kehitysmahdollisuuksia. Tutkimusten perusteella kehitettiin testatusti toimiva prosessimalli, joka dokumentoitiin ja validoitiin yksityiskohtaisesti. Tulevaisuudessa tapahtuvaa kehitystyötä, ja mallin käyttöä varten kehitettiin lisäksi Excel-pohjainen työkalu, jonka avulla SOLVO:n ja Excelin välinen integraatio voidaan myöhemmin julkaistavassa SOLVO:n versiossa viedä nykyistä pidemmälle. Mallintamistyön ohella tutkimuksen aikana selvitettiin olennaisimmat SOLVO:n erityispiirteet ja vahvuudet sekä kartoitettiin sen käyttöön liittyvät kehitystarpeet. Tärkeimpänä kehitysehdotuksena nousi esiin yksittäisissä komponenteissa suoritetun laskennan läpinäkyvyyden parantaminen. Seuraavassa kehitysvaiheessa myös komponenttikohtaiset laskentayhtälöt olisi suositeltavaa asettaa avoimiksi käyttäjäkohtaisille muutoksille. Työn aikana saavutettiin myös muita merkittäviä tuloksia, jotka liittyivät pääosin rinnak-kaisten 10- ja 50-linjojen välisiin yhteyksiin. Linjojen välisiä vaikutuksia analysoitaessa huomattiin niiden olevan olennaisessa asemassa erityisesti sarja-ajon aikana. Mikäli mallilla halutaan kuvata sekä sarja- että rinnanajoa, sen on käsitettävä molemmat linjat ja kaikki niihin liittyvät komponentit. Edellä mainitun lisäksi mallipohjaisen tarkastelun tuloksena tehtiin havaintoja, joiden perusteella nykyistä prosessia voidaan edelleen kehittää. Näistä havainnoista tärkeimpänä merivesipumppujen optimaalisen säätölämpötilan todettiin asettuvan 4,5 – 4,6 °C välille. Toinen huomio liittyi matalapaineturbiinien ulosvirtaushäviöihin, joihin hukataan juoksusta riippuen keskimäärin noin 10 kJ/kg enemmän entalpiaa kuin parhaassa mahdollisessa tapauksessa. Validoinnin yhteydessä havaituista pienistä poikkeamista huolimatta kehitetty malli vastaa hyvin laitokselta saatuja mittaustuloksia sekä muita samassa yhteydessä käytettyjä luotet-tavuuden arviointikriteerejä.

Suurnopeus-turbokoneroottoreiden termodynaaminen ja mekaaninen mallinnus sekä rakenneanalyysi

Tässä väitöskirjassa tarkastellaan suurnopeustekniikan eri sovelluksissa ilmeneviä roottoreihin liittyviä rakenteellisia vaatimuksia ja haasteita. Tässä yhteydessä suurnopeustekniikalla tarkoitetaan järjestelyä, jossa sähkökone (moottori, generaattori) ja toimilaite (turbiini, kompressori, puhallin) on kytketty ilman vaihdetta suoraan mekaanisesti yhteen ja jossa yhteisen roottorin pyörimisnopeus on selvästi suurempi kuin 50/60 hertsin verkosta syötetyn kaksinapaisen vaihtovirtasähkökoneen tahtinopeus. Tyypillistä suurnopeuskoneen roottorille on suuri tehotiheys ja suuri mekaaninen kuormitus. Siksi esimerkiksi sähkökoneen jäähdytys on entistä haasteellisempaa kasvavien rautahäviöiden ja pienempien lämmönsiirtopinta-alojen vuoksi. Tämän työn tavoitteet voidaan jakaa kolmeen osaan:  Yhdistetyn sähkö- ja turbokoneen roottorin mekaanisen rakenteen tarkastelu, jonka tavoitteena on pienentää lämmönkehitystä ja tehostaa kriittisten kohtien jäähdytystä. Tähän liittyy sähkömagneettisten häviöiden keskittäminen jäähdytyksen kannalta edullisiin kohtiin  Yhdistetyn sähkö- ja turbokoneen roottorin mekaanisen rakenteen tarkastelu kriittisten ominaistaajuuksien kannalta  Yhdistetyn sähkö- ja turbokoneen roottorin mekaanisen rakenteen analysointi lujuustekniseltä kannalta. Tähän liittyvät mm. erilaiset ahdistussovitteet ja niiden säilyminen korkeilla pyörimisnopeuksilla sekä niiden roottoria jäykistävä vaikutus ja lämmön johtuminen kyseisissä liitospinnoissa. Tämän työn tieteellinen uutuusarvo on nimenomaan yhdistetyn sähkö- ja turbokoneen roottorin rakenteen analysointi ottamalla samanaikaisesti huomioon kaikki edellä mainitut näkökohdat: jäähtyminen erityisen kuumissa kohdissa, sähköisten häviöiden alentaminen ja niiden jakautuman huomioon ottaminen, roottorin jäykkyyden maksimointi, lujuusrasitusten hallinta ja rakenteen mekaaninen stabiliteetti sekä lämpöteknisten ylimenovastusten tarkastelu.

Maastotyökoneen ajomoottorin hybridisointiin soveltuvan napavaihteiston dynamiikan mallinnus.

Työn tavoitteena oli mallintaa maastotyökoneen ajomoottorin hybridisointiin soveltuvan napavaihteiston dynamiikka. Työ tehtiin osana Saimaan ammattikorkeakoulun tutkimusprojektia, jonka tarkoituksena oli ajomoottorin ja integroidun napavaihteiston kaupallistaminen maastotyökoneisiin. Maastotyökoneena simulointimallissa käytettiin tyypillistä maataloustraktoria, johon kytkettiin vielä peräkärry. Traktorin renkaiden napaan oli kytketty ajomoottorina toimiva sähkömoottori, jonka sisään simuloitu napavaihteisto oli integroitu. Napavaihteiston dynamiikan mallintamiseen käytettiin monikappaledynamiikan simulointiohjelmistoa (Adams). Ohjelmalle määritettiin napavaihteiston komponenttien parametrit, joista voitiin simuloida vaihteiston dynaaminen käyttäytyminen. Simuloidusta mallista saatiin kytkimiin kohdistuvat voimat kytkentätilanteessa sekä sähkömoottorin väännön suunnanvaihtotilanteessa eri akselin pituuksilla, eri kytkinten nopeuseroilla, eri traktorin painoilla ja eri kuormilla ajettaessa. Mallissa simuloitiin myös sähkömoottorin käyttäytyminen vaihteenvaihtotilanteessa eri pyörimisnopeuden säätimen kertoimilla. Työssä huomattiin, että akselin mitoituksella voitiin vaikuttaa vaihteistossa ilmeneviin voimiin kytkimen kytkentähetkellä. Myös kytkimen hammastuksessa olevalla hammasvälyksellä voitiin vaikuttaa kytkimiin kohdistuviin voimiin suunnanvaihtotilanteissa. Vaihteistoon kohdistuvista voimista voidaan jatkossa suunnitella kytkimen ja akselin profiili, jotta vaihteisto kestää siihen kohdistuvat voimat.

Be-Fe coupled method for the analysis of 3D elastodynamic problems in the time domain

By coupling the Boundary Element Method (BEM) and the Finite Element Method (FEM) an algorithm that combines the advantages of both numerical processes is developed. The main aim of the work concerns the time domain analysis of general three-dimensional wave propagation problems in elastic media. In addition, mathematical and numerical aspects of the related BE-, FE- and BE/FE-formulations are discussed. The coupling algorithm allows investigations of elastodynamic problems with a BE- and a FE-subdomain. In order to observe the performance of the coupling algorithm two problems are solved and their results compared to other numerical solutions.

Noise and vibration damping of Fe-Cr-x alloys

The aim of the present work is to study the noise and vibration damping capacity of ferromagnetic Fe-16%Cr base alloys (before and after heat treatment) with different Al and Mo contents. The noise damping was evaluated by the level of sound emission after an impact. The vibration damping was studied using a cantilever device. In addition to these tests, the magnetic structure of the materials was also investigated by Kerr effect. It was verified that the materials can decrease noise level in the frequency range of human earring. The vibration damping is influenced by heat treatment and chemical composition of the alloy. The improvement of vibration damping after heat treatment is ascribed to the decrease of internal stresses in materials and changes in magnetic domain structures.

FE-analyysin soveltaminen S960 QC teräksisen I-profiilin äärikestävyyden määrittämisessä

Tässä työssä tutkittiin FE-analyysin soveltamista S960 QC teräksisen I-profiilin kestävyyden määrittämisessä. Työn tavoitteena oli tarkastella nykyisten suunnitteluohjeiden soveltuvuutta ultralujille teräksille ja koota ohjemateriaali I-profiilin optimoimisesta sekä FE-analyysin hyö-dyntämisestä I-profiilin staattisen ja dynaamisen kestävyyden määrittämisessä. I-profiili mitoitettiin ja optimoitiin Eurokoodi 3:ssa esitettyjen PL3 mukaisten mitoitusohjeiden avulla. Rakenteelle suoritettiin Eurokoodi 3:n ja IIW:n mukaiset lommahdus-, kiepahdus- ja vä-symiskestävyystarkastelut. Väsymistarkastelussa sovellettiin nimellisen jännityksen, rakenteelli-sen jännityksen ja tehollisen lovijännityksen menetelmiä sekä murtumismekaniikkaa. Rakenteel-lisen jännityksen menetelmässä sovellettiin lisäksi lineaarista ja parabolista pintaa pitkin ekstra-polointia, paksuuden yli linearisointia sekä Dong:in menetelmää. Lommahdus-, kiepahdus- ja väsymistarkasteluissa hyödynnettiin analyyttistä laskentaa, FE-analyysiä sekä Frank2d sovellusta. Tarkastelujen perusteella voidaan todeta, että analyyttisillä menetelmillä saadaan numeerisia me-netelmiä varmemmalla puolella olevia tuloksia. Lommahdustarkastelussa ero tulosten välillä on suurimmillaan 8 % ja kiepahdustarkastelussa suurimmillaan 20 % mutta väsymistarkastelussa saadut tulokset eroavat keskenään huomattavasti. Väsymistarkastelussa tehollisen lovijännityksen menetelmällä sekä rakenteellisen jännityksen menetelmän Dong:in menetelmällä saadaan huo-mattavasti muita menetelmiä pidempiä kestoikiä, kun taas yksinkertaisemmilla menetelmillä saa-dut kestoiät ovat lyhyempiä. Rakenteen kestävyyden määrittäminen analyyttisillä menetelmillä on melko helppoa, mutta tu-lokset ovat monesti liian konservatiivisia. FE-analyysillä saadaan puolestaan hyvin tarkkoja tu-loksia mallin ollessa yksityiskohtainen. Mallintaminen on kuitenkin aikaa ja resursseja vievää ja vaatii käyttökokemusta. FE-analyysin mahdolliset hyödyt on aina arvioitava tapauskohtaisesti tarkasteltavan geometrian, kuormitusten ja reunaehtojen perusteella.

Fe y esperanza : women's road to leadership and ministry in the Lutheran church of El Salvador 1952-2009

The Lutheran Church of El Salvador made a decision, in 1986, to open the ministry to women. How was it possible in the midst of a Latin American macho culture and after having been influenced by the theologically conservative, North American mission work? This research examines the kinds of internal and external factors which led women to leadership and ministry, and the context in which this development occurred. The roles of women have been scrutinised during several time periods. During 1952-1974 the focus was on women as missionary wives and fundadoras (founding mothers). Women’s roles as laywomen grew in 1975-1985. After the outburst of the civil war in 1980, women advanced to lay leaders. The ministry was opened for women and the first deacon pastors were installed in 1986 and the first presbyter pastors were ordained in 1994. In 2009, more women than ever were working in different levels – from laywomen to leaders – in the Lutheran Church of El Salvador. The research shows that the reasons for the development and changes concerning women’s positions and roles lie in the impact of significant individuals, liberation theology, the feminist and women’s movement, civil war and the theology of life.