SolidWorks Simulations ja Femap FE-analyysiohjelmien vertailu RHS-putkipalkkien mallinnuksen avulla

Tässä kandidaatintyössä vertailtiin SolidWorks Simulations ja Femap FE-analyysiohjelmien tuottamia tuloksia. Vertailu suoritettiin yksinkertaisten RHS-putkipalkkien mallinnuksen avulla. Mallinnuksessa käytettiin viittä erilaista kuormitustapausta, jotka sisälsivät mm. taivutus-, vääntö- ja jännityskeskittymätarkastelut. Ohjelmien tuottamia tuloksia verrattiin mahdollisuuksien mukaan analyyttisin menetelmin tehtyihin vertailulaskelmiin. Työn tarkoituksena oli selvittää tuottivatko eri ohjelmat erilaisia tuloksia samoista kuormitustapauksista ja kuinka paljon tulokset erosivat.

Uraaniheksafluoridin faasimuutoksen CFD-mallinnus

Diplomityön tarkoituksena on luoda uraaniheksafluoridista käyttäjän määrittelemä aine kaupallisen virtauslaskentaohjelmiston (FLUENT) ainekirjastoon ja simuloida aineen käyttäytymistä sulaessa ja kiinteyttäessä. Työn kirjallisuusosassa on esitelty aiempia tutkimuksia uraaniheksafluoridin termodynaamisista ominaisuuksista, joita käytetään aineen määrittelyssä. Kokeellisessa osassa on käytetty virtauslaskentaohjelmiston Eulerilaista monifaasimallia sulamisen ja kiinteytymisen tarkasteluun kaksidimensionaalisessa sylinterissä.

Influência dos Íons Mg, Ca, Fe, Cu e Zn sobre a tensão superficial estática de soluções contendo surfatante

O objetivo do estudo foi avaliar a influência da presença de cinco íons em uma calda de pulverização contendo o surfatante Aterbane. A tensão superficial foi analisada por meio da medição da massa de um conjunto de 25 gotas, com quatro repetições constituindo um tratamento. O trabalho foi dividido em duas etapas. Na primeira, os tratamentos foram combinados em esquema fatorial 9x5x2, sendo nove concentrações do surfatante Aterbane (0,01; 0,025; 0,05; 0,1; 0,2; 0,5; 1; 2; e 3%), cinco íons (Mg++, Ca++, Fe+++, Cu+++ e Zn+++) e duas concentrações desses elementos (10 e 100 ppm). Na segunda etapa, os tratamentos foram combinados em esquema fatorial 5x5x1, utilizandose os mesmos cinco elementos (Mg++, Ca++, Fe+++, Cu+++ e Zn+++), em cinco concentrações (1, 5, 20, 50 e 200 ppm), com apenas uma concentração do surfatante Aterbane (0,025%). Outros nove tratamentos permitiram avaliar as tensões superficiais das concentrações do surfatante (0,01; 0,025; 0,05; 0,1; 0,2; 0,5; 1; 2; e 3%) sem a adição dos íons. Os resultados mostraram que houve interferência dos íons sobre as soluções, já que, com exceção do Fe+++ (na concentração de 10 e 100 ppm) e do Cu+++ (na concentração de 100 ppm), todos os íons reduziram a tensão mínima alcançada e aumentaram a eficiência do surfatante, implicando benefícios à ação do surfatante e sobre as características de possíveis soluções de aplicação. Todos os íons avaliados promoveram reduções nas tensões superficiais de soluções do surfatante na concentração de 0,025%.

Topochemistry of physical and chemical pretreatments of biomass as investigated by FE-SEM, XPS and ToF-SIMS

Surface chemistry is of great importance in plant biomass engineering and applications. The surface chemical composition of biomass which includes lignin, carbohydrates and extractives influences its interactions with chemical agents, such as pulp processing/papermaking chemicals, or enzymes for different purposes. In this thesis, the changes in the surface chemical composition of lignocellulosic biomass after physical modification for the improvement of resulting paper properties and chemical treatment for the enhancement of enzymatic hydrolysis were investigated. Low consistency (LC) refining was used as physical treatment of bleached softwood and hardwood pulp samples, and the surface chemistry of refined samples was investigated. The refined pulp was analysed as whole pulp while the fines-free fibre samples were characterized separately. The fines produced in LCrefining contributed to an enlarged surface specific area as well as the change of surface coverage by lignin and extractives, as investigated by X-ray photoelectron spectroscopy (XPS). The surface coverage by lignin of the whole pulp decreased after refining while the surface coverage by extractives increased both for pine and eucalyptus. In the case of pine, the removal of fines resulted in reduction of the surface coverage by extractives, while the surface coverage by lignin increased on fibre sample (without fines). In the case of eucalyptus, the surface coverage by lignin of fibre samples decreased after the removal of fines. In addition, the surface distribution of carbohydrates, lignin and extractives of pine and eucalyptus samples was determined by Time-of-Flight Secondary Ion Mass Spectrometry (ToF-SIMS). LC-refining increased the amounts of pentose, hexose and extractives on the surface of pine samples. ToF-SIMS also gave clear evidence about xylan deposition and reduction of surface lignin distribution on the fibre of eucalyptus. However, the changes in the surface chemical composition during the physical treatment has led to an increase in the adsorption of fluorescent whitening agents (FWAs) on fibres due to a combination of electro-static forces, specific surface area of fibres and hydrophobic interactions. Various physicochemical pretreatments were conducted on wood and non-wood biomass for enhancing enzymatic hydrolysis of polysaccharides, and the surface chemistry of the pretreated and enzymatically hydrolysed samples was investigated by field emission scanning electron microscopy (FE-SEM), XPS and ToF-SIMS. A hydrotrope was used as a relatively novel pretreatment technology both in the case of wood and non-wood biomass. For comparison, ionic liquid and hydrothermal pretreatments were applied on softwood and hardwood as well. Thus, XPS analysis showed that the surface lignin was more efficiently removed by hydrotropic pretreatment compared to ionic liquid or hydrothermal pretreatments. SEM analysis also found that already at room temperature the ionic liquid pretreatments were more effective in swelling the fibres compared with hydrotropic pretreatment at elevated temperatures. The enzymatic hydrolysis yield of hardwood was enhanced due to the decrease in surface coverage of lignin, which was induced by hydrotropic treatment. However, hydrotropic pretreatment was not appropriate for softwood because of the predominance of guaiacyl lignin structure in this material. In addition, the reduction of surface lignin and xylan during pretreatment and subsequent increase in cellulose hydrolysis by enzyme could be observed from ToF-SIMS results. The characterisation of the non-wood biomass (e.g. sugarcane bagasse and common reed) treated by hydrotropic method, alkaline and alkaline hydrogen peroxide pretreatments were carried out by XPS and ToF-SIMS. According to the results, the action for the removal of the surface lignin of non-wood biomass by hydrotropic pretreatment was more significant compared to alkaline and alkaline hydrogen peroxide pretreatments, although a higher total amount of lignin could be removed by alkaline and alkaline hydrogen peroxide pretreatment. Furthermore, xylan could be remarkably more efficiently removed by hydrotropic method. Therefore, the glucan yield achieved from hydrotropic treated sample was higher than that from samples treated with alkaline or alkaline hydrogen peroxide. Through the use of ToF-SIMS, the distribution and localization of lignin and carbohydrates on the surface of ignocelluloses during pretreatment and enzymatic hydrolysis could be detected, and xylan degradation during enzymatic hydrolysis could also be assessed. Thus, based on the results from XPS and ToF-SIMS, the mechanism of the hydrotropic pretreatment in improving the accessibility of enzymes to fibre and further ameliorating of the enzymatic saccharification could be better elucidated.

Notchikololiitosten FE-analyysit

Työn kandidaatintyössä tutkittiin kolollisen levyrakenteen hot spot -jännityksiä ja väsymiskestävyyttä varioimalla kolon sädettä. Työssä haluttiin selvittää, kuinka hot spot -jännitykset, rakenteen kestoikä ja rakenteen kriittinen kohta muuttuvat, kun kolon sädettä muutetaan. Työn tavoitteena oli myös tutkia, kuinka laboratoriossa suoritettujen väsytyskokeiden ja tietokoneella laskettujen elementtimallien tulokset eroavat toisistaan.

Treatment of Fe-containing Acid Mine Waters in Fixed Bed Adsorption Column with Calcite Side-Stone

The acid mining drainage is considered the most significant environmental pollution problem around the world for the extensive formation acidic leachates containing heavy metals. Adsorption is widely used methods in water treatment due to it easy operation and the availability of a wide variety of commercial adsorbent (low cost). The primary goal of this thesis was to investigate the efficiency of neutralizing agents, CaCO3 and CaSiO3, and metal adsorption materials with unmodified limestone from Company Nordkalk Oy. In addition to this, the side materials of limestone mining were tested for iron adsorption from acidic model solution. This study was executed at Lappeenranta University of Technology, Finland. The work utilised fixed-bed adsorption column as the main equipment and large fluidized column. Atomic absorption spectroscopy (AAS) and x-ray diffraction (XRD) was used to determine ferric removal and the composition of material respectively. The results suggest a high potential for the studied materials to be used a low cost adsorbents in acid mine drainage treatment. From the two studied adsorbents, the FS material was more suitable than the Gotland material. Based on the findings, it is recommended that further studies might include detailed analysis of Gotland materials.

Paimionjoen säännöstelyn kehittäminen : Paimionjoen vesistön yläosan hydraulinen mallinnus HEC-RAS ohjelmistolla

Paimionjoen järviketjulla vedenpinnan ja virtaaman vaihteluiden on koettu aiheuttavan haittaa vesistön käytölle ja tilalle. Kevätkuopan alhaisuus ja takaisinvirtaus Painiojärveen ovat suurimmat ongelmat. Turun kaupungin vesiliikelaitoksen Halisten vesilaitoksen tuotantotoiminnan loppuminen antaa uusia mahdollisuuksia Paimionjoen järviketjun säännöstelyyn, koska järvien rooli Turun seudun raakaveden varastona muuttuu. Tässä raportissa tarkastellaan Paimionjoen yläosasta tehtyä hydraulista mallinnusta, jossa on testattu erilaisia pato- ja juoksutusvaihtoehtoja Paimionjoen järviketjulla sekä niiden vaikutuksia vedenkorkeuksiin ja virtaamiin. Myös ruoppausta Karjakosken ja Hovirinnankosken väliselle osuudelle on käsitelty lyhyesti. Erilaisista skenaarioista on tehty alustavat vaikutusarviot. Mallinnusten perusteella suurempi tai aikaistettu juoksutus pienentää takai-sin-virtausta, muttei estä sitä kokonaan. Juoksutusta ei kuitenkaan välttämättä pysty lisäämään miten haluaa, koska juoksutuksen suuruus riippuu Hovirinnankoskenpadon alapuolisesta vedenpinnankorkeudesta. Ruoppaamalla Hovirinnankosken ja Karjakosken välistä osuutta Hovirinnankosken alapuolista vedenpintaa voisi saada alennettua ja osuuden vetokykyä parannettua sekä tulvimisherkkyyttä pienennettyä. Kevätkuopan pienennys vähentää takaisinvirtausta ja on myös järvien ekosysteemeille hyväksi. Tulvariskin kasvu tulee kuitenkin ottaa huomioon. Painionjärvi toimii tulvatilanteissa paisumisaltaana. Kaikenlainen takaisinvirtaaman estäminen tai pienentäminen johtaa suurempiin juoksutuksiin Hovirinnankoskella tai/ja järviketjun kasvaneisiin vedenkorkeuksiin ja mahdollisesti tulviin. Erilaisten tulvakorkeuksien mahdolliset riskirajat ja vahingot tulee selvittää, jos tulvariskiä kasvatetaan.

Pienen mittakaavan reaktiivisuuskoelaitteen mallinnus

Tässä kandidaatintyössä tavoitteena on selvittää, ymmärretäänkö heterogeenisen reakti-on ominaisuuksia paremmin mallinnuksen avulla. Työssä tarkastellaan heterogeenisia reaktioita ja niiden makrotason ilmiöitä. Työn kirjallisuusosassa käsitellään, mikä on heterogeeninen reaktio ja missä tilanteissa heterogeenisiä reaktioita esiintyy. Hetero-geenisiä reaktioita voidaan tutkia Lappeenrannan teknillisen yliopiston energiatekniikan osaston rakentamalla koelaitteistolla. Tässä kandidaatintyössä esitellään pintapuolisesti tämä laitteisto. Työn pääpaino on mallinnuksessa. Työssä selvitetään, miksi mallinnusta tehdään ja miten malli rakennetaan kuvaamaan koelaitteistolla saatuja mittaustuloksia. Lopuksi tehdään johtopäätökset ja arvioidaan edellä kuvatun prosessin toimivuutta. Tämä kandidaatintyö antaa perusteet sille, miksi ja miten mallinnuksen avulla voidaan ymmärtää reaktioiden ominaisuuksia paremmin ja yksityiskohtaisemmin.

Hyperfine interactions in the new Fe-based superconducting structures and related magnetic phases

This thesis is devoted to the study of the hyperfine properties in iron-based superconductors and the synthesis of these compounds and related phases. During this work polycrystalline chalcogenide samples with stoichiometry 1:1 (FeTe1-χSχ, FeSe1-x) and pnictide samples with stoichiometry 1:2:2 (BaFe2(As1-χPχ)2, EuFe2(As1-x Px)2) were synthesized by solid-state reaction methods in vacuum and in a protecting Ar atmosphere. In several cases post-annealing in oxygen atmosphere was employed. The purity and superconducting properties of the obtained samples were checked with X-ray diffraction, SQUID and resistivity measurements. For studies of the magnetic properties of the investigated samples Mössbauer spectroscopy was used. Using low-temperature measurements around Tc and various values of the source velocity the hyperfine interactions were obtained and the magnetic and structural properties in the normal and superconducting states could be studied. Mössbauer measurements together with XRD characterization were also used for the detection of impurity phases. DFT calculations were used for the theoretical study of Mössbauer parameters for pnictide-based ᴻsamples BaFe2(As1-xPx)2 and EuFe2(As1-xPx)2.

Comportamento do ácido fítico na presença de Fe(II) e Fe(III)

O ácido fítico, dependendo do valor de pH, apresenta alto potencial quelante, complexando íons metálicos, inibindo, assim, a produção de espécies reativas de oxigênio, responsáveis pela destruição oxidativa em sistemas biológicos. Esse potencial quelante tem fundamentado diversos estudos aplicados à ação antioxidante em produtos alimentícios. O objetivo deste trabalho foi estudar o grau de interação do ácido fítico com os íons metálicos Fe(II) e Fe(III), de importância biológica, em condições próximas às fisiológicas, e a estabilidade destes complexos. Titulações potenciométricas foram conduzidas para determinar as constantes de formação dos complexos ácido fítico-Fe(II) e ácido fítico-Fe(III) em solução aquosa, atmosfera inerte, força iônica 0,100 mol.L-1 de cloreto de potássio e à temperatura de 36 ± 0,1 ºC. Estudos espectroscópicos na região do UV-Vis foram realizados para acompanhar a formação dos complexos em solução. Os complexos ácido fítico-Fe(II) e ácido fítico-Fe(III) foram sintetizados e caracterizados por espectroscopia de absorção na região do infravermelho e por estudos termoanalíticos. Os resultados do conjunto de técnicas utilizadas evidenciaram, tanto em solução como no estado sólido, a presença dos íons metálicos coordenados ao ácido fítico.

Avaliação do uso da casca do fruto e das folhas de Caesalpinia ferrea Martius como suplemento nutricional de Fe, Mn e Zn

As plantas medicinais podem ser usadas como fontes alternativas de nutrientes minerais na dieta alimentar. Elementos como ferro, manganês e zinco apresentam biodisponibilidade variável em função de suas formas químicas (espécies) presentes em um alimento. Este trabalho tem como objetivo avaliar o teor e a biodisponibilidade de ferro, manganês e zinco em extratos da casca do fruto e das folhas de Caesalpinia ferrea Martius por Espectrometria de Absorção Atômica com Chama (FAAS). Os agentes extratores testados foram as soluções de NaOH 0,05 mol. L-1, tampão Tris-HCl 0,05 mol.L-1 (pH= 8), tampão Tris-HCl 0,05 mol.L-1 (pH = 8) em dodecil sulfato de sódio (SDS) 1% (m/v), HCl 0,05 mol.L-1 e água quente (60 ºC). A casca do fruto e as folhas de Caesalpinia ferrea Martius apresentaram níveis altos de ferro e manganês quando comparados aos de outras plantas medicinais. Os elementos estudados mostraram predominante associação com compostos de alta e baixa massa molecular, espécies solúveis e insolúveis em água. Dentre os elementos analisados, o ferro apresentou melhor biodisponibilidade na casca do fruto e nas folhas. Manganês e zinco se mostraram mais biodisponível nas folhas. A casca do fruto e as folhas de Caesalpinia ferrea Martius podem ser uma fonte alternativa de ferro, manganês e zinco na dieta alimentar.

Kiertoleijupetikattilateknologia ja sen matemaattinen mallinnus energiantuotantoprosessissa

Työn teoreettisessa osuudessa tehdään katsaus kiertoleijupetiteknologian eri osa-alueisiin: leijupedin virtausdynamiikkaan, hiukkaserottimeen ja kiintoaineen palautusmekanismiin. Myös teknologian historiaa ja muita käyttötarkoituksia energiantuotannon ohella käydään läpi. Termodynamiikkaa sekä lämmönsiirron ja voimalaitosprosessien teoriaa käsitellään mallinnuksessa tarvittavilta osin. Mallinnusosiossa käydään läpi kiertoleijupetihöyrykattilan matemaattisen mallin tekoprosessia. Malli perustuu yleisesti saatavilla oleviin yhtälöihin ja korrelaatioihin. Mallintaminen koostuu höyrykattilan jakamisesta lämpöpintoihin ja niiden mitoittamisesta. Mallissa esitetään myös näkemys siitä, miten lämpö siirtyy savukaasuun ja miten petimateriaalin kierto tapahtuu tulipesässä.

Merellisen taistelutilan mallinnus

Diplomityön tarkoituksena on tuottaa tutkittua tietoa Merivoimien mallinnuspalveluiden kehittämiseksi. Tutkimuksen päämääränä oli laatia mallikuvaus Merellisen taistelutilan mallista. Merellisen taistelutilan malli on tietokoneella suoritettava mallisovellus, jota käytetään simuloimaan taistelua merellisissä olosuhteissa. Merellisen taistelutilan malli laadittiin Merivoimien operatiivisen suunnittelun tarpeisiin. Diplomityö on jatkoa Esiupseerikurssi 65:lla tehdylle Merellisen taistelutilan mallin käyttäjävaatimukset -tutkimustyölle. Tutkimus on luonteeltaan kvalitatiivinen ja perustuu empiiriseen tutkimukseen. Tutkimuksen lähestymistapa on deskriptiivinen. Tutkimusmenetelminä käytettiin kirjallisuustutkimusta, käsiteanalyysia, kyselytutkimusta, perehtymistä sekä suunnittelua. Diplomityössä tutkittiin mallintamisen ja simuloinnin teoriaa, erilaisia menetelmiä asioiden ja ilmiöiden mallintamiseksi, taistelutilaa käsitteenä sekä perehdyttiin UML-mallinnuskielen (Unified Modeling Language) käyttöön mallikuvauksen laadinnassa. Tutkimuksessa selvitettiin kyselytutkimuksella Merivoimien operatiivisen suunnittelun asiantuntijoilta, minkälaisia mallinnuskysymyksiä mallin avulla tulisi ratkaista. Kysymysten perusteella määritettiin asioita ja ilmiöitä, joita kysymysten ratkaisemiseksi on mallinnettava. Asioiden ja ilmiöiden määrittelyn jälkeen tutkittiin erilaisia menetelmiä niiden mallintamiseksi. Tutkimuksen perusteella laadittiin mallikuvaus Merellisen taistelutilan mallista, joka on samalla myös tärkein tutkimustulos.