Aukko-osuuden mittausmenetelmien kartoitus PWR PACTEL -koelaitteiston pystyhöyrystimen sekundääripuolella

Diplomityössä kartoitetaan mahdollisuuksia aukko-osuuden mittaamiseksi ydinvoimalaitosta mallintavan PWR PACTEL -koelaitteiston pystyhöyrystimen sekundääripuolella. Työ on toteutettu osana kansallista SAFIR2014-ydinturvallisuustutkimusohjelmaa. Diplomityön tavoitteena on löytää kustannuksiltaan mahdollisimman järkevä ja toimiva menetelmä aukko-osuuden määrittämiseksi. Aukko-osuuden mittaaminen on tärkeää sekundääripuolen kaksifaasivirtauksen käyttäytymisen paremman tuntemuksen lisäämiseksi. Aukko-osuusmittausdataa tarvitaan muun muassa laskentakoodien validointiin. Diplomityössä perehdytään kaksifaasivirtauksen ja aukko-osuuden fysiikkaan sekä esitellään erityyppisiä aukko-osuuden mittausmenetelmiä. Kunkin mittausmenetelmän soveltuvuutta PWR PACTEL -koelaitteistoon arvioidaan erikseen. Aukko-osuuden mittaaminen höyrystimen sekundääripuolella osoittautuu käytännössä erittäin hankalaksi. Pääasiassa tämä johtuu höyrystimen rakenteesta sekä mittausmenetelmien korkeista kustannuksista. Tämän vuoksi työssä tarkastellaan myös edellytyksiä aukko-osuuden mittaamiselle erillisessä höyrystintä mallintavassa koelaitteistossa. Mikäli aukko-osuutta haluttaisiin mitata erilliskoelaitteistossa, tulisi höyrystinmallin rakennetta, materiaaleja tai kiertoainetta muuttaa PWR PACTELin höyrystimeen verrattuna.

Vesihöyrypiirin kiertolaskenta kuplapetikattilassa

Työssä selvitetään kiertolaskennan periaatteita kuplapetikattilassa, esitetään lyhyesti kattilan toimintaperiaate ja paneudutaan alan laskentaohjelmistoihin. Luonnonkierto kattilan vesihöyrypiirissä on seurausta hydrostaattisesta paineesta, joka aiheutuu tiheyserosta nousu- ja laskuputkien välillä. Kiertolaskennassa on huomioitava kaksifaasivirtauksen ominaispiirteet. Höyry ja neste virtaavat putkistossa eri nopeuksilla, jolloin esimerkiksi painehäviön määrityksessä käytetään erilaisia korrelaatioita ja käyrästöjä. Kaksifaasivirtauksen laskennassa tarvitaan kolmea eri taseyhtälöä: energiatasetta, massatasetta ja liikemäärätasetta. Luonnonkiertokattiloissa höyrykierron suunnittelussa on kaksi pääasiallista ehtoa. Ensimmäiseksi tulee varmistaa riittävä kiertoveden massavirta, jotta vältetään höyrystinputkien puhki palaminen. Toiseksi tulee välttää höyrystinputken pinnan lämpötilavaihteluita ja värähtelyitä. Alustavassa luonnonkierron mitoituksessa turvaudutaan kokemusperäiseen tietoon. Myöhemmässä tarkemmassa mitoituksessa käytettäviä ohjelmistoja ovat NOWA sekä kaupalliset PPSD ja Apros. Laskenta lähtee liikkeelle siitä, että lasketaan ensin vesihöyrykierron massavirrat erilaisilla lämpökuormilla ja höyryntuotanto määritellään painehäviöiden perusteella. NOWA- ja PPSD- ohjelmistoilla tehtyjen esimerkkilaskelmien perusteella voidaan sanoa, että tulokset riippuvat käytetystä laskentamallista.

Päivystyshoitotyön osaaminen valmistuvien sairaanhoitajaopiskelijoiden arvioimana

Potilaan hoitamisessa korostuvat mm. triagen tekeminen, potilaan voinnin seuranta ja hoitoa koskevien päätösten tekeminen nopeasti potilaan voinnin mukaan sekä potilaan jatkohoidon turvaaminen. Tämä kaksivaiheinen koulutustutkimus kohdistui päivystyshoitotyön osaamiseen. Tutkimuksen ensimmäisessä vaiheessa määriteltiin päivystyshoitotyön osaaminen ja toisessa vaiheessa arvioitiin valmistuvien sairaanhoitajaopiskelijoiden päivystyshoitotyön osaamista ja osaamiseen yhteydessä olevia tekijöitä. Osaamisen arvioinnin suorittivat opiskelijat itse ja vertailuperustana opiskelijoiden päivystyshoitotyön osaamiselle käytettiin ammatissa toimivien sairaanhoitajien päivystyshoitotyön osaamista. Tutkimuksen tavoitteena oli arvioinnin perusteella määrittää päivystyshoitotyön osaamisen nykytaso ja tehdä tarvittavat ehdotukset päivystyshoitotyön osaamisen kehittämiseen. Tutkimuksen ensimmäisessä vaiheessa (2006–2012) tiedonkeruumenetelminä oli kirjallisuuskatsaus ja asiantuntija-arviointi hyödyntäen delphi-menetelmää. Kirjallisuuskatsauksen perusteella muodostettiin päivystyshoitotyön osaamista kuvaavat pääkategoriat, yläkategoriat ja alakategoriat.Alakategoriat (n=61) annettiin asiantuntijoille (sairaanhoitajat, opettajat, ylihoitajat) arvioitavaksi.Kaksivaiheisen asiantuntija-arvioinnin perusteella muodostui 92 päivystyshoitotyön osaamista kuvaavaa alakategoriaa. Tutkimuksen toisessa vaiheessa (2007–2012) valmistuvien suomalaisten sairaanhoitaja-opiskelijoiden (N=382, n=208, vastausprosentti 55 %) päivystyshoitotyön osaamista arvioitiin tätä tutkimusta varten kehitetyllä mittarilla (Päivystyshoitotyön osaaminen -mittari). Mittari perustui tutkimuksen ensimmäisessä vaiheessa muodostettuun määrittelyyn päivystyshoitotyön osaamisesta. Osaamista mitattiin VAS-janalla (asteikko 0–100) arvon 100 ollessa optimaalinen taso, johon pyrittiin. Sairaanhoitajaopiskelijoiden tavoiteltavaksi osaamisen tasoksi asetettiin 80 olettaen opiskelijoiden osaamisen vielä kehittyvän työkokemuksen myötä. Ammatissa toimivien sairaanhoitajien (N=586, n=280, vastausprosentti 48 %) itsearvioitua osaamista käytettiin vertailuperustana opiskelijoiden osaamiselle. Aineisto analysoitiin tilastollisin menetelmin. Valmistuvien sairaanhoitajaopiskelijoiden itsearvioitu päivystyshoitotyön osaaminen oli alle tavoiteltavan osaamisen tason. Opiskelijoilla oli mielestään eniten eettistä osaamista sekä vuorovaikutus- ja yhteistyöosaamista ja vähiten päätöksenteko-osaamista ja kliinistä osaamista. Myös ammatissa toimivilla sairaanhoitajilla oli mielestään eniten vuorovaikutus- ja yhteistyöosaamista. Vähiten heillä oli ohjausosaamista ja päätöksenteko-osaamista. Sairaanhoitajilla oli tilastollisesti merkitsevästi enemmän päivystyshoitotyön osaamista kuin opiskelijoilla. Opiskelijoiden päivystyshoitotyön osaamista selitti eniten aikaisempi terveysalan tutkinto. Päivystyshoitotyön osaamisen kehittämisehdotukset kohdistuvat ammatillisen peruskoulutuksen ja täydennyskoulutuksen opetuksen sisältöihin ja määrään, opetus- ja opiskelumenetelmiin, osaamisen arviointiin sekä urasuunnitteluun. Jatkotutkimusehdotukset kohdistuvat päivystyshoitotyön osaamisen määrittelyn ja osaamista arvioivan mittarin edelleen kehittämiseen, erilaisten arviointimenetelmien kehittämiseen sekä osaamiseen yhteydessä olevien tekijöiden edelleen tutkimiseen.

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.

Effects of condensation in microchannels with a porous boundary: analytical investigation on heat transfer and meniscus shape

In two-phase miniature and microchannel flows, the meniscus shape must be considered due to effects that are affected by condensation and/or evaporation and coupled with the transport phenomena in the thin film on the microchannel wall, when capillary forces drive the working fluid. This investigation presents an analytical model for microchannel condensers with a porous boundary, where capillary forces pump the fluid. Methanol was selected as the working fluid. Very low liquid Reynolds numbers were obtained (Re~6), but very high Nusselt numbers (Nu~150) could be found due to the channel size (1.5 mm) and the presence of the porous boundary. The meniscus calculation provided consistent results for the vapor interface temperature and pressure, as well as the meniscus curvature. The obtained results show that microchannel condensers with a porous boundary can be used for heat dissipation with reduced heat transfer area and very high heat dissipation capabilities.

Computational studies for the design of process equipment with complex geometries

This study combines several projects related to the flows in vessels with complex shapes representing different chemical apparata. Three major cases were studied. The first one is a two-phase plate reactor with a complex structure of intersecting micro channels engraved on one plate which is covered by another plain plate. The second case is a tubular microreactor, consisting of two subcases. The first subcase is a multi-channel two-component commercial micromixer (slit interdigital) used to mix two liquid reagents before they enter the reactor. The second subcase is a micro-tube, where the distribution of the heat generated by the reaction was studied. The third case is a conventionally packed column. However, flow, reactions or mass transfer were not modeled. Instead, the research focused on how to describe mathematically the realistic geometry of the column packing, which is rather random and can not be created using conventional computeraided design or engineering (CAD/CAE) methods. Several modeling approaches were used to describe the performance of the processes in the considered vessels. Computational fluid dynamics (CFD) was used to describe the details of the flow in the plate microreactor and micromixer. A space-averaged mass transfer model based on Fick’s law was used to describe the exchange of the species through the gas-liquid interface in the microreactor. This model utilized data, namely the values of the interfacial area, obtained by the corresponding CFD model. A common heat transfer model was used to find the heat distribution in the micro-tube. To generate the column packing, an additional multibody dynamic model was implemented. Auxiliary simulation was carried out to determine the position and orientation of every packing element in the column. This data was then exported into a CAD system to generate desirable geometry, which could further be used for CFD simulations. The results demonstrated that the CFD model of the microreactor could predict the flow pattern well enough and agreed with experiments. The mass transfer model allowed to estimate the mass transfer coefficient. Modeling for the second case showed that the flow in the micromixer and the heat transfer in the tube could be excluded from the larger model which describes the chemical kinetics in the reactor. Results of the third case demonstrated that the auxiliary simulation could successfully generate complex random packing not only for the column but also for other similar cases.

Modeling of Liquid-Solid Flow in Industrial Scale

In the present work, liquid-solid flow in industrial scale is modeled using the commercial software of Computational Fluid Dynamics (CFD) ANSYS Fluent 14.5. In literature, there are few studies on liquid-solid flow in industrial scale, but any information about the particular case with modified geometry cannot be found. The aim of this thesis is to describe the strengths and weaknesses of the multiphase models, when a large-scale application is studied within liquid-solid flow, including the boundary-layer characteristics. The results indicate that the selection of the most appropriate multiphase model depends on the flow regime. Thus, careful estimations of the flow regime are recommended to be done before modeling. The computational tool is developed for this purpose during this thesis. The homogeneous multiphase model is valid only for homogeneous suspension, the discrete phase model (DPM) is recommended for homogeneous and heterogeneous suspension where pipe Froude number is greater than 1.0, while the mixture and Eulerian models are able to predict also flow regimes, where pipe Froude number is smaller than 1.0 and particles tend to settle. With increasing material density ratio and decreasing pipe Froude number, the Eulerian model gives the most accurate results, because it does not include simplifications in Navier-Stokes equations like the other models. In addition, the results indicate that the potential location of erosion in the pipe depends on material density ratio. Possible sedimentation of particles can cause erosion and increase pressure drop as well. In the pipe bend, especially secondary flows, perpendicular to the main flow, affect the location of erosion.

Conceptualizing and measuring human anxiety on the Internet

Since the 1990’s, the Internet has played a central role in our daily lives. The Internet is an integral part of our personal, business, family, research, entertainment, academic and social life. However, there are social implications in using the Internet that are dependent on categories such as gender, age, ethnicity and cultural attributes. This social aspect can play a detrimental role in the expression of human anxiety on the Internet. An anxiety is a complex phenomenon that requires further elaboration. Thus, the aim of this thesis is to investigate human anxiety, or specifically, whether Internet anxiety can be conceptualized and measured. This thesis utilizes literature, qualitative and quantitative research methodologies, and a triangulation validation approach to conceptualize and measure the Internet anxiety phenomenon. In particular, the aim is to explore anxiety levels of Internet participants to develop and validate an Internet anxiety scale based on earlier research on Internet anxiety. The results of the dissertation present a two phase study. In Phase I, a smaller set of studies were conducted with a limited sample size. In Phase II, the research topic was investigated using 385 participants. Based on a number of studies or experiments, the state-of-the-art discovered in this thesis is creation, design, and validation of two scales, the Self-Assessment Scale (SAS) and a Modified Internet Anxiety Scale (MIAS) for measuring users’ anxieties on the Internet. The result of this dissertation is a conceptualization and measurement of various types of Internet anxiety and measurement of affective feelings of users on the Internet. As a proof-of-concept of measuring Internet anxiety, this thesis describes the author’s implementation of three sets of tools: MyAnxiety, introducing Internet anxieties types; Intelligentia, for collecting Internet anxieties types; and MyIAControl tool, implemented as a browser plug-in, for measuring affective feelings of users on the Internet. Conclusions drawn from the results show that these empirically validated scales and tools might be useful for researchers and practitioners in understanding and measuring the Internet anxiety phenomenon further.

Building a Roadmap for a Market Intelligence function in a Global B2B company

Tämän diplomityötutkimuksen tarkoituksena on luoda markkinaälyyn (MI) erikoistunut funktio suurelle, globaalisti toimivalle B2B-yritykselle. Tämän päivän muut-tuvilla markkinoilla, teollisuusyrityksen on oltava markkinalähtöinen selviytyäkseen. Markkinatiedon tehokas hyödyntäminen ei pelkästään luo tietoa markkinoista, vaan tuottaa kilpailukykyistä tietoa ja toimii strategisen päätöksenteon tukena pitkällä aikavälillä. Tämä tutkimus on kvalitatiivinen toimintatutkimus, joka sisältää kirjallisuuskat-sauksen, yritystapaustutkimuksen sekä syväanalyysin yrityksen MI-ympäristöstä. Kirjallisuuskatsaus pitää sisällään teoriaa liittyen markkinaälyyn useassa eri kon-tekstissa, asiakassuhteeseen, sekä prosessinmallintamiseen. Empiiriseen osaa seuraa tutkimusmenetelmäkappale, joka sisältää kaksivaiheisen tutkimuksen mukaan lu-kien 20 päällikkötason haastattelua sekä yhden laaja-alaisen työryhmätapaamisen. Työn tuloksena syntyy kolmivaiheinen tiekartta, jonka tarkoitus on toimia pohjana uuden MI-funktion rakentamiselle Case-yrityksessä. Tuloksen mukaan MI-funktio tulisi sijoittaa yrityksen asiakasrajapintaan sekä tukea yksiköiden välistä integraa-tiota. Markkinaälyn jakaminen yrityksen sisällä vaatii käytäntöjen, tarpeiden ja ta-voitteiden systemaattista viestintää eri organisaatiotasoille, jotta yritys voi edelleen saada asiakkaalta tarpeeseen vastaavaa tietoa. Viestintä yrityksen ja asiakkaan välil-lä on oltava molemminpuolista, jotta tulokset voisivat parantaa asiakassuhdetta. Kun asiakassuhde paranee, yritys voi oppia asiakkaalta arvokasta tietoa, markkinaälyä.

Kaksifaasijäähdytysjärjestelmään liittyvien pumppujen vertailu ja kehittäminen sarjatuotannon tarpeisiin

Tehoelektroniikalta vaaditaan nykyään parempaa suorituskykyä entistä pienemmässä tilassa. Tämä luo haasteen riittävälle jäähdytykselle. Eräs ratkaisu on käyttää kaksifaasijäähdytystä, jolla aikaansaadaan tehokas lämmönsiirto komponenttien pinnalta. Lämmönsiirtonesteinä voidaan käyttää kylmäaineita tai muita alhaisessa lämpötilassa kiehuvia nesteitä. Tällaisille nesteille on tyypillistä alhainen höyrynpaine sekä matala viskositeetti. Nämä ominaisuudet tuovat haasteita nesteen pumppaukseen. Tässä työssä tarkastellaan R-134A:ta sekä Novec 7000:ta, perehdytään niiden fysikaalisiin ominaisuuksiin sekä materiaaliyhteensopivuuksiin ja näiden tietojen pohjalta etsitään sopivaa pumpputyyppiä kaksifaasijäähdytysjärjestelmään. Tehoelektroniikan jäähdytysjärjestelmän pumpun on oltava edullinen muuhun järjestelmään nähden. Tyypillinen kiertopumppu nestejäähdytysjärjestelmässä on pieni keskipakopumppu. Alhaisen kiehumispisteen vuoksi kavitointiriski kasvaa ja tämä voi vahingoittaa pumppua. Myös matala viskositeetti tuo haasteita vuotoherkkyyden kasvamisen myötä, joten mekaanisilla aksiaalitiivisteillä varustetut pumput eivät ole pitkäikäisiä. Kylmäainejärjestelmiin tarkoitetut pumput ovat arvokkaita, eikä näin ollen sovellu edullisiin jäähdytysjärjestelmiin. Tässä työssä käydään läpi erilaisia pumpputyyppejä, jotka voisivat soveltua pitkäikäiseen pumppaukseen ilman huoltotöitä. Näiden tietojen perusteella kehitetään edullista ja pitkäikäistä pumppua pieniin kaksifaasijäähdytysjärjestelmiin nesteiden fysikaaliset ominaisuudet huomioon ottaen. Kehitetyn pumpun ominaisuuksia ja kustannuksia vertaillaan kaupallisiin ratkaisuihin ottaen huomioon sarjavalmistus. Itse valmistettuna pienelle sisäryntöiselle hammaspyöräpumpulle jää hintaa alle kymmenesosa markkinoilta löytyviin kylmäaineille soveltuviin pumppuun.

Readout architectures for hybrid pixel detector readout chips

The original contribution of this thesis to knowledge are novel digital readout architectures for hybrid pixel readout chips. The thesis presents asynchronous bus-based architecture, a data-node based column architecture and a network-based pixel matrix architecture for data transportation. It is shown that the data-node architecture achieves readout efficiency 99% with half the output rate as a bus-based system. The network-based solution avoids “broken” columns due to some manufacturing errors, and it distributes internal data traffic more evenly across the pixel matrix than column-based architectures. An improvement of > 10% to the efficiency is achieved with uniform and non-uniform hit occupancies. Architectural design has been done using transaction level modeling (TLM) and sequential high-level design techniques for reducing the design and simulation time. It has been possible to simulate tens of column and full chip architectures using the high-level techniques. A decrease of > 10 in run-time is observed using these techniques compared to register transfer level (RTL) design technique. Reduction of 50% for lines-of-code (LoC) for the high-level models compared to the RTL description has been achieved. Two architectures are then demonstrated in two hybrid pixel readout chips. The first chip, Timepix3 has been designed for the Medipix3 collaboration. According to the measurements, it consumes < 1 W/cm^2. It also delivers up to 40 Mhits/s/cm^2 with 10-bit time-over-threshold (ToT) and 18-bit time-of-arrival (ToA) of 1.5625 ns. The chip uses a token-arbitrated, asynchronous two-phase handshake column bus for internal data transfer. It has also been successfully used in a multi-chip particle tracking telescope. The second chip, VeloPix, is a readout chip being designed for the upgrade of Vertex Locator (VELO) of the LHCb experiment at CERN. Based on the simulations, it consumes < 1.5 W/cm^2 while delivering up to 320 Mpackets/s/cm^2, each packet containing up to 8 pixels. VeloPix uses a node-based data fabric for achieving throughput of 13.3 Mpackets/s from the column to the EoC. By combining Monte Carlo physics data with high-level simulations, it has been demonstrated that the architecture meets requirements of the VELO (260 Mpackets/s/cm^2 with efficiency of 99%).

Aamiaiskahvilasta ötökkätarjontaan. Suomen kirjoitetun yleiskielen morfosyntaktisten yhdyssanarakenteiden produktiivisuus

Tämän tutkimuksen kohde on suomen kirjoitetun yleiskielen morfosyntaktisten yhdyssanarakenteiden produktiivisuus. Tutkimuksen tärkein päämäärä on selvittää, kuinka ahkerasti erilaisia suomen kielen suomia mahdollisuuksia käytetään uusien yhdyssanojen muodostuksessa. Käytännöllistä produktiivisuutta kartoittava tutkimus täydentää kielioppien ja sanastonkuvausten antamaa kuvaa kielestä. Tutkimuksen kohteena oleva kielimuoto on kaikille kielenkäyttäjille yhteinen kirjoitettu yleiskieli. Tutkimusaineisto koostuu 28 091 uudesta yhdyssanasta, jotka on kerätty painetun median kielestä vuosina 2000–2009. Aineiston pohjana on Kotimaisten kielten keskuksen Nykysuomen sanastotietokanta, johon poimitaan uusia ja uudella tavalla käytettyjä sanoja ensisijaisesti sanakirjatyön ja kielenhuollon tarpeisiin. Tutkimusaihetta lähestytään useiden yhdyssanan osien muotoa, sanaluokkaa, määrää ja pituutta koskevien alakysymysten kautta. Tutkimus etenee yksittäisten muut-tujien käsittelystä muuttujien keskinäisiä suhteita tarkasteleviin malleihin. Tutkimuksessa käytetään kaksivaiheista metodia: Metodin ensimmäinen askel on uudessa sanastossa havaittujen rakenteiden tyyppifrekvenssin tilastollinen analyysi. Toinen askel on varsinkin matalafrekvenssisten tai tilastollisessa analyysissa muuten poikkeavaksi osoittautuneiden rakenteiden kvalitatiivinen tarkastelu. Metodi on kehitetty tätä tutkimusta varten, sillä aiemmin produktiivisuuden mittaamisessa käytetyt menetelmät eivät sellaisenaan sovi suomen kielen yhdyssanarakenteiden tutkimukseen. Tutkimusmetodien kehittäminen on tutkimuksen keskeinen tavoite. Tutkimus osoittaa, että suomen kielen uudet yhdyssanat ovat rakenteeltaan homogeenisempiä, kuin aiempia kielenkuvauksia lukemalla voisi olettaa. Uusi suomen kielen yhdyssana on todennäköisimmin kahdesta substantiivista yhdistämällä muodostettu substantiivi, jonka alkuosa on nominatiivissa eikä kongruoi jälkiosan kanssa. Ennakko-oletusta huomattavasti yleisempiä ovat myös prefiksinkaltaisella alkuosalla alkavat yhdyssanat. Genetiivialkuiset yhdyssanat puolestaan ovat ennakko-oletusta harvinaisempia. Kaikki kieliopillisesti mahdolliset yhdyssanarakenteet eivät ole lainkaan produktiivisia kielenkäytön tasolla. Tutkimus on luonteeltaan kielen rakennetta kartoittavaa perustutkimusta. Tutkimustulosten tärkeimmät sovellusalat ovat kieliteknologia ja sananmuodostuksen opetus. Tutkimus avaa useita näkökulmia jatkotutkimukselle.

Analysis of PACTEL small break LOCA experiment using TRACE

A small break loss-of-coolant accident (SBLOCA) is one of problems investigated in an NPP operation. Such accident can be analyzed using an experiment facility and TRACE thermal-hydraulic system code. A series of SBLOCA experiments was carried out on Parallel Channel Test Loop (PACTEL) facility, exploited together with Technical Research Centre of Finland VTT Energy and Lappeenranta University of Technology (LUT), in order to investigate two-phase phenomena related to a VVER-type reactor. The experiments and a TRACE model of the PACTEL facility are described in the paper. In addition, there is the TRACE code description with main field equations. At the work, calculations of a SBLOCA series are implemented and after the calculations, the thesis discusses the validation of TRACE and concludes with an assessment of the usefulness and accuracy of the code in calculating small breaks.

Flow in porous media of oil-water systems

Fluid flow behaviour in porous media is a conundrum. Therefore, this research is focused on filtration-volumetric characterisation of fractured-carbonate sediments, coupled with their proper simulation. For this reason, at laboratory rock properties such as pore volume, permeability and porosity are measured, later phase permeabilities and oil recovery in function of flow rate are assessed. Furthermore, the rheological properties of three oils are measured and analysed. Finally based on rock and fluid properties, a model using COMSOL Multiphysics is built in order to compare the experimental and simulated results. The rock analyses show linear relation between flow rate and differential pressure, from which phase permeabilities and pressure gradient are determined, eventually the oil recovery under low and high flow rate is established. In addition, the oils reveal thixotropic properties as well as non-Newtonian behaviour described by Bingham model, consequently Carreau viscosity model for the used oil is given. Given these points, the model for oil and water is built in COMSOL Multiphysics, whereupon successfully the reciprocity between experimental and simulated results is analysed and compared. Finally, a two-phase displacement model is elaborated.

Coolability of porous core debris beds : Effects of bed geometry and multi-dimensional flooding

This thesis addresses the coolability of porous debris beds in the context of severe accident management of nuclear power reactors. In a hypothetical severe accident at a Nordic-type boiling water reactor, the lower drywell of the containment is flooded, for the purpose of cooling the core melt discharged from the reactor pressure vessel in a water pool. The melt is fragmented and solidified in the pool, ultimately forming a porous debris bed that generates decay heat. The properties of the bed determine the limiting value for the heat flux that can be removed from the debris to the surrounding water without the risk of re-melting. The coolability of porous debris beds has been investigated experimentally by measuring the dryout power in electrically heated test beds that have different geometries. The geometries represent the debris bed shapes that may form in an accident scenario. The focus is especially on heap-like, realistic geometries which facilitate the multi-dimensional infiltration (flooding) of coolant into the bed. Spherical and irregular particles have been used to simulate the debris. The experiments have been modeled using 2D and 3D simulation codes applicable to fluid flow and heat transfer in porous media. Based on the experimental and simulation results, an interpretation of the dryout behavior in complex debris bed geometries is presented, and the validity of the codes and models for dryout predictions is evaluated. According to the experimental and simulation results, the coolability of the debris bed depends on both the flooding mode and the height of the bed. In the experiments, it was found that multi-dimensional flooding increases the dryout heat flux and coolability in a heap-shaped debris bed by 47–58% compared to the dryout heat flux of a classical, top-flooded bed of the same height. However, heap-like beds are higher than flat, top-flooded beds, which results in the formation of larger steam flux at the top of the bed. This counteracts the effect of the multi-dimensional flooding. Based on the measured dryout heat fluxes, the maximum height of a heap-like bed can only be about 1.5 times the height of a top-flooded, cylindrical bed in order to preserve the direct benefit from the multi-dimensional flooding. In addition, studies were conducted to evaluate the hydrodynamically representative effective particle diameter, which is applied in simulation models to describe debris beds that consist of irregular particles with considerable size variation. The results suggest that the effective diameter is small, closest to the mean diameter based on the number or length of particles.