Imaging and modeling of pore scale processes in porous media using X-ray computed tomography and lattice Boltzmann solver

In der Erdöl– und Gasindustrie sind bildgebende Verfahren und Simulationen auf der Porenskala im Begriff Routineanwendungen zu werden. Ihr weiteres Potential lässt sich im Umweltbereich anwenden, wie z.B. für den Transport und Verbleib von Schadstoffen im Untergrund, die Speicherung von Kohlendioxid und dem natürlichen Abbau von Schadstoffen in Böden. Mit der Röntgen-Computertomografie (XCT) steht ein zerstörungsfreies 3D bildgebendes Verfahren zur Verfügung, das auch häufig für die Untersuchung der internen Struktur geologischer Proben herangezogen wird. Das erste Ziel dieser Dissertation war die Implementierung einer Bildverarbeitungstechnik, die die Strahlenaufhärtung der Röntgen-Computertomografie beseitigt und den Segmentierungsprozess dessen Daten vereinfacht. Das zweite Ziel dieser Arbeit untersuchte die kombinierten Effekte von Porenraumcharakteristika, Porentortuosität, sowie die Strömungssimulation und Transportmodellierung in Porenräumen mit der Gitter-Boltzmann-Methode. In einer zylindrischen geologischen Probe war die Position jeder Phase auf Grundlage der Beobachtung durch das Vorhandensein der Strahlenaufhärtung in den rekonstruierten Bildern, das eine radiale Funktion vom Probenrand zum Zentrum darstellt, extrahierbar und die unterschiedlichen Phasen ließen sich automatisch segmentieren. Weiterhin wurden Strahlungsaufhärtungeffekte von beliebig geformten Objekten durch einen Oberflächenanpassungsalgorithmus korrigiert. Die Methode der „least square support vector machine” (LSSVM) ist durch einen modularen Aufbau charakterisiert und ist sehr gut für die Erkennung und Klassifizierung von Mustern geeignet. Aus diesem Grund wurde die Methode der LSSVM als pixelbasierte Klassifikationsmethode implementiert. Dieser Algorithmus ist in der Lage komplexe geologische Proben korrekt zu klassifizieren, benötigt für den Fall aber längere Rechenzeiten, so dass mehrdimensionale Trainingsdatensätze verwendet werden müssen. Die Dynamik von den unmischbaren Phasen Luft und Wasser wird durch eine Kombination von Porenmorphologie und Gitter Boltzmann Methode für Drainage und Imbibition Prozessen in 3D Datensätzen von Böden, die durch synchrotron-basierte XCT gewonnen wurden, untersucht. Obwohl die Porenmorphologie eine einfache Methode ist Kugeln in den verfügbaren Porenraum einzupassen, kann sie dennoch die komplexe kapillare Hysterese als eine Funktion der Wassersättigung erklären. Eine Hysterese ist für den Kapillardruck und die hydraulische Leitfähigkeit beobachtet worden, welche durch die hauptsächlich verbundenen Porennetzwerke und der verfügbaren Porenraumgrößenverteilung verursacht sind. Die hydraulische Konduktivität ist eine Funktion des Wassersättigungslevels und wird mit einer makroskopischen Berechnung empirischer Modelle verglichen. Die Daten stimmen vor allem für hohe Wassersättigungen gut überein. Um die Gegenwart von Krankheitserregern im Grundwasser und Abwässern vorhersagen zu können, wurde in einem Bodenaggregat der Einfluss von Korngröße, Porengeometrie und Fluidflussgeschwindigkeit z.B. mit dem Mikroorganismus Escherichia coli studiert. Die asymmetrischen und langschweifigen Durchbruchskurven, besonders bei höheren Wassersättigungen, wurden durch dispersiven Transport aufgrund des verbundenen Porennetzwerks und durch die Heterogenität des Strömungsfeldes verursacht. Es wurde beobachtet, dass die biokolloidale Verweilzeit eine Funktion des Druckgradienten als auch der Kolloidgröße ist. Unsere Modellierungsergebnisse stimmen sehr gut mit den bereits veröffentlichten Daten überein.

Towards continuous surveillance of fruit flies using sensor networks and machine vision

In Australia, the Queensland fruit fly (B. tryoni), is the most destructive insect pest of horticulture, attacking nearly all fruit and vegetable crops. This project has researched and prototyped a system for monitoring fruit flies so that authorities can be alerted when a fly enters a crop in a more efficient manner than is currently used. This paper presents the idea of our sensor platform design as well as the fruit fly detection and recognition algorithm by using machine vision techniques. Our experiments showed that the designed trap and sensor platform is capable to capture quality fly images, the invasive flies can be successfully detected and the average precision of the Queensland fruit fly recognition is 80% from our experiment.

Assessing the energy efficiency of gear oils via the FZG test machine

Energy efficient lubricants are becoming increasingly popular. This is due to a global increase in environmental awareness combined with the potential of reducing operating costs. A new test method of evaluating the energy efficiency of gear oils has been described in this report. The method involves measuring the power required by an FZG test rig to run while using a particular test lubricant. For each oil that was being evaluated, the rig was run for 10 minutes at a load stage of 10. Six extreme pressure (EP) industrial gear oils of mineral base were tested. The difference in power requirements between the best and the worst performing oils was 2.77 and 3.24 kW, respectively. This equates to a 14.6% reduction in power, a significant amount if considered in relation to a high powered industrial machine. The oils of superior performance were noticed to run at reduced temperatures. They were also more expensive than the other products of lesser performance.

Scheduling trains as a blocking parallel-machine job shop scheduling problem

In this paper, the train scheduling problem is modelled as a blocking parallel-machine job shop scheduling (BPMJSS) problem. In the model, trains, single-track sections and multiple-track sections, respectively, are synonymous with jobs, single machines and parallel machines, and an operation is regarded as the movement/traversal of a train across a section. Due to the lack of buffer space, the real-life case should consider blocking or hold-while-wait constraints, which means that a track section cannot release and must hold the train until next section on the routing becomes available. Based on literature review and our analysis, it is very hard to find a feasible complete schedule directly for BPMJSS problems. Firstly, a parallel-machine job-shop-scheduling (PMJSS) problem is solved by an improved shifting bottleneck procedure (SBP) algorithm without considering blocking conditions. Inspired by the proposed SBP algorithm, feasibility satisfaction procedure (FSP) algorithm is developed to solve and analyse the BPMJSS problem, by an alternative graph model that is an extension of the classical disjunctive graph models. The proposed algorithms have been implemented and validated using real-world data from Queensland Rail. Sensitivity analysis has been applied by considering train length, upgrading track sections, increasing train speed and changing bottleneck sections. The outcomes show that the proposed methodology would be a very useful tool for the real-life train scheduling problems