Computational Analysis and Optimization of Real Gas Flow In Small Centrifugal Compressors

Small centrifugal compressors are more and more widely used in many industrialsystems because of their higher efficiency and better off-design performance comparing to piston and scroll compressors as while as higher work coefficient perstage than in axial compressors. Higher efficiency is always the aim of the designer of compressors. In the present work, the influence of four partsof a small centrifugal compressor that compresses heavy molecular weight real gas has been investigated in order to achieve higher efficiency. Two parts concern the impeller: tip clearance and the circumferential position of the splitter blade. The other two parts concern the diffuser: the pinch shape and vane shape. Computational fluid dynamics is applied in this study. The Reynolds averaged Navier-Stokes flow solver Finflo is used. The quasi-steady approach is utilized. Chien's k-e turbulence model is used to model the turbulence. A new practical real gas model is presented in this study. The real gas model is easily generated, accuracy controllable and fairly fast. The numerical results and measurements show good agreement. The influence of tip clearance on the performance of a small compressor is obvious. The pressure ratio and efficiency are decreased as the size of tip clearance is increased, while the total enthalpy rise keeps almost constant. The decrement of the pressure ratio and efficiency is larger at higher mass flow rates and smaller at lower mass flow rates. The flow angles at the inlet and outlet of the impeller are increased as the size of tip clearance is increased. The results of the detailed flow field show that leakingflow is the main reason for the performance drop. The secondary flow region becomes larger as the size of tip clearance is increased and the area of the main flow is compressed. The flow uniformity is then decreased. A detailed study shows that the leaking flow rate is higher near the exit of the impeller than that near the inlet of the impeller. Based on this phenomenon, a new partiallyshrouded impeller is used. The impeller is shrouded near the exit of the impeller. The results show that the flow field near the exit of the impeller is greatly changed by the partially shrouded impeller, and better performance is achievedthan with the unshrouded impeller. The loading distribution on the impeller blade and the flow fields in the impeller is changed by moving the splitter of the impeller in circumferential direction. Moving the splitter slightly to the suction side of the long blade can improve the performance of the compressor. The total enthalpy rise is reduced if only the leading edge of the splitter ismoved to the suction side of the long blade. The performance of the compressor is decreased if the blade is bended from the radius direction at the leading edge of the splitter. The total pressure rise and the enthalpy rise of thecompressor are increased if pinch is used at the diffuser inlet. Among the fivedifferent pinch shape configurations, at design and lower mass flow rates the efficiency of a straight line pinch is the highest, while at higher mass flow rate, the efficiency of a concave pinch is the highest. The sharp corner of the pinch is the main reason for the decrease of efficiency and should be avoided. The variation of the flow angles entering the diffuser in spanwise direction is decreased if pinch is applied. A three-dimensional low solidity twisted vaned diffuser is designed to match the flow angles entering the diffuser. The numerical results show that the pressure recovery in the twisted diffuser is higher than in a conventional low solidity vaned diffuser, which also leads to higher efficiency of the twisted diffuser. Investigation of the detailed flow fields shows that the separation at lower mass flow rate in the twisted diffuser is later than in the conventional low solidity vaned diffuser, which leads to a possible wider flow range of the twisted diffuser.

Information sharing in R&D collaboration - Context-dependency and means of governance

Tiedon jakaminen ja kommunikointi ovat tärkeitä toimintoja verkostoituneiden yritysten välillä ja ne käsitetäänkin yhteistyösuhteen yhtenä menestystekijänä ja kulmakivenä. Tiedon jakamiseen liittyviä haasteita ovat mm. yrityksen liiketoiminnalle kriittisen tiedon vuotaminen ja liiketoiminnan vaatima tiedon reaaliaikaisuus ja riittävä määrä. Tuotekehitysyhteistyössä haasteellista on tiedon jäsentymättömyys ja sitä kautta lisääntyvä tiedon jakamisen tarve, minkä lisäksi jaettava tieto on usein monimutkaista ja yksityiskohtaista. Lisäksi tuotteiden elinkaaret lyhenevät, ja ulkoistaminen ja yhteistyö ovat yhä kasvavia trendejä liiketoiminnassa. Yhdessä nämä tekijät johtavat siihen, että tiedon jakaminen on haastavaa eritoten verkostoituneiden yritysten välillä. Tässä tutkimuksessa tiedon jakamisen haasteisiin pyrittiin vastaamaan ottamalla lähtökohdaksi tiedon jakamisen tilanneriippuvuuden ymmärtäminen. Työssä vastattiin kahteen pääkysymykseen: Mikä on tiedon jakamisen tilanneriippuvuus ja miten sitä voidaan hallita? Tilanneriippuvuudella tarkoitetaan työssä niitä tekijöitä, jotka vaikuttavat siihen, miten yritys jakaa tietoa tuotekehityskumppaneidensa kanssa. Tiedon jakamisella puolestaan tarkoitetaan yrityksestä toiselle siirrettävää tietoa, jota tarvitaan tuotekehitysprojektin aikana. Työn empiirinen aineisto on kerätty laadullisella tutkimusotteella case- eli tapaustutkimuksena yhdessä telekommunikaatioalan yrityksessä jasen eri liiketoimintayksiköissä. Tutkimusjoukko käsitti 19 tuotekehitys- ja toimittajanhallintatehtävissä toimivaa johtajaa tai päällikköä. Työ nojaa pääasiassa hankintojen johtamisen tutkimuskenttään ja tilanneriippuvuuden selvittämiseksi paneuduttiin erityisesti verkostojen tutkimukseen. Työssä kuvattiin tiedon jakaminen yhtenä verkoston toimintona ja yhteistyöhön liittyvättiedon jakamisen hyödyt, haasteet ja riskit identifioitiin. Tämän lisäksi työssä kehitettiin verkoston tutkimismalleja ja yhdistettiin eri tasoilla tapahtuvaa verkoston tutkimusta. Työssä esitettiin malli verkoston toimintojen tutkimiseksija todettiin, että verkostotutkimusta pitäisi tehdä verkosto, ketju, yrityssuhde- ja yritystasolla. Malliin on myös hyvä yhdistää tuote- ja tehtäväkohtaiset ominaispiirteet. Kirjallisuuskatsauksen perusteella huomattiin, että tiedon jakamista on aiemmin tarkasteltu lähinnä tuote- ja yrityssuhteiden tasolla. Väitöskirjassa esitettiin lisää merkittäviä tekijöitä, jotka vaikuttavat tiedon jakamiseen. Näitä olivat mm. tuotekehitystehtävän luonne, teknologia-alueen kypsyys ja toimittajan kyvykkyys. Tiedon jakamisen luonnetta tarkasteltaessa erotettiin operatiivinen, projektin hallintaan ja tuotekehitykseen liittyvä tieto sekä yleinen, toimittajan hallintaan liittyvä strateginen tieto. Tulosten mukaan erityisesti tuotekehityksen määrittelyvaihe ja tapaamiset kasvotusten korostuivat yhteistyössä. Empirian avulla tutkittiin myös niitä tekijöitä, joilla tiedon jakamista voidaan hallita tilanneriippuvuuteen perustuen, koska aiemmin tiedon jakamisen hallintakeinoja tai menestystekijöitä ei ole liitetty suoranaisesti eri olosuhteisiin. Nämä hallintakeinot jaettiin yhteistyötason- ja tuotekehitysprojektitason tekijöihin. Yksi työn keskeisistä tuloksista on se, että huolimatta tiedon jakamisen haasteista, monet niistä voidaan eliminoida tunnistamalla vallitsevat olosuhteet ja panostamalla tiedon jakamisen hallintakeinoihin. Työn manageriaalinen hyöty koskee erityisesti yrityksiä, jotka suunnittelevat ja tekevät tuotekehitysyhteistyötä yrityskumppaniensa kanssa. Työssä esitellään keinoja tämän haasteellisen tehtäväkentän hallintaan ja todetaan, että yritysten pitäisikin kiinnittää entistä enemmän huomiota tiedon jakamisen ja kommunikaation hallintaan jo tuotekehitysyhteistyötä suunniteltaessa.

Rullaussylinterin ja painotelan mallinnus kiinnirullaimen simulointiin

Diplomityössä tutkitaan kaupallisen simulointiohjelmiston soveltuvuutta nykyaikaisen kiinnirullaimen dynamiikan tutkimiseen. Kiinnostuksen kohteena on erityisesti kahden telan välinen nippi, sekä siinä tapahtuvat värähtelyt. Työssä mallinnetaan rullaussylinterin ja telapainolaitteen simulointimallit. Rullaussylinterin simulointimalli yhdistetään Lappeenrannan teknillisessä korkeakoulussa mallinnettuun tampuuritelan simulointimalliin, jolloin nippikontaktin tutkiminen on mahdollista. Simuloituja tuloksia verrataan todellisella laitteella tehtyihin mittauksiin sekä elementtimenetelmällä laskettuihin tuloksiin. Diplomityön mekaniikka mallinnetaan ADAMS-ohjelmistossa monikappaledynamiikan keinoin. Toimilaitteiden sekä säätöjärjestelmien kuvaukseen käytetään MATLAB Simulink-ohjelmistoa. Telojen joustavuuden mallinnuksessa käytetään hyväksi keskittyneiden massojen periaatetta. Järjestelmän hydraulipiirit mallinnetaan keskittyneiden paineiden teorian mukaisesti ja toimilaitteiden mallinnuksessa käytetään puoliempiiristä mallinnustekniikkaa. Työssä havaitaan monikappaledynamiikan soveltuvan kiinnirullaimen dynamiikan tutkimiseen. Kahden diplomityön tuloksena laaditun nippimallin avulla voidaan kuvata rullaustapahtumassa vaikuttavat voimat oikein. Värähtelymittausten perusteella voidaan tehdä karkeita johtopäätöksiä, mallin toimivuuden arvioimiseksi värähtelyjen kuvaamisessa, joskin mallin havaitaan vaativan lisätutkimusta ja kehitystyötä.

Turkiskuoriaiset

Kuukauden kotivieras

Säähavaintoaseman käytettävyyteen vaikuttavat tekijät

Diplomityön tarkoituksena on tuoda esiin tuotteen käytettävyyden kehittämisen tärkeyden osana uuden tuotteen kehittämistä. Tavoitteena on analysoida liikuteltavan säähavaintoaseman käytettävyyden nykytilanne ja löytää mahdollisia käytettävyyden kehittämisalueita. Työssä käydään läpi eri käytettävyyden määritteitä ja käytettävyyden testausta. Käytettävyyden tarkastelunäkökulmia ovat asiakkaiden vaatimukset tuotteelle ja yleinen käytettävyyden subjektiivinen analysointi perustuen hyväksi tunnettuihin suunnittelun perusteisiin, heuristiikkoihin. Säähavaintoasemat ovat valittu eri segmenteistä, jotta voidaan tutkia säähavaintokonseptia, jollaista ei tänäpäivänä vielä ole ja löytää käyttäjien mahdollisia tulevaisuuden tarpeita. Näin saadaan myös laaja näkökulma eri segmenteille suunnattujen säähavaintoasemien käytettävyydestä.Käytettävyyttä voidaan pitää tehokkaana myyntiargumenttina. Tämä edellyttää läheistä yhteistyötä käyttäjien kanssa ja tietoa tuotteen käyttöympäristöstä. Tuotteen tulisi tutkimusten perusteella olla yksinkertainen toiminnoiltaan ja luotettava, jotta se vastasi käyttäjien tarpeita. Työssä osoitetaan myös useita käytettävyyden kehittämisalueita, joita kehittämällä voidaan vastata käyttäjien tarpeita. Tutkimuksen perusteella tutkittavat säähavaintoasemat voisivat olla käyttäjäystävällisempiä ja vastata paremmin käyttäjän tarpeita.Jatkotoimenpiteinä ehdotetaan esille tulleiden säähavaintoseman käytettävyyden osa-alueiden tarkempaa kartoittamista ja erityisesti käyttäjien tomintaympäristöjen ymmärtämistä. Näin varmistetaan käyttäjäystävällisyyden huomioiminen aikaisessa tuotesuunnitteluprosessin vaiheessa. Tuotteen käytettävyyden huomioiminen aikaisessa suunnitteluvaiheessa on yleensä myös edullista yhtiölleDiplomityön tarkoituksena on tuoda esiin tuotteen käytettävyyden kehittämisen tärkeyden osana uuden tuotteen kehittämistä. Tavoitteena on analysoida liikuteltavan säähavaintoaseman käytettävyyden nykytilanne ja löytää mahdollisia käytettävyyden kehittämisalueita. Työssä käydään läpi eri käytettävyyden määritteitä ja käytettävyyden testausta. Käytettävyyden tarkastelunäkökulmia ovat asiakkaiden vaatimukset tuotteelle ja yleinen käytettävyyden subjektiivinen analysointi perustuen hyväksi tunnettuihin suunnittelun perusteisiin, heuristiikkoihin. Säähavaintoasemat ovat valittu eri segmenteistä, jotta voidaan tutkia säähavaintokonseptia, jollaista ei tänäpäivänä vielä ole ja löytää käyttäjien mahdollisia tulevaisuuden tarpeita. Näin saadaan myös laaja näkökulma eri segmenteille suunnattujen säähavaintoasemien käytettävyydestä.Käytettävyyttä voidaan pitää tehokkaana myyntiargumenttina. Tämä edellyttää läheistä yhteistyötä käyttäjien kanssa ja tietoa tuotteen käyttöympäristöstä. Tuotteen tulisi tutkimusten perusteella olla yksinkertainen toiminnoiltaan ja luotettava, jotta se vastasi käyttäjien tarpeita. Työssä osoitetaan myös useita käytettävyyden kehittämisalueita, joita kehittämällä voidaan vastata käyttäjien tarpeita. Tutkimuksen perusteella tutkittavat säähavaintoasemat voisivat olla käyttäjäystävällisempiä ja vastata paremmin käyttäjän tarpeita.Jatkotoimenpiteinä ehdotetaan esille tulleiden säähavaintoseman käytettävyyden osa-alueiden tarkempaa kartoittamista ja erityisesti käyttäjien tomintaympäristöjen ymmärtämistä. Näin varmistetaan käyttäjäystävällisyyden huomioiminen aikaisessa tuotesuunnitteluprosessin vaiheessa. Tuotteen käytettävyyden huomioiminen aikaisessa suunnitteluvaiheessa on yleensä myös edullista yhtiölle