Hiukkasten leijutusominaisuuksien määrittäminen

Leijuttaminen on tärkeä tekniikan sovellus energiantuotannossa. Leijutusreaktorin suunnittelussa ongelmana on kuitenkin oikeiden leijutusnopeuksien käyttäminen halutun tuloksen saamiseksi. Eri korrelaatiot leijutusnopeuksille antavat hyvinkin erilaisia vastauksia, jolloin niitä on vertailtava ja niistä on valittava paras tilanteen mukaan. Leijuttamista tapahtuu, kun hienojakoisesta aineesta koostuvan kerroksen alapuolelta puhalletaan kaasua sen läpi. Leijutusnopeuden ja leijutettavan aineen perusteella leijutilat jaetaan eri tyyppeihin ja niitä kuvaavat erilaiset referenssinopeudet. Nopeuksista tärkeimmät ovat minimileijutusnopeus, terminaalinopeus sekä siirtymäaluenopeus. Eri leijutustilat ja -nopeudet sekä aineen koosta ja tiheydestä kertovat tekijät, Geldart-luokat, voidaan koota yhdeksi diagrammiksi. Diagrammi on dimensiottomien muuttujien ansiosta universaali ja täten hyvin käyttökelpoinen työkalu leijutusnopeuksia ja -tiloja määritettäessä. Työssä esitetyn teorian pohjalta tehty laskentatyökalu hyödyntää Matlabia ja Exceliä. Se vertailee eri leijutuskorrelaatioita ja valitsee niistä tilanteen mukaan parhaan. Lisäksi se havainnollistaa vallitsevaa leijutilaa piirtämällä pisteen Excelissä tehtyyn leijutila-diagrammiin. Laskentatyökalu näyttää, että korrelaatioiden välillä on suuriakin eroja. Terminaalinopeuteen vaikuttaa suuresti partikkelin muoto, joten sen olettaminen palloksi voi antaa moninkertaisen nopeuden todellisuuteen nähden. Siirtymäaluenopeudelle on eri tuloksia antavia mittausmenetelmiä, jolloin korrelaatiotkin antavat toisistaan suuresti poikkeavia tuloksia.

Modélisation des structures sandwiches avec un amortissement viscoélastique intégré par une méthode hybride FEM-TMM

Cette thèse traite de la modélisation numérique de la réponse vibro-acoustique de structures sandwiches-composites avec matériaux viscoélastiques intégrés soumises à différents types d’excitations mécaniques et acoustiques. Dans une première phase, nous avons utilisé une approche de synthèse modale pour calculer les principaux indicateurs vibro-acoustiques de la structure : la vitesse quadratique, la puissance rayonnée, la perte par transmission…Ensuite, l’intégrale de Rayleigh a été exploitée pour calculer la puissance rayonnée de chaque structure. L’obstacle majeur que nous avons alors surmonté, était de gérer efficacement la dépendance en fréquence des propriétés de la couche viscoélastique dans l’approche de synthèse modale. Dans une second phase, en partant du champ vibratoire calculé dans la première étape, nous avons développé une méthode hybride FEM-TMM (méthode des éléments finis – méthode de matrices de transfert) pour prédire avec précision et en un temps de calcul acceptable, et jusqu’en hautes fréquences, les principaux paramètres de conception vibro-acoustique de ces structures, notamment l’amortissement équivalent et les nombres d’ondes suivant les deux directions spatiales x et y de propagation de l’onde acoustique. Les validations numériques que nous avons effectuées, montrent bien la robustesse de l'algorithme que nous avons développé. Ce dernier reste toutefois limité à des structures planes. Dans une troisième phase de ce travail, une étude paramétrique sur l’effet de l’emplacement et de la forme de la couche viscoélastique a été réalisée. Cette étude a été faite en se servant de la méthode hybride FEM-TMM pour calculer la réponse acoustique (puissance transmise et perte par transmission).

Added value from biomass by broader utilization of fuels and CHP plants

The present work, where additional value-creating processes in existing combined heat and power (CHP) structures have been examined, is motivated by a political- and consumer-driven strive towards a bioeconomy and a stagnation for the existing business models in large parts of the CHP sector. The research is based on cases where the integration of flash pyrolysis for co-production of bio-oil, co-gasification for production of fuel gas and synthetic biofuels as well as leaching of extractable fuel components in existing CHP plants have been simulated. In particular, this work has focused on the CHP plants that utilize boilers of fluidized bed (FB) type, where the concept of coupling a separate FB reactor to the FB of the boiler forms an important basis for the analyses. In such dual fluidized bed (DFB) technology, heat is transferred from the boiler to the new rector that is operating with other fluidization media than air, thereby enabling other thermochemical processes than combustion to take place. The result of this work shows that broader operations at existing CHP plants have the potential to enable production of significant volumes of chemicals and/or fuels with high efficiency, while maintaining heat supply to external customers. Based on the insight that the technical preconditions for a broader operation are favourable, the motivation and ability among the incumbents in the Swedish CHP sector to participate in a transition of their operation towards a biorefinery was examined. The result of this assessment showed that the incumbents believe that a broader operation can create significant values for their own operations, the society and the environment, but that they lack both a strong motivation as well as important abilities to move into the new technological fields. If the concepts of broader production are widely implemented in the Swedish FB based CHP sector, this can substantially contribute in the transition towards a bioeconomy.

Active control of sound radiated by vibrating surfaces on a McLaren supercar

Sound radiators based on forced vibrations of plates are becoming widely employed, mainly for active sound enhancement and noise cancelling systems, both in music and automotive environment. Active sound enhancement solutions based on electromagnetic shakers hence find increasing interest. Mostly diffused applications deal with active noise control (ANC) and active vibration control systems for improving the acoustic experience inside or outside the vehicle. This requires investigating vibrational and, consequently, vibro-acoustic characteristics of vehicles. Therefore, simulation and processing methods capable of reducing the calculation time and providing high-accuracy results, are strongly demanded. In this work, an ideal case study on rectangular plates in fully clamped conditions preceded a real case analysis on vehicle panels. The sound radiation generated by a vibrating flat or shallow surface can be calculated by means of Rayleigh’s integral. The analytical solution of the problem is here calculated implementing the equations in MATLAB. Then, the results are compared with a numerical model developed in COMSOL Multiphysics, employing Finite Element Method (FEM). A very good matching between analytical and numerical solutions is shown, thus the cross validation of the two methods is achieved. The shift to the real case study, on a McLaren super car, led to the development of a mixed analytical-numerical method. Optimum results were obtained with mini shakers excitement, showing good matching of the recorded SPL with the calculated one over all the selected frequency band. In addition, a set of directivity measurements of the hood were realized, to start studying the spatiality of sound, which is fundamental to active noise control systems.