Actively maintained lipid nanodomains in biomembranes

Lipid rafts, defined as domains rich in cholesterol and sphingolipids, are involved in many important plasma membrane functions. Recent studies suggest that the way cells handle membrane cholesterol is fundamental in the formation of such lateral heterogeneities. We propose to model the plasma membrane as a nonequilibrium phase-separating system where cholesterol is dynamically incorporated and released. The model shows how cellular regulation of membrane cholesterol may determine the nanoscale lipid organization when the lipid mixture is close to a phase separation boundary, providing a plausible mechanism for raft formation in vivo.

Régulation du canal à sodium épithélial par le sodim extracellulaire et développement d'un microsystème intégré pour l'étude électrophysiologique sur ovocytes de "Xenopus laevis"

Résumé : La première partie de ce travail de thèse est consacrée au canal à sodium épithélial (ENaC), l'élément clé du transport transépithélial de Na+ dans le néphron distal, le colon et les voies aériennes. Ce canal est impliqué dans certaines formes génétiques d'hypo- et d'hypertension (PHA I, syndrome de Liddle), mais aussi, indirectement, dans la mucoviscidose. La réabsorption transépithéliale de Na+ est principalement régulée par des hormones (aldostérone, vasopressine), mais aussi directement par le Na+, via deux phénomènes distincts, la « feedback inhibition » et la « self-inhibition » (SI). Ce second phénomène est dépendant de la concentration de Na+ extracellulaire, et montre une cinétique rapide (constante de temps d'environ 3 s). Son rôle physiologique serait d'assurer l'homogénéité de la réabsorption de Na+ et d'empêcher que celle-ci soit excessive lorsque les concentrations de Na+ sont élevées. Différents éléments appuient l'hypothèse de la présence d'un site de détection de la concentration du Na+ extracellulaire sur ENaC, gouvernant la SI. L'objectif de ce premier projet est de démontrer l'existence du site de détection impliqué dans la SI et de déterminer ses propriétés physiologiques et sa localisation. Nous avons montré que les caractéristiques de la SI (en termes de sélectivité et affinité ionique) sont différentes des propriétés de conduction du canal. Ainsi, nos résultats confirment l'hypothèse de l'existence d'un site de détection du Na+ (responsable de la transmission de l'information au mécanisme de contrôle de l'ouverture du canal), différent du site de conduction. Par ailleurs, ce site présente une affinité basse et indépendante du voltage pour le Na+ et le Li+ extracellulaires. Le site semble donc être localisé dans le domaine extracellulaire, plutôt que transmembranaire, de la protéine. L'étape suivante consiste alors à localiser précisément le site sur le canal. Des études précédentes, ainsi que des résultats préliminaires récemment obtenus, mettent en avant le rôle dans la self-inhibition du premiers tiers des boucles extracellulaires des sous-unités α et γ du canal. Le second projet tire son origine des limitations de la méthode classique pour l'étude des canaux ioniques, après expression dans les ovocytes de Xenopus laevis, par la méthode du voltage-clamp à deux électrodes, en particulier les limitations dues à la lenteur des échanges de solutions. En outre, cette méthode souffre de nombreux désavantages (manipulations délicates et peu rapides, grands volumes de solution requis). Plusieurs systèmes améliorés ont été élaborés, mais aucun ne corrige tous les désavantages de la méthode classique Ainsi, l'objectif ici est le développement d'un système, pour l'étude électrophysiologique sur ovocytes, présentant les caractéristiques suivantes : manipulation des cellules facilitée et réduite, volumes de solution de perfusion faibles et vitesse rapide d'échange de la perfusion. Un microsystème intégré sur une puce a été élaboré. Ces capacités de mesure ont été testées en utilisant des ovocytes exprimant ENaC. Des résultats similaires (courbes IV, courbes dose-réponse au benzamil) à ceux obtenus avec le système traditionnel ont été enregistrés avec le microsystème. Le temps d'échange de solution a été estimé à ~20 ms et des temps effectifs de changement ont été déterminés comme étant 8 fois plus court avec le nouveau système comparé au classique. Finalement, la SI a été étudiée et il apparaît que sa cinétique est 3 fois plus rapide que ce qui a été estimé précédemment avec le système traditionnel et son amplitude de 10 à 20 % plus importante. Le nouveau microsystème intégré apparaît donc comme adapté à la mesure électrophysiologique sur ovocytes de Xenopus, et possèdent des caractéristiques appropriées à l'étude de phénomènes à cinétique rapide, mais aussi à des applications de type « high throughput screening ». Summary : The first part of the thesis is related to the Epithelial Sodium Channel (ENaC), which is a key component of the transepithelial Na+ transport in the distal nephron, colon and airways. This channel is involved in hypo- and hypertensive syndrome (PHA I, Liddle syndrome), but also indirectly in cystic fibrosis. The transepithelial reabsorption of Na+ is mainly regulated by hormones (aldosterone, vasopressin), but also directly by Na+ itself, via two distinct phenomena, feedback inhibition and self-inhibition. This latter phenomenon is dependant on the extracellular Na+ concentration and has rapid kinetics (time constant of about 3 s). Its physiological role would be to prevent excessive Na+ reabsorption and ensure this reabsorption is homogenous. Several pieces of evidence enable to propose the hypothesis of an extracellular Na+ sensing site on ENaC, governing self-inhibition. The aim of this first project is to demonstrate the existence of the sensing site involved in self-inhibition and to determine its physiological properties and localization. We show self-inhibition characteristics (ionic selectivity and affinity) are different from the conducting properties of the channel. Our results support thus the hypothesis that the Na+ sensing site (responsible of the transmission of the information about the extracellular Na+ concentration to the channel gating mechanism), is different from the channel conduction site. Furthermore, the site has a low and voltage-insensitive affinity for extracellular Na+ or Li+. This site appears to be located in the extracellular domain rather than in the transmembrane part of the channel protein. The next step is then to precisely localize the site on the channel. Some previous studies and preliminary results we recently obtained highlight the role of the first third of the extracellular loop of the α and γ subunits of the channel in self-inhibition. The second project originates in the limitation of the classical two-electrode voltageclamp system classically used to study ion channels expressed in Xenopus /aevis oocytes, in particular limitations related to the slow solution exchange time. In addition, this technique undergoes several drawbacks (delicate manipulations, time consumption volumes). Several improved systems have been built up, but none corrected all these detriments. The aim of this second study is thus to develop a system for electrophysiological study on oocytes featuring an easy and reduced cell handling, small necessary perfusion volumes and fast fluidic exchange. This last feature establishes the link with the first project, as it should enable to improve the kinetics analysis of self-inhibition. A PDMS chip-based microsystem has been elaborated. Its electrophysiological measurement abilities have been tested using oocytes expressing ENaC. Similar measurements (IV curves of benzamil-sensitive currents, benzamil dose-response curves) have been obtained with this system, compared to the traditional one. The solution exchange time has been estimated at N20 ms and effective exchange times (on inward currents) have been determined as 8 times faster with the novel system compared to the classical one. Finally, self-inhibition has been studied and it appears its kinetics is 3 times faster and its amplitude 10 to 20 % higher than what has been previously estimated with the traditional system. The novel integrated microsystem appears therefore to be convenient for electrophysiological measurement on Xenopus oocytes, and displays features suitable for the study of fast kinetics phenomenon, but also high throughput screening applications. Résumé destiné large public : Le corps humain est composé d'organes, eux-mêmes constitués d'un très grand nombre de cellules. Chaque cellule possède une paroi appelée membrane cellulaire qui sépare l'intérieur de cette cellule (milieu intracellulaire) du liquide (milieu extracellulaire) dans lequel elle baigne. Le maintien de la composition stable de ce milieu extracellulaire est essentiel pour la survie des cellules et donc de l'organisme. Le sodium est un des composants majeurs du milieu extracellulaire, sa quantité dans celui-ci doit être particulièrement contrôlée. Le sodium joue en effet un rôle important : il conditionne le volume de ce liquide extracellulaire, donc, par la même, du sang. Ainsi, une grande quantité de sodium présente dans ce milieu va de paire avec une augmentation du volume sanguin, ce qui conduit l'organisme à souffrir d'hypertension. On se rend donc compte qu'il est très important de contrôler la quantité de sodium présente dans les différents liquides de l'organisme. Les apports de sodium dans l'organisme se font par l'alimentation, mais la quantité de sodium présente dans le liquide extracellulaire est contrôlée de manière très précise par le rein. Au niveau de cet organe, on appelle urine primaire le liquide résultant de la filtration du sang. Elle contient de nombreuses substances, des petites molécules, dont l'organisme a besoin (sodium, glucose...), qui sont ensuite récupérées dans l'organe. A la sortie du rein, l'urine finale ne contient plus que l'excédent de ces substances, ainsi que des déchets à éliminer. La récupération du sodium est plus ou moins importante, en fonction des ajustements à apporter à la quantité présente dans le liquide extracellulaire. Elle a lieu grâce à la présence de protéines, dans les membranes des cellules du rein, capables de le transporter et de le faire transiter de l'urine primaire vers le liquide extracellulaire, qui assurera ensuite sa distribution dans l'ensemble de l'organisme. Parmi ces protéines « transporteurs de sodium », nous nous intéressons à une protéine en particulier, appelée ENaC. Il a été montré qu'elle jouait un rôle important dans cette récupération de sodium, elle est en effet impliquée dans des maladies génétiques conduisant à l'hypo- ou à l'hypertension. De précédents travaux ont montré que lorsque le sodium est présent en faible quantité dans l'urine primaire, cette protéine permet d'en récupérer une très grande partie. A l'inverse, lorsque cette quantité de sodium dans l'urine primaire est importante, sa récupération par le biais d'ENaC est réduite. On parle alors d'autorégulation : la protéine elle-même est capable d'adapter son activité de transport en fonction des conditions. Ce phénomène d'autorégulation constitue a priori un mécanisme préventif visant à éviter une trop grande récupération de sodium, limitant ainsi les risques d'hypertension. La première partie de ce travail de thèse a ainsi consisté à clarifier le mécanisme d'autorégulation de la protéine ENaC. Ce phénomène se caractérise en particulier par sa grande vitesse, ce qui le rend difficile à étudier par les méthodes traditionnelles. Nous avons donc, dans une deuxième partie, développé un nouveau système permettant de mieux décrire et analyser cette « autorégulation » d'ENaC. Ce second projet a été mené en collaboration avec l'équipe de Martin Gijs de l'EPFL.

Characterization of a genomic signature of pregnancy identified in the breast.

The objective of this study was to comprehensively compare the genomic profiles in the breast of parous and nulliparous postmenopausal women to identify genes that permanently change their expression following pregnancy. The study was designed as a two-phase approach. In the discovery phase, we compared breast genomic profiles of 37 parous with 18 nulliparous postmenopausal women. In the validation phase, confirmation of the genomic patterns observed in the discovery phase was sought in an independent set of 30 parous and 22 nulliparous postmenopausal women. RNA was hybridized to Affymetrix HG_U133 Plus 2.0 oligonucleotide arrays containing probes to 54,675 transcripts, scanned and the images analyzed using Affymetrix GCOS software. Surrogate variable analysis, logistic regression, and significance analysis of microarrays were used to identify statistically significant differences in expression of genes. The false discovery rate (FDR) approach was used to control for multiple comparisons. We found that 208 genes (305 probe sets) were differentially expressed between parous and nulliparous women in both discovery and validation phases of the study at an FDR of 10% and with at least a 1.25-fold change. These genes are involved in regulation of transcription, centrosome organization, RNA splicing, cell-cycle control, adhesion, and differentiation. The results provide initial evidence that full-term pregnancy induces long-term genomic changes in the breast. The genomic signature of pregnancy could be used as an intermediate marker to assess potential chemopreventive interventions with hormones mimicking the effects of pregnancy for prevention of breast cancer.

Stepwise evaluation of syncope: a prospective population-based controlled study.

BACKGROUND: Evaluation of syncope remains often unstructured. The aim of the study was to assess the effectiveness of a standardized protocol designed to improve the diagnosis of syncope. METHODS: Consecutive patients with syncope presenting to the emergency departments of two primary and tertiary care hospitals over a period of 18 months underwent a two-phase evaluation including: 1) noninvasive assessment (phase I); and 2) specialized tests (phase II), if syncope remained unexplained after phase I. During phase II, the evaluation strategy was alternately left to physicians in charge of patients (control), or guided by a standardized protocol relying on cardiac status and frequency of events (intervention). The primary outcomes were the diagnostic yield of each phase, and the impact of the intervention (phase II) measured by multivariable analysis. RESULTS: Among 1725 patients with syncope, 1579 (92%) entered phase I which permitted to establish a diagnosis in 1061 (67%) of them, including mainly reflex causes and orthostatic hypotension. Five-hundred-eighteen patients (33%) were considered as having unexplained syncope and 363 (70%) entered phase II. A cause for syncope was found in 67 (38%) of 174 patients during intervention periods, compared to 18 (9%) of 189 during control (p<0.001). Compared to control periods, intervention permitted diagnosing more cardiac (8%, vs 3%, p=0.04) and reflex syncope (25% vs 6%, p<0.001), and increased the odds of identifying a cause for syncope by a factor of 4.5 (95% CI: 2.6-8.7, p<0.001). Overall, adding the diagnostic yield obtained during phase I and phase II (intervention periods) permitted establishing the cause of syncope in 76% of patients. CONCLUSION: Application of a standardized diagnostic protocol in patients with syncope improved the likelihood of identifying a cause for this symptom. Future trials should assess the efficacy of diagnosis-specific therapy.

Strengthening of an Existing Continuous-Span, Steel-Stringer, Concrete-Deck Bridge, HR-333, 1993

The need to upgrade understrength bridges in the United States has been well documented in the literature. The concept of strengthening steel stringer bridges in Iowa has been developed through several Iowa DOT projects. The objective of the project described in this report was to investigate the use of one such strengthening system on a three-span continuous steel stringer bridge in the field. In addition, a design methodology was developed to assist bridge engineers with designing a strengthening system to obtain the desired stress reductions. The bridge selected for strengthening was in Cerro Gordo County near Mason City, Iowa on County Road B65. The strengthening system was designed to remove overstresses that occurred when the bridge was subjected to Iowa legal loads. A two part strengthening system was used: post-tensioning the positive moment regions of all the stringers and superimposed trusses in the negative moment regions of the two exterior stringers at the two piers. The strengthening system was installed in the summers of 1992 and 1993. In the summer of 1993, the bridge was load tested before and after the strengthening system was activated. The load test results indicate that the strengthening system was effective in reducing the overstress in both the negative and positive regions of the stringers. The design methodology that was developed includes a procedure for determining the magnitude of post-tensioning and truss forces required to strengthen a given bridge. This method utilizes moment and force fractions to determine the distribution of strengthening axial forces and moments throughout the bridge. Finite element analysis and experimental results were used in the formulation and calibration of the methodology. A spreadsheet was developed to facilitate the calculation of these required strengthening forces.

Öljynjalostamon tyhjöyksikön esilämmitysuunin optimointi

Työn tarkoituksena oli vertailla kahta kaupallista prosessiuunisimulointiohjelmaa sekä selvittää onko toinen ohjelma soveltuva Neste Jacobs Oy:n käyttöön. Tavoitteena oli selvittää ohjelmien ominaisuuksien eroja ja rajoitteita sekä tuloksien yhdenmukaisuutta. Kirjallisuusosassa perehdyttiin prosessiuunien toimintaperiaatteisiin, yleisiin mitoitusperiaatteisiin ja säteilylämmönsiirron perusteisiin. Kirjallisuusosassa käsiteltiin myös prosessiuunien polttimien toimintaa ja NOx-päästöjä vähentäviä polttotekniikoita. Molemmilla laskentaohjelmilla laadittiin kuumaöljy- ja tyhjöuuni, joiden tuloksia vertailtiin tärkeimpien prosessiarvojen perusteella ja toisen ohjelman osalta myös laitevalmistajan ilmoittamiin arvoihin. Tällä ohjelmalla tutkittiin tyhjöuunin höyrynruiskutuksen ja koksaantumisen vaikutuksia prosessiin sekä säteilyosan leveyden muutoksen vaikutusta säteilylämmönsiirtoon. Ohjelmien ominaisuuksien keskeisimmät erot liittyivät kaksifaasivirtauksen laskentaan, prosessiaineen massavirran rajoituksiin, ilman esilämmittimen käyttöön ja laskentamallien paineen kontrollointiin. Tulokset erosivat savukaasun ja tuubien lämpötilojen ja painehäviön laskennassa. Tuloksien ja ominaisuuksien perusteella toisen ohjelman ei todettu olevan täysin soveltuva Neste Jacobs Oy:n käyttöön.

Virtauslaskennankäyttö keskipakopumpun eroosiokulumisen mallintamisessa

Diplomityössä kehitetään malli tiheän kaksifaasivirtauksen aiheuttaman eroosiokulumi-sen mallintamiseksi, ratkaistaan virtauskenttä kahdessa erilaisessa keskipakopumpussa, sovelletaan kehitettyä mallia, sekävertaillaan mallin antamia tuloksia käytännön kokeissa saavutettuihin tuloksiin. Työssä on erityisenä mielenkiinnon kohteena savukaasupesurin pumppu. Työn alkuosa sisältää tarkemman kuvauksen savukaasupesurin toi-minnasta. Numeerinen ratkaisu ja laskentahilan generointi suoritetaan ANSYS CFX- ja Turbo-Grid-ohjelmistoilla. Laskennassa virtauksen Navier-Stokesin yhtälöt on aikakeskiarvo-tettu ja ratkaistu käyttäen kontrollitilavuusmenetelmää. Tiheiden kaksifaasivirtausten eroosiokulumista on mallinnettu tekijän kehittämällä mallilla, jonka käytännön toteutus-ta ei kuitenkaan saateta julkiseksi, koodin kehittämisessä käytetty teoria on kuitenkin esitetty työssä. Työn piirissä tehtiin myös kulumiskokeita Sulzer Pumps Finlandin Karhulan tehtailla, sekä vertailtiin simuloinnin tuloksia aikaisemmissa kokeissa saavutettuihin. Koejärjestelyt kuvataan työssä.

Typpeä sisältävien jätevesien käsittely 2-n-PRO menetelmällä

Työssä tutkittiin kaksivaiheisen typenpoistoprosessin (2-N-PRO) soveltuvuutta Joutsenon Kukkuroinmäen aluejätekeskuksen kompostointilaitoksen jätevesille pilot-kokein 12.1.- 5.4.2006. Kompostilaitoksella on jätevesien esikäsittelytarve korkeista ammoniumtyppipitoisuuksista johtuen. Pilot-laitteisto koostuu sekoitussäiliöstä, strippaustornista ja katalyyttipolttimesta. Käsiteltävän jäteveden pH nostetaan korkealle tasolle, jolloin ammoniumtyppi muuttuu ammoniakiksi. Vesi johdetaan strippaustorniin, jossa se sadetetaan tornin pohjalle. Ammoniakki erottuu sadetuksessa ilmaan, joka imetään katalyyttipolttimelle. Katalyyttinen poltin käsittelee ammoniakkia typpikaasuksi. Pilot-kokeet suoritettiin jatkuvatoimisesti. Laitteisto pystyy erottamaan jätevedestä ammoniumtyppeä ammoniakiksi ja käsittelemään ammoniakin pääosin typpikaasuksi. Lisäksi suoritettiin panoskoe, jonka tulokset tukevat jatkuvatoimisesta käytöstä saatuja tuloksia.

Integrability of a linear center perturbed by a fourth degree homogeneous polynomial

In this work we study the integrability of a two-dimensional autonomous system in the plane with linear part of center type and non-linear part given by homogeneous polynomials of fourth degree. We give sufficient conditions for integrability in polar coordinates. Finally we establish a conjecture about the independence of the two classes of parameters which appear in the system; if this conjecture is true the integrable cases found will be the only possible ones.

Integrability of a linear center perturbed by a fifth degree homogeneous polynomial

In this work we study the integrability of two-dimensional autonomous system in the plane with linear part of center type and non-linear part given by homogeneous polynomials of fifth degree. We give a simple characterisation for the integrable cases in polar coordinates. Finally we formulate a conjecture about the independence of the two classes of parameters which appear on the system; if this conjecture is true the integrable cases found will be the only possible ones.

Vaihtosuuntauksen ja suodatuksen toteuttaminen tasasähkönjakeluverkossa

Pienjännitejakeluverkko Suomessa on toteutettu 400 V:n kolmivaiheisella vaihtosähköllä. Pienestä jännitteestä johtuen 20/0.4 kV:n muuntajat täytyy sijoittaa lähelle kuluttajaa, jotta siirtohäviöt eivät nouse liian suuriksi. Suuremman vaihto- tai tasajännitteen käyttö pienjännitejakelussa kasvattaisi verkon tehonsiirtokapasiteettia ja mahdollistaisi pidempien siirtomatkojen käytön. Käynnissä olevassa tutkimushankkeessa käsitellään vaihtoehtoa, jossa tasajännitettä käytettäisiin 20 kV:n verkon ja kuluttajan välisessä tehonsiirrossa ja kuluttajalla sijaitseva vaihtosuuntaaja muodostaisi tasasähköstä standardien mukaista yksi- tai kolmivaiheista vaihtosähköä. Tässä diplomityössä käsitellään tehoelektroniikan soveltamista kuluttajalle sijoitetussa vaihtosuuntaajassa. Työssä tarkastellaan yksivaiheisia invertteritopologioita, niiden ohjausta ja soveltamista erilaisissa vaihtosuuntaajaratkaisuissa sekä LC- ja LCL-suotimien soveltuvuutta invertterin lähtöjännitteen suodatukseen. Lisäksi esitellään erilaisia rakenneratkaisuja vaihtosuuntauksen toteutukseen ja tarkastellaan näiden järjestelmien vikatilanteita ja sähköturvallisuutta. Lopuksi käsitellään koko järjestelmän häviöitä ja hyötysuhdetta eri suodinkomponenteilla sekä kytkentätaajuuksilla ja esitellään laboratorioprototyyppi. Työssä saatiin selville, että puolisiltainvertteri ei sovellu suurten kondensaattorien vuoksi syöttämään verkkotaajuista kuormaa, vaan joudutaan käyttämään kokosiltainvertteriä. Kokosiltainvertterin ja LC- tai LCL-suotimen käsittävää kokonaisuutta tarkasteltaessa havaittiin, että pienimmät häviöt saavutetaan LC-suotimella 5 %:n ja LCL-suotimella 1 %:n särövaatimuksella. Hyötysuhdekäyrää tarkasteltaessa saatiin sama tulos läpi koko invertterin tehoalueen. Suotimen häviöiden tarkka laskenta on kuitenkin erittäin haasteellista, joten tulokset ovat suuntaa-antavia.

Educational intervention for parents of adolescents with chronic illness: a pre-post test pilot study.

OBJECTIVE: This pilot experimental study tested the feasibility and intended effect of an educational intervention for parents to help them assist their adolescent child with chronic illness (CI) in becoming autonomous. METHODS: A two-phase pre-post pilot intervention study targeting parents of adolescents with CI was conducted. Parents were allocated to group 1 and 2 and received the four-module intervention consecutively. Intended effect was measured through online questionnaires for parents and adolescents before, at 2 months after, and at 4-6 months after the intervention. Feasibility was assessed through an evaluation questionnaire for parents. RESULTS: The most useful considered modules concerned the future of the adolescent and parents and social life. The most valued aspect was to exchange with other parents going through similar problems and receiving a new outlook on their relationship with their child. For parents, improvement trends appeared for shared management, parent protection, and self-efficacy, and worsening trends appeared for coping skills, parental perception of child vulnerability, and parental stress. For adolescents, improvement trends appeared for self-efficacy and parental bonding and worsening trends appeared for shared management and coping skills. CONCLUSION: Parents could benefit from peer-to-peer support and education as they support the needed autonomy development of their child. Future studies should test an online platform for parents to find peer support at all times and places.

Development of a PC Tool for Estimating Pressure Drops in Forced-convection Boiler Tubes

Kaksifaasivirtauksen kuvaamiseen käytettävät mallit, ja menetelmät kaksifaasivirtauksen painehäviön määrittämiseksi kehittyvät yhä monimutkaisimmiksi. Höyrystinputkissa tapahtuvien painehäviöiden arvioinnin vaatiman laskennan suorittamiseksi tietokoneohjelman kehittäminen on välttämätöntä. Tässä työssä on kehitetty itsenäinen PC-ohjelma painehäviöiden arvioimiseksi pakotetulle konvektiovirtaukselle pystysuorissa höyrykattilan höyrystinputkissa. Veden ja vesihöyryn aineominaisuuksien laskentaan käytetään IAPWS-IF97 –yhtälökokoelmaa sekä muita tarvittavia IAPWS:n suosittelemia yhtälöitä. Höyrystinputkessa kulloinkin vallitsevan virtausmuodon määrittämiseen käytetään sovelluskelpoisia virtausmuotojen välisiä rajoja kuvaavia yhtälöitä. Ohjelmassa käytetään painehäviön määritykseen kirjallisuudessa julkaistuja yhtälöitä, virtausmuodosta riippuen, alijäähtyneelle virtaukselle, kupla-, tulppa- ja rengasvirtaukselle sekä tulistetun höyryn virtaukselle. Ohjelman laskemia painehäviöarvioita verrattiin kirjallisuudesta valittuihin mittaustuloksiin. Laskettujen painehäviöiden virhe vaihteli välillä –19.5 ja +23.9 %. Virheiden itseisarvojen keskiarvo oli 12.8 %.

Tuotetiedon hallinta verkostoituneessa pk-yrityksessä

Työn tavoitteena oli luoda malli kansainvälisessä yritysverkostossa toimivan pk-yrityksen tuotetiedon hallintaan. Ensin selvitettiin tuotetiedon hallinnan sisältöä sekä osa-alueita kirjallisuuden avulla. Tämän lisäksi kartoitettiin tutkimuskohteena olleen yrityksen tuotetiedon hallinnan nykytilanne kehityksen lähtökohdaksi. Selvitystöiden perusteella määriteltiin tavoitteet verkostoituneen pk-yrityksen tuotetiedon hallintaan sekä luotiin malli, jonka pohjalta kohdeyrityksen tuotetiedon hallinnan kehittämisessä edetään. Lopuksi arvioitiin mallin hyvyyttä kohdeyrityksen tapauksessa sekä yleisesti verkostoituneen pk-yrityksen tuotetiedon hallinnassa. Kehitetyssä mallissa yhdistyvät yrityksen tavoitteiden perusteella määritellyt toimintatavat sekä niitä tukeva tietojärjestelmä. Yrityksen liiketoiminnan luonne, visiot ja suunnitelmat sekä yritysverkosto ovat lähtökohtana tuotetiedon hallinnan strategialle. Tämän toteuttaminen taas vaatii tuotetiedon hallinnan kehittämistä yrityksessä PDM-mallin mukaisesti viidellä eri osa-alueella nimikkeiden hallinnasta tiedon jakeluun. Yrityksen tietojärjestelmäkokonaisuus tukee näitä osa-alueita. Tuotetiedon hallinnan kehitystyö etenee kolmessa vaiheessa. Se käynnistetään uudistamalla toimintatapoja sekä kehittämällä tuotetiedon hallintaa tukevaa tietojärjestelmäkokonaisuutta. Kolmannella portaalla järjestelmä laajennetaan kattamaan koko yrityksen kansainvälinen liiketoimintaverkosto yhteistyökumppaneineen. Tavoitetilassa tietojärjestelmä toimii koko verkoston tiedonjakelun keskuksena. Tuotetiedon hallinnan kehitysprojekti on laaja kokonaisuus. Työn tavoitteena olikin saada kehitys alkuun kohdeyrityksen osalta. Jatkossa mielenkiintoinen tutkimusaihe on esimerkiksi tutkia kehitetyn mallin toimivuutta käytännössä ja sen yleistettävyyttä muiden pk-yritysten tarpeisiin. Näin voidaan tarjota lisää tietoa yritysten ja verkostojen kehittämisen tueksi ja sitä kautta parantaa tulevaisuudessa suomalaisten pk-yritysten kilpailukykyä kansainvälisillä markkinoilla.

ADVANCED NUMERICAL METHODS FOR SIMULATING MICROBUBBLE IN AN AERATED MIXING TANK

Fluid mixing in mechanically agitated tanks is one of the major unit operations in many industries. Bubbly flows have been of interest among researchers in physics, medicine, chemistry and technology over the centuries. The aim of this thesis is to use advanced numerical methods for simulating microbubble in an aerated mixing tank. Main components of the mixing tank are a cylindrical vessel, a rotating Rushton turbine and the air nozzle. The objective of Computational Fluid Dynamics (CFD) is to predict fluid flow, heat transfer, mass transfer and chemical reactions. The CFD simulations of a turbulent bubbly flow are carried out in a cylindrical mixing tank using large eddy simulation (LES) and volume of fluid (VOF) method. The Rushton turbine induced flow is modeled by using a sliding mesh method. Numerical results are used to describe the bubbly flows in highly complex liquid flow. Some of the experimental works related to turbulent bubbly flow in a mixing tank are briefly reported. Numerical simulations are needed to complete and interpret the results of the experimental work. Information given by numerical simulations has a major role in designing and scaling-up mixing tanks. The results of this work have been reported in the following scientific articles: ·Honkanen M., Koohestany A., Hatunen T., Saarenrinne P., Zamankhan P., Large eddy simulations and PIV experiments of a two-phase air-water mixer, in Proceedings of ASME Fluids Engineering Summer Conference (2005). ·Honkanen M., Koohestany A., Hatunen T., Saarenrinne P., Zamankhan P., Dynamical States of Bubbling in an Aerated Stirring Tank, submitted to J. Computational Physics.