Utilization of Particle Image velocimetry in PPOOLEX condensation experiments

Particle Image Velocimetry, PIV, is an optical measuring technique to obtain velocity information of a flow in interest. With PIV it is possible to achieve two or three dimensional velocity vector fields from a measurement area instead of a single point in a flow. Measured flow can be either in liquid or in gas form. PIV is nowadays widely applied to flow field studies. The need for PIV is to obtain validation data for Computational Fluid Dynamics calculation programs that has been used to model blow down experiments in PPOOLEX test facility in the Lappeenranta University of Technology. In this thesis PIV and its theoretical background are presented. All the subsystems that can be considered to be part of a PIV system are presented as well with detail. Emphasis is also put to the mathematics behind the image evaluation. The work also included selection and successful testing of a PIV system, as well as the planning of the installation to the PPOOLEX facility. Already in the preliminary testing PIV was found to be good addition to the measuring equipment for Nuclear Safety Research Unit of LUT. The installation to PPOOLEX facility was successful even though there were many restrictions considering it. All parts of the PIV system worked and they were found out to be appropriate for the planned use. Results and observations presented in this thesis are a good background to further PIV use.

Jalometallikustannusten hallintatyökalu

Tämän työn tavoitteena on luoda malli tai työkalu Ecocat Oy:n jalometallihävikin kustan-nusten hallitsemiseen tuote- tai tuoteperhetasolla. Lisäksi osatavoitteena on nostaa esiin huomioita ja käytäntöjä hävikin hallinnan tueksi. Työn teoriaosuudessa käydään läpi prosesseihin liittyvää kirjallisuutta keskittyen proses-sien kuvaamiseen, määrittelyyn, kehittämiseen sekä vaihtelun vähentämisen perusteisiin. Lisäksi teoriaosassa on lyhyt Lean perusteiden sekä työkalujen kuvaus, jonka tarkoituk-sena on antaa pohjaa hävikin minimointityölle. Viimeinen teoriakappale keskittyy jalo-metalleihin raaka-aineina; niiden hankintaan, markkinoiden piirteisiin ja kustannusvaiku-tuksiin. Työn empiirisen osan johdantona toimii kappaleessa 4 oleva katalysaattorien ja niissä käytettävien jalometallien esittely. Kappaleissa 5 - 7 on työn empiirinen osuus, jossa luodaan tavoitteiden mukainen kustannustenhallintyökalu. Työn tuloksena syntyi viiden tutkimukseen valitun tuotteen avulla Excel-laskentatyökalu, jolla tiettyjen spesifikaatioiden mukaisten tuotteiden jalometallihävikin osuus tuotannon aikana voidaan laskea. Lisäksi työn tuloksissa, osatavoitteen mukaisesti, tarkastellaan muun muassa mittausprosesseihin sekä työn suoritukseen liittyviä kehityskohteita.

Jatkuvan äänitehojakautuman algoritmi pitkien käytävien äänikenttien mallintamiseen

JÄKÄLA-algoritmi (Jatkuvan Äänitehojakautuman algoritmi Käytävien Äänikenttien LAskentaan) ja sen NUMO- ja APPRO-laskentayhtälöt perustuvat käytävällä olevan todellisen äänilähteen kuvalähteiden symmetriaan. NUMO on algoritmin numeerisen ratkaisun ja APPRO likiarvoratkaisun laskentayhtälö. Algoritmia johdettaessa oletettiin, että absorptiomateriaali oli jakautunut tasaisesti käytävän ääntä heijastaville pinnoille. Suorakaiteen muotoisen käytävän kuvalähdetason muunto jatkuvaksi äänitehojakautumaksi sisältää kolme muokkausvaihetta. Aluksi suorakaiteen kuvalähdetaso muunnetaan neliön muotoiseksi. Seuraavaksi neliön muotoisen kuvalähdetason samanarvoiset kuvalähteet siirretään koordinaattiakselille diskreetiksi kuvalähdejonoksi. Lopuksi kuvalähdejono muunnetaan jatkuvaksi äänitehojakautumaksi, jolloin käytävän vastaanottopisteen äänenpainetaso voidaan laskea integroimalla jatkuvan äänitehojakautuman yli. JÄKÄLA-algoritmin validiteetin toteamiseksi käytettiin testattua kaupallista AKURI-ohjelmaa. AKURI-ohjelma antoi myös hyvän käsityksen siitä, miten NUMO- ja APPRO-yhtälöillä lasketut arvot mahdollisesti eroavat todellisilla käytävillä mitatuista arvoista. JÄKÄLA-algoritmin NUMO- ja APPRO-yhtälöitä testattiin myös vertaamalla niiden antamia tuloksia kolmen erityyppisen käytävän äänenpainetasomittauksiin. Tässä tutkimuksessa on osoitettu, että akustisen kuvateorian pohjalta on mahdollista johtaa laskenta-algoritmi, jota voidaan soveltaa pitkien käytävien äänikenttien pika-arvioinnissa paikan päällä. Sekä teoreettinen laskenta että käytännön äänenpainetasomittaukset todellisilla käytävillä osoittivat, että JÄKÄLA-algoritmin yhtälöiden ennustustarkkuus oli erinomainen ideaalikäytävillä ja hyvä niillä todellisilla käytävillä, joilla ei ollut ääntä heijastavia rakenteita. NUMO- ja APPRO-yhtälöt näyttäisivät toimivan hyvin käytävillä, joiden poikkileikkaus oli lähes neliön muotoinen ja joissa pintojen suurin absorptiokerroin oli korkeintaan kymmenen kertaa pienintä absorptiokerrointa suurempi. NUMO- ja APPRO-yhtälöiden suurin puute on, etteivät ne ota huomioon pintojen erilaisia absorptiokertoimia eivätkä esineistä heijastuvia ääniä. NUMO- ja APPRO- laskentayhtälöt poikkesivat mitatuista arvoista eniten käytävillä, joilla kahden vastakkaisen pinnan absorptiokerroin oli hyvin suuri ja toisen pintaparin hyvin pieni, ja käytävillä, joissa oli massiivisia, ääntä heijastavia pilareita ja palkkeja. JÄKÄLA-algoritmin NUMO- ja APPRO-yhtälöt antoivat tutkituilla käytävillä kuitenkin selvästi tarkempia arvoja kuin Kuttruffin likiarvoyhtälö ja tilastollisen huoneakustiikan perusyhtälö. JÄKÄLA-algoritmin laskentatarkkuutta on testattu vain neljällä todellisella käytävällä. Algoritmin kehittämiseksi tulisi jatkossa käytävän vastakkaisia pintoja ja niiden absorptiokertoimia käsitellä laskennassa pareittain. Algoritmin validiteetin varmistamiseksi on mittauksia tehtävä lisää käytävillä, joiden absorptiomateriaalien jakautumat poikkeavat toisistaan.

Species och artikelbruk i finskspråkiga grundskoleelevers inlärarsvenska. En longitudinell undersökning i årskurserna 7–9

Denna doktorsavhandling utreder hur finska grundskolelever använder de svenska substantivens bestämdhetsformer och artiklar och hur deras kunskaper utvecklas under årskurserna 7-9. Species och artikelbruk är problematiska för alla andraspråksinlärare i svenska, men de är synnerligen svåra för inlärare vars förstaspråk saknar morfologisk species. Det svenska systemet avviker också kraftigt från det motsvarande systemet i engelskan, varför tidigare kunskaper i engelska inte är till någon stor hjälp i inlärningen, låt vara att bestämdheten som begrepp redan är bekant för inläraren. Den teoretiska referensramen bygger på både grammatiska beskrivningar av den svenska grammatiken och på teorierna om grammatikinlärningen i andraspråk. Bland de sistnämnda är teorierna om tvärspråkligt inflytande, explicit respektive implicit inlärning samt helsekvensinlärning (på engelska formulaic language) av relevans. Undersökningsmaterialet består av korta texter samt inspelat muntligt material som med jämna mellanrum insamlats av finskspråkiga grundskolelever (n=67) som läser B-svenska. Undersökningen är i första hand kvantitativ, om än inmatningen av nominalfraserna i materialet samt deras formella och semantiska aspekter i analysprogrammet Microsoft Access också innebar en omfattande kvalitativ analys. Undersökningen bygger på performansanalysen och analysen av obligatoriska kontexter och beräkningen av frekvenser och korrekthetsprocent för de olika nominalfrastyperna. Informanterna använder komplext språk redan i årskurs 7. Korrekthetsprocenten stiger under undersökningstiden i de flesta frastyperna, men skillnaderna är sällan statistiskt signifikanta. Den normativa analysen visar också, att formfelen är i både det skriftliga och det muntliga materialet signifikant vanligare än speciesfelen. Det är med andra ord lättare för informanterna att välja rätt species än att bilda en korrekt nominalfras. I tidigare undersökningar i Sverige har likadana resultat nåtts. De mest centrala frastyperna i undersökningen bildar i båda typerna av materialet en inlärningsgång som upprepas i alla årskurser och kan förklaras med komplexitetsskillnaderna mellan de olika frastyperna. Informanterna behärskar bäst de frastyper, som varken innehåller artiklar eller ändelser. Näst bäst behärskar de substantivets bestämda form singularis och svagast obestämd form singularis, vars artikel är en klassisk svårighetskälla för finska svenskinlärare. Analysen av informanternas läromedel visar dock att den typiska undervisningsordningen i läromedlen inte motsvarar inlärningsgången som upptäckts i denna undersökning.

Modeling of residual stresses and distortion due to welding in fillet welds

Welding has a growing role in modern world manufacturing. Welding joints are extensively used from pipes to aerospace industries. Prediction of welding residual stresses and distortions is necessary for accurate evaluation of fillet welds in relation to design and safety conditions. Residual stresses may be beneficial or detrimental, depending whether they are tensile or compressive and the loading. They directly affect the fatigue life of the weld by impacting crack growth rate. Beside theoretical background of residual stresses this study calculates residual stresses and deformations due to localized heating by welding process and subsequent rapid cooling in fillet welds. Validated methods are required for this purpose due to complexity of process, localized heating, temperature dependence of material properties and heat source. In this research both empirical and simulation methods were used for the analysis of welded joints. Finite element simulation has become a popular tool of prediction of welding residual stresses and distortion. Three different cases with and without preload have been modeled during this study. Thermal heat load set is used by calculating heat flux from the given heat input energy. First the linear and then nonlinear material behavior model is modeled for calculation of residual stresses. Experimental work is done to calculate the stresses empirically. The results from both the methods are compared to check their reliability. Residual stresses can have a significant effect on fatigue performance of the welded joints made of high strength steel. Both initial residual stress state and subsequent residual stress relaxation need to be considered for accurate description of fatigue behavior. Tensile residual stresses are detrimental and will reduce the fatigue life and compressive residual stresses will increase it. The residual stresses follow the yield strength of base or filler material and the components made of high strength steel are typically thin, where the role of distortion is emphasizing.

Flows of Bingham Materials Through Ideal Porous Media: an Experimental and Theoretical Study

The flow of Bingham liquids through porous media has been studied. Experiments have been performed to determine the flow rate / pressure drop relationship for the flow of a grease of Binghamian rheological behavior through an array of rods of circular cross section. The yield stress and plastic viscosity of the grease have been determined with the aid of a controlled stress rotational rheometer. To investigate a wider range of the flow parameters, the mass and momentum conservation equations have been solved numerically, in conjunction with the generalized Newtonian constitutive law and the bi-viscosity model. The finite volume method has been employed to obtain the numerical solution. These numerical results also yielded a flow rate / pressure drop relationship, which is in very good agreement with the experimental results. A capillaric theory has been developed to determine an analytical relationship between the flow rate and pressure drop for flows of Bingham liquids through porous media. It is shown that the predictions of this theory are in good agreement with the experimental and numerical results.

Profitability planning of the ski resort project

Objective of this master’s thesis is to create an investment calculation model, which makes it possible to determine if the ski resort business can be profitable. The ultimate goal is to create a description with the help of theoretical knowledge, interviews and investment calculation model, how the operation of ski resort is possible to be profitable and what are the critical success factors for achieving this goal. Thesis is carried out as qualitative research, which is supported by the necessary constructive information utilizing calculations. The client company has provided valuable insights and material for this thesis. Theoretical report examines the steps of developing a business plan, investment components and methods as well as sensitivity analysis. The theoretical part is based on the articles, textbooks, interviews and researches. The empirical part of the thesis is assembled by benchmarking other same size Finnish ski resorts, conducting interviews and using investment calculation model. The empirical part provides comprehensive information about ski resort industry, the future of the project, the business plan and the profitability calculations. As the result of this thesis the investment calculation model, which makes it possible to simulate different scenarios for ski resort project, was formed. The model was used to create a picture in which kind of scenario the ski resort business would be profitable and what are the critical success factors in achieving this aim.

Kestomagneettitahtikoneen vääntömomentin tuottokyvyn optimointi hybridibussikäyttöön

Työssä tarkastellaan hybridi- ja sähköajoneuvojen voimankäyttöjärjestelmiä ja bussin ajomoottorina toimivan kestomagneettitahtikoneen toimintaa ja sen soveltuvuutta ajoneuvokäyttöön. Esitetään analyyttinen työkalu kestomagneettitahtikoneen induktanssisuunnittelun ja koneen vääntömomentin tuottokyvyn optimoinnin tueksi. Työkalua hyödynnetään esitettävässä ajomoottorin mitoituslaskelmassa. Työssä päätellään, että kestomagneettitahtimoottori soveltuu hyvin ajoneuvokäyttöön. Maksimaalisen vääntömomentin saavuttamiseksi sen roottorin rakenne ja induktanssit on optimoitava. Analysoimalla ajoneuvokäyttöön tarkoitettua kestomagneettitahtimoottoria työkalun avulla havaitaan, että yhtä suuremmalla induktanssisuhteella vääntömomentti on pienempi kentänheikennyksessä kuin ajettaessa konetta taajuusmuuttajalla vakioteholla nimelliskuormalla. Vastaavasti yhtä pienemmillä induktanssisuhteilla vääntömomentti on pienempi kentänheikennyksessä. Todetaan, että vääntömomentti kasvaa induktanssisuhteen poiketessa yhdestä. Suuri vääntömomentti saadaan pienillä induktanssisuhteilla. Induktanssisuhteen kasvattaminen yhdestä ei lisää moottorin tuottamaa vääntömomenttia yhtä paljon kuin induktanssisuhteen pienentäminen. Työn lopuksi verrataan työkalun laskemia tuloksia kirjallisuudesta löytyvillä yhtälöillä laskettuihin tuloksiin. Työkalun laskemat tulokset vaikuttavat ristiriidattomilta ja yhteneväisiltä teorian kanssa. Työkalun toteutuksessa tehdyt teoreettiset yksinkertaistukset aiheuttavat todennäköisesti epätarkkuutta tuloksissa erityisesti suurella kuormituksella.

Alterations in The States and Contents of Consciousness: Empirical and Theoretical Aspects

The main purpose of the present doctoral thesis is to investigate subjective experiences and cognitive processes in four different types of altered states of consciousness: naturally occurring dreaming, cognitively induced hypnosis, pharmacologically induced sedation, and pathological psychosis. Both empirical and theoretical research is carried out, resulting in four empirical and four theoretical studies. The thesis begins with a review of the main concepts used in consciousness research, the most influential philosophical and neurobiological theories of subjective experience, the classification of altered states of consciousness, and the main empirical methods used to study consciousness alterations. Next, findings of the original studies are discussed, as follows. Phenomenal consciousness is found to be dissociable from responsiveness, as subjective experiences do occur in unresponsive states, including anaesthetic-induced sedation and natural sleep, as demonstrated by post-awakening subjective reports. Two new tools for the content analysis of subjective experiences and dreams are presented, focusing on the diversity, complexity and dynamics of phenomenal consciousness. In addition, a new experimental paradigm of serial awakenings from non-rapid eye movement sleep is introduced, which enables more rapid sampling of dream reports than has been available in previous studies. It is also suggested that lucid dreaming can be studied using transcranial brain stimulation techniques and systematic analysis of pre-lucid dreaming. For blind judges, dreams of psychotic patients appear to be indistinguishable from waking mentation reports collected from the same patients, which indicates a close resemblance of these states of mind. However, despite phenomenological similarities, dreaming should not be treated as a uniform research model of psychotic or intact consciousness. Contrary to this, there seems to be a multiplicity of routes of how different states of consciousness can be associated. For instance, seemingly identical time perception distortions in different alterations of consciousness may have diverse underlying causes for these distortions. It is also shown that altered states do not necessarily exhibit impaired cognitive processing compared to a baseline waking state of consciousness: a case study of time perception in a hypnotic virtuoso indicates a more consistent perceptual timing under hypnosis than in a waking state. The thesis ends with a brief discussion of the most promising new perspectives for the study of alterations of consciousness.

Calculation of breed direct and maternal genetic fractions and breed specific direct and maternal heterozygosity for crossbreeding data

Teaching, research, and herd breeding applications may require calculation of breed additive contributions for direct and maternal genetic effects and fractions of heterozygosity associated with breed specific direct and maternal heterosis effects. These coefficients can be obtained from the first NB rows of a pseudo numerator relationship matrix where the first NB rows represent fractional contributions by breed to each animal or group representing a specific breed cross. The table begins with an NB x NB identity matrix representing pure breeds. Initial animals or representative crosses must be purebreds or two-breed crosses. Parents of initial purebreds are represented by the corresponding column and initial two-breed cross progeny by the two corresponding columns of the identity matrix. After that, usual rules are used to calculate the NB column entries corresponding to breeds for each animal. The NB entries are fractions of genes expected to be contributed by each of the pure breeds and correspond to the breed additive direct fractions. Entries in the column corresponding to the dam represent breed additive maternal fractions. Breed specific direct heterozygosity coefficients are entries of an NB x NB matrix formed by the outer product of the two NB by 1 columns associated with sire and dam of the animal. One minus sum of the diagonals represents total direct heterozygosity. Similarly, the NB x NB matrix formed by the outer product of columns associated with sire of dam and dam of dam contains breed specific maternal heterozygosity coefficients. These steps can be programmed to create covariates to merge with data. If X represents these coefficients for all unique breed crosses, then the reduced row echelon form function of MATLAB or SAS can be used on X to determine estimable functions of additive breed direct and maternal effects and breed specific direct and maternal heterosis effects

Thermal reactions of the major hydrocarbon components of biomass gasification gas

Gasification of biomass is an efficient method process to produce liquid fuels, heat and electricity. It is interesting especially for the Nordic countries, where raw material for the processes is readily available. The thermal reactions of light hydrocarbons are a major challenge for industrial applications. At elevated temperatures, light hydrocarbons react spontaneously to form higher molecular weight compounds. In this thesis, this phenomenon was studied by literature survey, experimental work and modeling effort. The literature survey revealed that the change in tar composition is likely caused by the kinetic entropy. The role of the surface material is deemed to be an important factor in the reactivity of the system. The experimental results were in accordance with previous publications on the subject. The novelty of the experimental work lies in the used time interval for measurements combined with an industrially relevant temperature interval. The aspects which are covered in the modeling include screening of possible numerical approaches, testing of optimization methods and kinetic modelling. No significant numerical issues were observed, so the used calculation routines are adequate for the task. Evolutionary algorithms gave a better performance combined with better fit than the conventional iterative methods such as Simplex and Levenberg-Marquardt methods. Three models were fitted on experimental data. The LLNL model was used as a reference model to which two other models were compared. A compact model which included all the observed species was developed. The parameter estimation performed on that model gave slightly impaired fit to experimental data than LLNL model, but the difference was barely significant. The third tested model concentrated on the decomposition of hydrocarbons and included a theoretical description of the formation of carbon layer on the reactor walls. The fit to experimental data was extremely good. Based on the simulation results and literature findings, it is likely that the surface coverage of carbonaceous deposits is a major factor in thermal reactions.

Value based pricing and marketing of marine engines

Objective of the thesis is to create a value based pricing model for marine engines and study the feasibility of implementing such model in the sales organization of a specific segment in the case company’s marine division. Different pricing strategies, concept of “value”, and how perceptions of value can be influenced through value based marketing are presented as theoretical background for the value based pricing model. Forbis and Mehta’s Economic Value to Customer (EVC) was selected as framework to create the value based pricing model for marine engines. The EVC model is based on calculating and comparing life-cycle costs of the reference product and competing products, thus showing the quantifiable value of the company’s own product compared to competition. In the applied part of the thesis, the components of the EVC model are identified for a marine diesel engine, the components are explained, and an example calculation created in Excel is presented. When examining the possibilities to implement in practice a value based pricing strategy based on the EVC model, it was found that the lack of precise information on competing products is the single biggest obstacle to use EVC exactly as presented in the literature. It was also found that sometimes necessary communication channels are missing and that there is simply a lack of interest from some clients and product end-users part to spend time on studying the life-cycle costs of the product. Information on the company’s own products is however sufficient and the sales force is capable to communicate to sufficiently high executive levels in the client organizations. Therefore it is suggested to focus on quantifying and communicating the company’s own value proposition. The dynamic nature of the business environment (variance in applications in which engines are installed, different clients, competition, end-clients etc.) means also that each project should be created its own EVC calculation. This is demanding in terms of resources needed, thus it is suggested to concentrate on selected projects and buyers, and to clients where the necessary communication channels to right levels in the customer organization are available. Finally, it should be highlighted that as literature suggests, implementing a value based pricing strategy is not possible unless the whole business approach is value based.

Korkeapainevesisumusuuttimen virtaustekninen laadunhallinta

Tämä työ vastaa tarpeeseen hallita korkeapainevesisumusuuttimen laatua virtausmekaniikan työkalujen avulla. Työssä tutkitaan suutinten testidatan lisäksi virtauksen käyttäytymistä suuttimen sisällä CFD-laskennan avulla. Virtausmallinnus tehdään Navier-Stokes –pohjaisella laskentamenetelmällä. Työn teoriaosassa käsitellään virtaustekniikkaa ja sen kehitystä yleisesti. Lisäksi esitetään suuttimen laskennassa käytettävää perusteoriaa sekä teknisiä ratkaisuja. Teoriaosassa käydään myös läpi laskennalliseen virtausmekaniikkaan (CFD-laskenta) liittyvää perusteoriaa. Tutkimusosiossa esitetään käsitellyt suutintestitulokset sekä mallinnetaan suutinvirtausta ajasta riippumattomaan virtauslaskentaan perustuvalla laskentamenetelmällä. Virtauslaskennassa käytetään OpenFOAM-laskentaohjelmiston SIMPLE-virtausratkaisijaa sekä k-omega SST –turbulenssimallia. Tehtiin virtausmallinnus kaikilla paineilla, joita suuttimen testauksessa myös todellisuudessa käytetään. Lisäksi selvitettiin mahdolliset kavitaatiokohdat suuttimessa ja suunniteltiin kavitaatiota ehkäisevä suutingeometria. Todettiin myös lämpötilan ja epäpuhtauksien vaikuttavan kavitaatioon sekä mallinnettiin lämpötilan vaikutusta. Luotiin malli, jolla suuttimen suunnitteluun liittyviin haasteisiin voidaan vastata numeerisella laskennalla.