Wind tunnel simulation of atmospheric boundary layer flows

The present work shows how thick boundary layers can be produced in a short wind tunnel with a view to simulate atmospheric flows. Several types of thickening devices are analysed. The experimental assessment of the devices was conducted by considering integral properties of the flow and the spectra: skin-friction, mean velocity profiles in inner and outer co-ordinates and longitudinal turbulence. Designs based on screens, elliptic wedge generators, and cylindrical rod generators are analysed. The paper describes in detail the experimental arrangement, including the features of the wind tunnel and of the instrumentation. The results are compared with experimental data published by other authors and with naturally developed flows.

Characterization of capacitive sensors for measurements of the moisture in irrigated soils

The irrigation is a technique developed to supply the hydric needs of the plants. The use of the water should be optimized so that the culture just has enough for its growth, avoiding waste. The objective of this work was to characterize the behavior of capacitive sensors of humidity to monitor the moisture in the soils. In first instance, it was appraised sensors with dielectric built of synthetic pomes stone (Rd = 0,4 and Rd = 0,8) and of soil samples (Rd = 0,8 and Rd = 1,0), being the Rd parameter a geometric factor that relates the distance between the capacitor plates with radius of the plates. For the calibration, the sensors were installed in PVC recipient of cylindrical shape, filled with soil. The set (sensor and soil) was humidified by capillary effect and submitted by a natural drying very slowly. The parameter readings were taken daily, which allowed obtain the curves relating the humidity percentage, expressed in terms of dry weight, with the output voltage fort the sensor. The experiments were performed in sand soil and in dark red latossolo. The obtained results allowed to infer that the behavior of the sensor has a specific feature for each type of soil, being, therefore, necessary to develop a own calibration curve for the sensor, when used in soil with specific characteristic.

Ligniinin hienojauhatus planeettamyllyllä

Kirjallisuusosassa tarkastellaan ligniiniä luonnon polymeerinä sekä sen kemiallisia perustietoja. Aiheena on myös sen tuotanto ja käyttö uusiutuvana raaka-ainelähteenä energian-, materiaali- ja kemikaalituotantoon sekä niiden mahdolliset tulevaisuudennäkymät. Mekaanisten prosessien osalta keskitytään kiintoaineen hienontamiseen. Lisäksi perehdytään planeettamyllyn toiminnan teoriaan sekä tuoreimpiin tutkimuksiin planeettamyllyjauhatukseen liittyen. Työn kokeellisen osan tarkoituksena oli tutkia ligniinin jauhautuvuutta, sillä partikkelien pienentämisellä voidaan kasvattaa ligniininijauheen ominaisalaa ja tasoittaa sen kokojakaumaa. Jauhautuvuuden avulla voidaan esimerkiksi arvioida ligniinille tehtävän hienojauhatuksen kannattavuutta jatkoprosesseja varten. Tutkimuskysymyksinä oli ”kuinka hyvin ligniini jauhautuu planeettamyllyllä?”, ”onko kylmäkäsittelyllä vaikutusta jauhatustulokseen?”, ”miten eri parametrit (jauhatusaika, kuulakoko ja kierrosnopeus) vaikuttavat jauhatustulokseen?” sekä ”muuttaako hienojauhatus ligniinin kemiallista koostumusta?”. Tutkittavana materiaalina oli kaupallinen kraft-ligniini ja koelaitteena käytettiin planeettamyllyä. Syötölle ja kaikille jauhatustuotteille suoritettiin partikkelikokoanalyysi, ja lisäksi syötölle ja erittäin hienoksi jauhetulle tuotteelle suoritettiin FTIR-analyysi. Kokeiden mukaan ligniini oli hyvin jauhautuvaa, eikä kylmäkäsittelyllä ollut merkittävää vaikutusta jauhatukseen. Kuulakoon pienentäminen sekä jauhatusajan ja kierrosnopeuden kasvattaminen alensivat ligniininjauheen partikkelikokoa. Lisäksi hienojauhatuksen ei todettu muuttaneen ligniinin kemiallista koostumusta.

Helmimyllyn toimintaparametrien vaikutus jauhautuvuuteen

Työn teoriaosassa tutkittiin materiaalin hienontamista jauhatuksen näkökulmasta. Jauhatuksessa keskityttiin ultrahienojauhatukseen ja siinä käytettäviin myllyihin, jois-ta lähimmin tarkasteltiin helmimyllyä ja sen toimintaparametrien vaikutusta jauhau-tuvuuteen. Lisäksi teoriaosassa tutkittiin jauhatuksen energiankulutusta, joka on yksi jauhatuksen suurimmista ominaisuuksista. Työn kokeellisessa osassa tutkittiin kalkkikiven jauhautuvuutta ja jauhatuksen omi-naisenergiankulutusta käyttäen kolmea erilaista sekoitinelintä. Kokeissa myllynä käy-tettiin helmimyllyä ja jauhinkappaleina 2 mm:n lasihelmiä. Jauhautuvuutta tutkittiin analysoimalla tuotteiden partikkelikokojakaumat Beckman Coulter LS 13 320 partik-kelikokoanalysaattoria. Energiankulutukset määritettiin lietteen lämpötilan muutok-sen perusteella ensimmäisen viidentoista minuutin aikana. Työn tavoitteena oli selvittää, onko uusi lapamainen sekoitinelin tehokas jauhatta-vuuden kannalta mutta samalla myös energiatehokas. Tämän työn perusteella uusi lapamainen sekoitinelin on tehokas jauhautuvuuden kannalta suuremmilla pyörimis-nopeuksilla. Ominaisenergiankulutus on puolestaan samaa luokkaa suuremmilla pyö-rimisnopeuksilla verrattaessa eri sekoitinelimiä.

Teollinen öljyn erotus koalesenssisuodatuksella väliaineessa

Koalesenssi on ilmiö, jossa dispergoidun faasin pisarat pyrkivät muodostamaan suurempia pisaroita kunnes erotettava faasi muodostuu. Koalesenssi tapahtuu kolmessa päävaiheessa, jotka ovat lähestyminen, kiinnittyminen ja irrotus. Lähestymiseen vaikuttavat mekanismit ovat muuan muassa sieppaus, diffuusio, törmäysvaikutus, sedimentaatio, sähköiset repul-siovoimat ja van der Waalsin voimat. Kiinnittymisvaiheessa dispergoidun faasin pisarat syrjäyttävät väliaineen nestekalvon samalla kostuttaen väliaineen pinnan. Irrotusvaiheessa pisaran hydrodynaaminen voima voittaa pisaran ja väliaineen välisen adheesiovoiman. Koalesenssin tehokkuuteen vaikuttavat useat eri parametrit kuten virtausnopeus, pedin ominaisuudet, väliaineen ominaisuudet sekä emulsion ominaisuudet. Nämä kaikki asiat tulee ottaa huomioon koalesenssisuodatuksen suunnittelussa. Koalesenssisuodatus lukeutuu syväsuodatusmenetelmiin, jotka on ollut käytössä jo yli 100 vuotta. Koalesenssisuodatusmenetelmä on tehokas menetelmä pienten pisaroiden erottami-seen. Menetelmää käytetään esimerkiksi öljyisten jätevesien puhdistuksessa. Teollisen öljyn syväsuodatuksen etuihin kuuluu muun muassa sen kompakti koko, alhaisemmat käyt-tökustannukset, korkea erotusaste, kyky erotella pienetkin pisarat sekä helppo operointi, automatisointi ja huolto. Suurin haittapuoli on kuitenkin väliaineen tukkeutuminen, joten prosessi vaatii puhdistuksen tai väliaineen uusimisen. Tämän kandidaatintyön tarkoituksena oli koota kirjallisuustyö öljyn koalesenssisuodatuk-sesta. Työssä kartoitettiin koalesenssisuodatuksen lähtökohdat, teoria, tärkeimmät teolli-suuden sovellukset sekä väliaineet.

Contrast sensitivity to radial frequencies modulated by Jn and j n Bessel profiles

We measured human contrast sensitivity to radial frequencies modulated by cylindrical (Jo) and spherical (j o) Bessel profiles. We also measured responses to profiles of j o, j1, j2, j4, j8, and j16. Functions were measured three times by at least three of eight observers using a forced-choice method. The results conform to our expectations that sensitivity would be higher for cylindrical profiles. We also observed that contrast sensitivity is increased with the j n order for n greater than zero, having distinct orderly effects at the low and high frequency ends. For n = 0, 1, 2, and 4 sensitivity tended to occur around 0.8-1.0 cpd while for n = 8 and 16 it seemed to shift gradually to 0.8-3.0 cpd. We interpret these results as being consistent with the possibility that spatial frequency processing by the human visual system can be defined a priori in terms of polar coordinates and discuss its application to study face perception.

Esikäsittelyn vaikutus sahajauhon jauhautumiseen sekä energiankulutukseen vasaramyllyllä

Tämän kandidaatintyön tarkoituksena oli perehtyä bioetanolin eri valmistusvaiheisiin ja sen valmistuksessa käytettäviin raaka-aineisiin sekä myöskin tutkia eri esikäsittelymenetelmien vaikutusta sahajauhojen jauhautumiseen sekä energiankulutukseen, kun niitä jauhetaan vasaramyllyllä. Kirjallisuusosassa keskityttiin paljon aineksen hienonnukseen, sillä varsinkin biomassat tulee hienontaa, jotta halutut kemialliset reaktiot saataisiin tapahtumaan riittävän tehokkaasti. Kokeellisessa osassa tutkittiin eripituisien vesiliotuksien sekä emäs-käsittelyn vaikutusta sahajauhon jauhautumiseen sekä jauhautumisen energiankulutukseen, kun niitä jauhettiin vasaramyllyllä. Tutkimuskysymyksinä tässä työssä oli: Miten vesiliotus sekä liotus emäksisessä liuoksessa vaikuttaa eri sahajauhojen jauhautumiseen vasaramyllyllä?, Millaisia vaikutuksia esikäsittelyillä on myllyn energiankulutukseen?, Miten esikäsittelyt vaikuttavat jauhautumistuotteiden partikkelikokoihin?. Tuloksista käy ilmi, että 1. ja 3. tunnin vesiliotukset eivät olleet riittäviä sillä mylly ei jaksanut jauhaa minkään puulaadun sahajauhoja näillä ajoilla. Yleisesti tuloksista huomattiin, että haapajauhon jauhamiseen kului kaikkein eniten energiaa, riippumatta esikäsittelytekniikasta, mutta haapa myös jauhautui parhaiten pH-esikäsittelyn tuloksena.  

Conical aluminum can

The current beverage (cylindrical shape) cans are stacked on each other after production, thus consuming a lot of space. Indirectly, this could result to high carbon emission during transportation. The problem is how to minimize the carbon emission based on different contradicting viewpoints. It was suggested that a conical shape of "the beverage can" could be a solution for the space optimization of empty beverage can transportation, thus creating the title for this research “Conical aluminum can”. They would be stacked inside each other before filling. This was based on design for sustainability and the consumer perspective and willingness toward sustainability. However, it was noticed that the industry is unwilling to incorporate this change.

New methods for controlling twin configurations and characterizing twin boundaries in 5M Ni-Mn-Ga for the development of applications

Traditional methods for studying the magnetic shape memory (MSM) alloys Ni-Mn-Ga include subjecting the entire sample to a uniform magnetic field or completely actuating the sample mechanically. These methods have produced significant results in characterizing the MSM effect, the properties of Ni-Mn-Ga and have pioneered the development of applications from this material. Twin boundaries and their configuration within a Ni-Mn-Ga sample are a key component in the magnetic shape memory effect. Applications that are developed require an understanding of twin boundary characteristics and, more importantly, the ability to predictably control them. Twins have such a critical role that the twinning stress of a Ni-Mn-Ga crystal is the defining characteristic that indicates its quality and significant research has been conducted to minimize this property. This dissertation reports a decrease in the twinning stress, predictably controlling the twin configuration and characterizing the dynamics of twin boundaries. A reduction of the twinning stress is demonstrated by the discovery of Type II twins within Ni-Mn-Ga which have as little as 10% of the twinning stress of traditional Type I twins. Furthermore, new methods of actuating a Ni-Mn-Ga element using localized unidirectional or bidirectional magnetic fields were developed that can predictably control the twin configuration in a localized area of a Ni-Mn-Ga element. This method of controlling the local twin configuration was used in the characterization of twin boundary dynamics. Using a localized magnetic pulse, the velocity and acceleration of a single twin boundary were measured to be 82.5 m/s and 2.9 × 107 m/s2, and the time needed for the twin boundary to nucleate and begin moving was less than 2.8 μs. Using a bidirectional magnetic field from a diametrically magnetized cylindrical magnet, a highly reproducible and controllable local twin configuration was created in a Ni-Mn-Ga element which is the fundamental pumping mechanism in the MSM micropump that has been co-invented and extensively characterized by the author.

Microencapsulation of babassu coconut milk

The objective of this study was to obtain babassu coconut milk powder microencapsulated by spray drying process using gum Arabic as wall material. Coconut milk was extracted by babassu peeling, grinding (with two parts of water), and vacuum filtration. The milk was pasteurized at 85 ºC for 15 minutes and homogenized to break up the fat globules, rendering the milk a uniform consistency. A central composite rotatable design with a range of independent variables was used: inlet air temperature in the dryer (170-220 ºC) and gum Arabic concentration (10-20%, w/w) on the responses: moisture content (0.52-2.39%), hygroscopicity (6.98-9.86 g adsorbed water/100g solids), water activity (0.14-0.58), lipid oxidation (0.012-0.064 meq peroxide/kg oil), and process yield (20.33-30.19%). All variables influenced significantly the responses evaluated. Microencapsulation was optimized for maximum process yield and minimal lipid oxidation. The coconut milk powder obtained at optimum conditions was characterized in terms of morphology, particle size distribution, bulk and absolute density, porosity, and wettability.

Coolability of porous core debris beds : Effects of bed geometry and multi-dimensional flooding

This thesis addresses the coolability of porous debris beds in the context of severe accident management of nuclear power reactors. In a hypothetical severe accident at a Nordic-type boiling water reactor, the lower drywell of the containment is flooded, for the purpose of cooling the core melt discharged from the reactor pressure vessel in a water pool. The melt is fragmented and solidified in the pool, ultimately forming a porous debris bed that generates decay heat. The properties of the bed determine the limiting value for the heat flux that can be removed from the debris to the surrounding water without the risk of re-melting. The coolability of porous debris beds has been investigated experimentally by measuring the dryout power in electrically heated test beds that have different geometries. The geometries represent the debris bed shapes that may form in an accident scenario. The focus is especially on heap-like, realistic geometries which facilitate the multi-dimensional infiltration (flooding) of coolant into the bed. Spherical and irregular particles have been used to simulate the debris. The experiments have been modeled using 2D and 3D simulation codes applicable to fluid flow and heat transfer in porous media. Based on the experimental and simulation results, an interpretation of the dryout behavior in complex debris bed geometries is presented, and the validity of the codes and models for dryout predictions is evaluated. According to the experimental and simulation results, the coolability of the debris bed depends on both the flooding mode and the height of the bed. In the experiments, it was found that multi-dimensional flooding increases the dryout heat flux and coolability in a heap-shaped debris bed by 47–58% compared to the dryout heat flux of a classical, top-flooded bed of the same height. However, heap-like beds are higher than flat, top-flooded beds, which results in the formation of larger steam flux at the top of the bed. This counteracts the effect of the multi-dimensional flooding. Based on the measured dryout heat fluxes, the maximum height of a heap-like bed can only be about 1.5 times the height of a top-flooded, cylindrical bed in order to preserve the direct benefit from the multi-dimensional flooding. In addition, studies were conducted to evaluate the hydrodynamically representative effective particle diameter, which is applied in simulation models to describe debris beds that consist of irregular particles with considerable size variation. The results suggest that the effective diameter is small, closest to the mean diameter based on the number or length of particles.

Simulation and material calibration of ultra high strength steel (UHSS) S960 welded joint under static tensile test utilizing finite element method (FEM)

The aim of this work was to calibrate the material properties including strength and strain values for different material zones of ultra-high strength steel (UHSS) welded joints under monotonic static loading. The UHSS is heat sensitive and softens by heat due to welding, the affected zone is heat affected zone (HAZ). In this regard, cylindrical specimens were cut out from welded joints of Strenx® 960 MC and Strenx® Tube 960 MH, were examined by tensile test. The hardness values of specimens’ cross section were measured. Using correlations between hardness and strength, initial material properties were obtained. The same size specimen with different zones of material same as real specimen were created and defined in finite element method (FEM) software with commercial brand Abaqus 6.14-1. The loading and boundary conditions were defined considering tensile test values. Using initial material properties made of hardness-strength correlations (true stress-strain values) as Abaqus main input, FEM is utilized to simulate the tensile test process. By comparing FEM Abaqus results with measured results of tensile test, initial material properties will be revised and reused as software input to be fully calibrated in such a way that FEM results and tensile test results deviate minimum. Two type of different S960 were used including 960 MC plates, and structural hollow section 960 MH X-joint. The joint is welded by BöhlerTM X96 filler material. In welded joints, typically the following zones appear: Weld (WEL), Heat affected zone (HAZ) coarse grained (HCG) and fine grained (HFG), annealed zone, and base material (BaM). Results showed that: The HAZ zone is softened due to heat input while welding. For all the specimens, the softened zone’s strength is decreased and makes it a weakest zone where fracture happens while loading. Stress concentration of a notched specimen can represent the properties of notched zone. The load-displacement diagram from FEM modeling matches with the experiments by the calibrated material properties by compromising two correlations of hardness and strength.

Telahiomon tuotannon läpimenoajan ja laadun optimointi

Tämän diplomityön tarkoituksena on tunnistaa UPM Kymin telahiomon tuotannon läpimenoaikaan sekä laatuun vaikuttavia tekijöitä ja löytää keinot niiden optimoimiseksi, jotta hiontatuotannon kustannustehokkuus parantuisi. Tutkimusmenetelminä työssä käytetään Kymin telahiomon tuotannon läpimenoaikojen telakohtaista mittaamista ja hionnasta tehtyjen mittausraporttien, pinnoituksista ja hionnoista tehtyjen ostotilauksien sekä SAP R/3-toiminnanohjausjärjestelmästä saatavan kunnossapitodatan tutkintaa. Tiedon lähteenä on käytetty myös kirjallisuutta ja UPM henkilöstön sekä toimittajien haastatteluita. Muiden telahiomojen aikaansaamaan laatuun ja tuotannon läpimenoaikaan verrattuna Kymin telahiomon keskimääräiset hiontatuotannon läpimenoajat ovat telasta riippuen kaksinkertaisia tai jopa lähes nelinkertaisia, vaikka pinnankarheus jää osassa teloista alle asetetun tavoitteen. Telahiomojen muototoleransseissa ei ole niin merkittäviä eroja, mitkä selittäisivät Kymin pidemmät hiontatuotannon läpimenoajat. Tämän takia muototoleransseja ei ole päädytty muuttamaan työn aikana, mutta käyttökokemusten mukaan pinnankarheusvaatimusta voidaan laskea. Telahiontaprosessin muotohiontavaihe on suurin hiontatuotannon läpimenoaikaan ja kustannuksiin vaikuttava tekijä. Hiontamenetelmien ja hionta-arvojen optimoimisella, hiontatyökalujen lastuamiskyvyn ylläpitämisellä, telahiontatuotannon yliprosessoinnin ehkäisyllä ja laatutoleransseihin tyytymisellä voidaan lyhentää kymmeniä tunteja telahiomon tuotannon läpimenoaikaa. Mittausraporttien mukaan merkittävin muutos telahiontaprosessin kustannuksiin ja hiontatuotannon läpimenoaikaan saadaan noudattamalla laatutoleransseja. Telojen kunnossapitoon liittyviä kustannuksia syntyy turhaan lisää, kun vaihdetaan ja hiotaan käyttökelpoisia teloja sekä uudelleen pinnoitetaan teloja, joiden pinnoitepaksuus on vielä riittävä. Pinnoitepaksuuden seurannalla voidaan minimoida telojen ennenaikaiset uudelleenpinnoitukset. Mittalaitteiden avulla pystyy optimoimaan telojen hiontavälit. Hiontavälien optimointi lyhentää myös hiontajonoa. Tällöin voidaan hyödyntää suunnitellun hiontajärjestyksen tuomia etuja tehokkaammin ja saavuttaa nopeampia tuotannon läpimenoaikoja.

Floral biology and characterization of seed germination in physic nut (Jatropha curcas L.)

The objective of this study was to characterize morphologically the seed germination and floral biology of Jatropha curcas grown in Viçosa, Minas Gerais state. The floral biology study was made on fresh inflorescences of 20 plants. For the post-seminal development study, the seeds were submitted to laboratory and greenhouse germination test. J. curcas has flowers of both sexes within the same inflorescence, with each inflorescence having an average of 131 flowers, being 120 male and 10.5 female flowers. Low numbers of hermaphrodite flowers were also found, ranging from 0 to 6 flowers per inflorescence. The germination of J. curcas begins on the third day with radicle protrusion in the hilum region. The primary root is cylindrical, thick, glabrous and branches rapidly, with about 4-5 branches three days after protrusion, when the emergence of the secondary roots begins. Seed coat removal occurs around the 8th day, when the endosperm is almost totally degraded and offers no resistance to the cotyledons that expand between the 10th and 12th day. A normal seedling has a long greenish hypocotyl, two cotyledons, a robust primary root and several lateral roots. On the 12th day after sowing, the normal seedling is characterized as phanerocotylar and germination is epigeal.

Improve the production capacity: A case study of Eurofins Viljavuuspalvelu Oy

In any manufacturing system, there are many factors that are affecting and limiting the capacity of the entire system. This thesis addressed a study on how to improve the production capacity in a Finnish company (Viljavuuspalvelu Oy) through different methods like bottleneck analysis, Overall Equipment Effectiveness (OEE), and Just in Time production. Four analyzing methods have been studied in order to detect the bottleneck machine in Viljavuuspalvelu Oy. The results shows that the bottleneck machine in the industrial area that constraint the production is the grinding machine while the bottleneck machine in the laboratory section is the photometry machine. In addition, the Overall Equipment Effectiveness (OEE) of the entire system of the studied case was calculated and it has been found that the OEE of the Viljavuuspalvelu Oy is 35.75%. Moreover, two methods on how to increase the OEE were studied and it was shown that either the total output of the company should be 1254 samples/shift in order to have an OEE around 85% which is considered as a world class or the Ideal run rate should be 1.45 pieces/minute. In addition, some realistic methods are applied based on the finding in this thesis to increase the OEE factor in the company and in one realistic method the % OEE has increase to 62.59%. Finally, an explanation on how to implement the Just in Time production in Viljavuuspalvelu Oy has been studied.