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 %.

Kohinan poisto spektrikuvista pehmeillä morfologisilla suodattimilla

Tämän diplomityön tavoitteena oli tutkia kohinan poistoa spektrikuvista käyttäen pehmeitä morfologisia suodattimia. Työssä painotettiin impulssimaisen kohinan suodattamista. Suodattimien toimintaa arvioitiin numeerisesti keskimääräisen itseisarvovirheen, neliövirheen sekä signaali-kohinasuhteen avulla ja visuaalisesti tarkastelemalla suodatettuja kuvia sekä niiden yksittäisiä spektritasoja. Käytettyjä suodatusmenetelmiä olivat suodatus kuvapisteittäin spektrin suunnassa, suodatus koko spektrissä sekä kuutiomenetelmä ja komponenteittainen suodatus. Suodatettavat kuvat sisälsivät joko suola ja pippuri- tai bittivirhekohinaa. Parhaimmat suodatustulokset sekä numeeristen virhekriteerien että visuaalisen tarkastelun perusteella saatiin komponenteittaisella sekä kuvapisteittäisellä menetelmällä. Työssä käytetyt menetelmät on esitetty algoritmimuodossa. Suodatinalgoritmien toteutukset ja suodatuskokeet tehtiin Matlab-ohjelmistolla.

Using species richness and functional traits predictions to constrain assemblage predictions from stacked species distribution models

Aim: Modelling species at the assemblage level is required to make effective forecast of global change impacts on diversity and ecosystem functioning. Community predictions may be achieved using macroecological properties of communities (MEM), or by stacking of individual species distribution models (S-SDMs). To obtain more realistic predictions of species assemblages, the SESAM framework suggests applying successive filters to the initial species source pool, by combining different modelling approaches and rules. Here we provide a first test of this framework in mountain grassland communities. Location: The western Swiss Alps. Methods: Two implementations of the SESAM framework were tested: a "Probability ranking" rule based on species richness predictions and rough probabilities from SDMs, and a "Trait range" rule that uses the predicted upper and lower bound of community-level distribution of three different functional traits (vegetative height, specific leaf area and seed mass) to constraint a pool of environmentally filtered species from binary SDMs predictions. Results: We showed that all independent constraints expectedly contributed to reduce species richness overprediction. Only the "Probability ranking" rule allowed slightly but significantly improving predictions of community composition. Main conclusion: We tested various ways to implement the SESAM framework by integrating macroecological constraints into S-SDM predictions, and report one that is able to improve compositional predictions. We discuss possible improvements, such as further improving the causality and precision of environmental predictors, using other assembly rules and testing other types of ecological or functional constraints.

Suodatuskalvojen toimivuuden arviointi paperiteollisuuden sovelluksissa

Työn tavoitteena oli etsiä vaihtoehtoja paperiteollisuuden kiertovesien ja pastapitoisten jätevesien suodatusprosesseissa tällä hetkellä käytössä oleville kalvoille. Työssä pyrittiin myös määrittämään tekijöitä, joiden avulla voitaisiin ennustaa polymeerikalvon käyttäytymistä erilaisissa paperiteollisuuden kalvosovelluksissa. Työn kirjallisessa osassa tarkasteltiin polymeerikalvojen ominaisuuksia, jotka vaikuttavat kalvojen käyttäytymiseen suodatusprosesseissa. Työssä esiteltiin myös tavallisimmat kalvomateriaalit ja polymeerikalvojen valmistustavat sekä paperiteollisuuden kalvosovelluksia. Paperiteollisuuden kalvosuodatussovellukset eroavat toisistaan huomattavasti toimintaolosuhteiltaan ja käyttötarkoituksiltaan. Tästä johtuen on hankalaa löytää yhteisiä tekijöitä, joiden perusteella voitaisiin ennustaa kalvon käyttäytymistä eri sovelluksissa. Kalvon hydrofiilisyyden todettiin kuitenkin vaikuttavan positiivisesti suodatustapahtumaan useissa sovelluksissa. Kokeellisessa osassa verrattiin erilaisten polymeerikalvojen ja referenssikalvojen toimintaa happaman kirkkaan suodoksen ja pastapitoisen veden suodatuksessa. Kirkkaan suodoksen suodatuskokeet tehtiin UPM-Kymmene Oy:n Kaukaan tehtailla. Pastapitoista jätevettä mallinnettiin syöttöpanoksilla, jotka tehtiin laimentamalla CTC:n valmistamaa LWC-pastaa. Suodatukset tehtiin CR 200/1- ja CR 550/10 -suodattimilla. Kirkkaan suodoksen suodatuksissa käytettiin referenssikalvona regeneroidusta selluloosasta ja pastapitoisen veden suodatuksessa aromaattisesta polyamidista valmistettua kalvoa. Kirkkaan suodoksen koesuodatusten perusteella todettiin, ettei minkään vertailtavan ultrasuodatuskalvon suodatuskapasiteetti ollut yhtä korkea kuin referenssikalvon. Referenssikalvon toiminta suodatuksessa oli myös vakaata syötön laadun muutoksista huolimatta. Todennäköisesti referenssikalvon erittäin hydrofiilinen luonne tekee siitä vertailtavia kalvoja sopivamman kirkkaan suodoksen suodatukseen. Pastapitoisen veden suodatustulosten perusteella referenssikalvolle löytyi useita potentiaalisia korvaajia. Näistä parhaan kalvon valitseminen edellyttää kuitenkin jatkotutkimuksia. SEM-analyysituloksista huomattiin, että tietyntyyppinen kalvorakenne parantaa kalvon toimintaa pastapitoisen veden suodatuksessa.

Tuotteen suunnitteluketjun tehostaminen 3D-ympäristössä

Tämä diplomityö on tehty Andritz Oy:lle Washers & Filters tuoteryhmään. Työ on osa 3D-suunnittelujärjestelmän käyttöönottoprojektia. Tavoitteena on arvioida uuden laitesuunnittelujärjestelmän vaikutuksia yrityksen tietojärjestelmiin ja toimintatapoihin sekä etsiä potentiaalisia tulevaisuuden kehityskohteita. Suunnittelutietoa hyödyntäviä sidosryhmien edustajia haastattelemalla selvitettiin järjestelmille ja ohjelmistoille asetettavia vaatimuksia. Ohjelmistoihin tutustumalla saatiin käsitys niiden nykytilasta ja kehityssuunnista. 3D-geometrian hyödyntämiseen perustuvilla järjestelmillä voidaan poistaa päällekäistä työtä sekä lyhentää läpimenoaikoja suunnittelussa ja valmistuksessa sijoittamalla työvaiheita rinnakkain. Suurimmat 3D-suunnittelun edut saavutetaan tuotekehitysvaiheessa, tuotemuutoksia tehtäessä sekä valmistusprosesseja suunniteltaessa. Ongelmallisimmat osa-alueet tietojärjestelmien kehittämisessä ovat ensi-sijaisesti tiedonsiirto ohjelmistojen välillä, työntekijöiden muutosvastarinta sekä laadukkaiden järjestelmien korkea hinta. Laajojen tietojärjestelmä-projektien läpivienti on hyvin haastavaa ja onnistuminen vaatii kaikkien sidosryhmien mukana olemista ja tarkkaa projektin koordinointia.

Hylky- ja vesijärjestelmän vaikutus kartongin tuotepuhtauteen

Kirjallisuusosassa käsitellään paperi- ja kartonkikoneiden eri vesijärjestelmiä, vedenkäytön vähentämistä ja sen vaikutusta prosessiin. Mikrobiologiaa, mikrobien aiheuttamia prosessiongelmia, mikrobien torjuntaa ja simulointia on myös käsitelty kirjallisuusosassa. Kokeellisessa osassa laadittiin Kartonkikone 1:n massa- ja vesijärjestelmän mikrobiologisen puhtauden simulointimalli Balas-prosessisimulointiohjelmalla. Kartongin mikrobiologinen puhtaus määritettiin kokonaispesäkelukuna. Kokeellinen osa sisälsi pilot-mittakaavan suodatinkoeajoja, joissa määritettiin tarvittavat erotusparametrit simulointimallille, selvitettiin Dynasand-hiekkasuodattimen soveltuvuus suihkuvesien puhdistukseen, Dynadisc-kiekkosuodattimen käyttökelpoisuus kiertoveden puhdistukseen kiertovesisuodattimena ja hiekkasuodattimien esisuodattimena sekä UV-reaktorin soveltuvuus suodatettujen vesien desifiointiin. Simulointimallilla tarkasteltiin eri prosessivaihtoehtojen vaikutus kartongin mikrobiologiseen puhtauteen. Suihkuvesien puhdistaminen hiekkasuodattimilla alentaa kokonaispesäkelukua vain vähän. Koneen ajettavuus paranee suihkuputkien roskaryöppyjen ja viiraosan limoittumisen vähenemisen takia. Kiertovesijärjestelmän pelkkä jakaminen hylkyprosessi- ja sakeudensäätövedeksi aiheuttaa kokonaispesäkeluvun kasvun prosessista poistettavien vesien puhdistumisen takia. Kokonaispesäkeluku minimoidaan poistamalla ylimääräinen vesi hylkysaostajan suodoksena. Suodatettua hylkysaostajan suodoksen ja viiraveden seosta käytetään sekä sakeudensäätö- että hylkyprosessivedeksi. Hylkymassalla on dominoiva vaikutus kokonaispesäkelukuun. Suurin vähennys kokonaispesäkeluvussa saadaan estämällä mikrobikasvu hylkymassassa. Tämä voidaan tehdä kuumentamalla hylkymassa 80 °C:n höyryllä. Suodatuskoeajojen perusteella Dynasand-hiekkasuodattimella voidaan puhdistaa pisaralämmönvaihtimelta saatavaa lämmintä suihkuvettä. Esisuodatettua kiertovettä voidaan puhdistaa Dynasand-hiekkasuodattimella viiran johtotelojen suihkuvedeksi. Dynadisc-kiekkosuodatinta voidaan käyttää hiekkasuodattimen esisuodattimena ja kiertovesisuodattimena. UV-säteily poistaa tehokkaasti mikrobeja suodatetuista vesistä.

Pigmenttien suodatus

Työn tavoitteena oli tutkia neljän eri koesuotimen soveltuvuutta pigmenttilietteen kiintoainepitoisuuden nostoon. Työssä käytetyt suotimet olivat Larox PF 0,1, Certus-CU-0047, Crossflow-koesuodin ja Steuerung ET06-linko. Suodinväliaineena Larox PF 0,1-suotimessa ja Crossflow-koesuotimessa käytettiin Tamfelt Oyj:n suodinkankaita. Certus-CU-0047-suotimessa suodinväliaineena toimi keraaminen membraani. Työn kirjallisuusosassa tarkasteltiin partikkelien karakterisointia, suodatuksen teoriaa, kakkusuodatusta, suodinväliaineista suodinkankaita ja membraaneja. Lisäksi tarkasteltiin paperin päällystämiseen käytettyjen pigmenttien ominaisuuksia ja niiden suodatusta. Kokeet suoritettiin Larox PF 0,1, Certus-CU-0047 ja Crossflow-koesuotimella vakiopainesuodatuksena yhdellä paineella. Steuerung ET06-lingon kokeet suoritettiin vakiovirtaussuodatuksena käyttäen kolmea eri virtausnopeutta ja kolmea eri lingon ja ruuvin kierrossuhdetta. Työssä suodatettiin neljää erilaista pigmenttilietettä. Suodoksista otettiin näytteitä niiden sameuden määrittämiseksi. Larox Pf 0,1-suotimella ja Steuerung ET06-dekantterilingolla saatiin nostettua pigmenttilietteen kiintoainepitoisuutta erittäin hyvin. Loput kaksi suodinta eivät sovellu tähän tarkoitukseen ollenkaan. Vakiopainesuodatuksissa suodatusajat muodostuivat kuitenkin liian pitkiksi. Suodoksien kiintoainepitoisuudet olivat suurimmaksi osaltaan pieniä lukuun ottamatta tiettyjä suodinkankaita. Lietteen 2 kiintoainepitoisuuden nostaminen oli kaikilla suotimilla erittäin vaikeaa, muut lietteet suodattuivat kohtuullisen hyvin. Näiden kokeiden perusteella voidaan sanoa, että varsinkin vakiovirtaussuodatus soveltuu hyvin ainakin tiettyjen pigmenttilietteiden kiintoainepitoisuuden nostoon.

Kohinan poisto spektrikuvista epälineaaristen suodattimien avulla

Tietokoneiden vuosi vuodelta kasvanut prosessointikyky mahdollistaa spektrikuvien hyö- dyntämisen harmaasävy- ja RGB-värikuvien sijaan yhä useampien ongelmien ratkaisemi- sessa. Valitettavasti häiriöiden suodatuksen tutkimus on jäänyt jälkeen tästä kehityksestä. Useimmat menetelmät on testattu vain harmaasävy- tai RGB-värikuvien yhteydessä, mut- ta niiden toimivuutta ei ole testattu spektrikuvien suhteen. Tässä diplomityössä tutkitaan erilaisia menetelmiä bittivirheiden poistamisessa spektrikuvista. Uutena menetelmänä työssä käytetään kuutiomediaanisuodatinta ja monivaiheista kuutio- mediaanisuodatinta. Muita tutkittuja menetelmiä olivat vektorimediaanisuodatus, moni- vaiheinen vektorimediaanisuodatus, sekä rajattu keskiarvosuodatus. Kuutiosuodattimilla pyrittiin hyödyntämään spektrikuvien kaistojen välillä olevaa korrelaatiota ja niillä pääs- tiinkin kokonaisuuden kannalta parhaisiin tuloksiin. Kaikkien suodattimien toimintaa tutkittiin kahdella eri 224 komponenttisella spektriku- valla lisäämällä kuviin satunnaisia bittivirheitä.

Kaasuturbiinin polttoainesuuttimien virtausmittaus

Tässä diplomityössä suunniteltiin ja rakennettiin kaasuturbiinin kaasusuuttimien virtausmittauslaitteisto. Suuttimien epätasainen toiminta kasvattaa kaasuturbiinin poistolämpötilahajontaa. Virtausmittauksien perusteella voidaan määrittää suuttimien efektiivinen virtauspoikkipinta-ala. Suuttimien asennusjärjestys opti-moidaan suuttimien välisten pinta-alaerojen mukaisesti, jolloin polttoainevirtaus polttokammioihin on mahdollisimman tasainen ja poistolämpötilahajonta pienenee. Kaasuturbiinin MS6001 esittelyssä keskityttiin tärkeimpiin komponentteihin sekä polttoainesuuttimien testauksen kannalta oleellisiin osiin ja niiden toimintaan. Teoriaosuudessa tarkasteltiin tilavuusvirran sekä suutinvirtauksen laskennassa käytettäviä yhtälöitä. Mittalaitteiston suunnittelu ja toteutus olivat tämän työn laajin osa-alue. Laitteiston keskeiset osat ovat kuristuselin ja suutintestausosa. Kuristuselintyypiksi valittiin rengaskammiollinen kuristuslaippa, joka suun-niteltiin standardin SFS-EN ISO 5167:2003 mukaisesti. Standardissa annettujen yhtälöiden antamia tuloksia verrattiin numeerisella virtauslaskentamallilla lasket-tuihin tuloksiin. Suutinrunkojen ja -kärkien mittauksien suunnittelussa sovellettiin samaa standardia sekä numeerista virtauslaskentaa optimaalisen sijainnin löytämiseksi paineyhteelle. Mittauksissa syntyvien epävarmuuksien arviointiin kiinnitettiin erityistä huomiota. Kokeellisessa osuudessa mitattiin yhden kunnostetun suuttimen, käytetyn suut-timen ja suutinrungon virtausta. Tuloksien perusteella laskettiin efektiiviset pinta-alat, joita verrattiin turbiinivalmistajan ilmoittamiin pinta-aloihin. Lopuksi arvioitiin mittaustulosten perusteella laitteiston toimivuutta. Virhe-arvioinnin ja mittaustulosten perusteella laadittiin teknisiä parannusehdotuksia suutintestauslaitteiston luotettavan toiminnan varmistamiseksi.

Sellupesurin rakenteellinen kehittäminen

Tämä diplomityö on tehty Andritz Oy:lle Washers & Filters tuoteryhmään. Työ on osa pienten sellupesureiden tuotekehitysprojektia. Tavoitteena on vertailla olemassa olevaa tuotekehitysaineistoa ja tuoda esiin suunnitteluprosessi, jolla DD – sellupesurin osien rakenteita voidaan järjestelmällisesti kehittää. Diplomityössä tutkittuja osia ovat tiiviste–elementti, päätypalkki ja rumpu. Tiiviste–elementtejä vertailtiin olemassa olevan tuotekehitysaineiston osalta, sekä tutkittiin geneettisiin algoritmeihin pohjautuvan topologian optimoinnin soveltuvuutta tiiviste-elementin suunnitteluun. Päätypalkin ja rummun optimaaliset geometriat selvitettiin geneettisiä algoritmejä hyödyntävällä topologisella optimoinnilla. Optimaalisten topologioiden perusteella suunniteltiin valmistettavissa olevat rakenteet joiden ainevahvuudet määrättiin alustavasti vakion variointiin perustuvalla optimoinnilla. Tällä menettelyllä saatiin päätypalkista ja rummusta aikaiseksi aikaisempaa kevyemmät rakenteet. Topologian optimointi huomattiin soveltuvan rakenteisiin, joiden kuormitus- ja kiinnitystiedot ovat yksiselitteisesti määrätyt.

Source separation techniques applied to linear prediction

The prediction filters are well known models for signal estimation, in communications, control and many others areas. The classical method for deriving linear prediction coding (LPC) filters is often based on the minimization of a mean square error (MSE). Consequently, second order statistics are only required, but the estimation is only optimal if the residue is independent and identically distributed (iid) Gaussian. In this paper, we derive the ML estimate of the prediction filter. Relationships with robust estimation of auto-regressive (AR) processes, with blind deconvolution and with source separation based on mutual information minimization are then detailed. The algorithm, based on the minimization of a high-order statistics criterion, uses on-line estimation of the residue statistics. Experimental results emphasize on the interest of this approach.

Improving Pitch Tracking Performance in Hard Noise Conditions by a Preprocessing Based on Mathematical Morphology

In this paper we show how a nonlinear preprocessing of speech signal -with high noise- based on morphological filters improves the performance of robust algorithms for pitch tracking (RAPT). This result happens for a very simple morphological filter. More sophisticated ones could even improve such results. Mathematical morphology is widely used in image processing and has a great amount of applications. Almost all its formulations derived in the two-dimensional framework are easily reformulated to be adapted to one-dimensional context

Security in multicast communication

Multicast is one method to transfer information in IPv4 based communication. Other methods are unicast and broadcast. Multicast is based on the group concept where data is sent from one point to a group of receivers and this remarkably saves bandwidth. Group members express an interest to receive data by using Internet Group Management Protocol and traffic is received by only those receivers who want it. The most common multicast applications are media streaming applications, surveillance applications and data collection applications. There are many data security methods to protect unicast communication that is the most common transfer method in Internet. Popular data security methods are encryption, authentication, access control and firewalls. The characteristics of multicast such as dynamic membership cause that all these data security mechanisms can not be used to protect multicast traffic. Nowadays the protection of multicast traffic is possible via traffic restrictions where traffic is allowed to propagate only to certain areas. One way to implement this is packet filters. Methods tested in this thesis are MVR, IGMP Filtering and access control lists which worked as supposed. These methods restrict the propagation of multicast but are laborious to configure in a large scale. There are also a few manufacturerspecific products that make possible to encrypt multicast traffic. These separate products are expensive and mainly intended to protect video transmissions via satellite. Investigation of multicast security has taken place for several years and the security methods that will be the results of the investigation are getting ready. An IETF working group called MSEC is standardizing these security methods. The target of this working group is to standardize data security protocols for multicast during 2004.

Antireflection coatings from analogy between electron scattering and spin precession

We use the analogy between scattering of a wave from a potential, and the precession of a spin-half particle in a magnetic field, to gain insight into the design of an antireflection coating for electrons in a semiconductor superlattice. It is shown that the classic recipes derived for optics are generally not applicable due to the different dispersion law for electrons. Using the stability conditions we show that a Poisson distribution of impedance steps is a better approximation than is a Gaussian distribution. Examples are given of filters with average transmissivity exceeding 95% over an allowed band.

Filtration of effluents for microirrigation systems

Clogging, measured through head loss across filters, and the filtration quality of different filters using different effluents were studied. The filters used were: 115, 130, and 200 m disc filters; 98, 115, 130, and 178 m screen filters; and a sand filter filled with a single layer of sand with an effective diameter of 0.65 mm. The filters were used with a meat industry effluent and secondary and tertiary effluents of two wastewater treatment plants. It was observed that clogging depended on the type of effluent. With the meat industry effluent, the poorest quality effluent, disc filters clogged more than the other filter types. When the wastewater treatment plant effluents were used, the disc filters showed less frequent clogging. Several physical and chemical parameters, such as total suspended solids, chemical oxygen demand, turbidity, electrical conductivity, pH, and number of particles, were analyzed in the effluents at the entry and exit points of the filters. In general, filters did not reduce the values of the main clogging parameters to a great degree. It was found that the parameter that explained the clogging, expressed as Boucher’s filterability index, was different depending on the type of effluent and filter. The best quality of filtration was achieved with a sand filter when the meat industry effluent was used. No significant differences were observed between the quality of filtration of disc and screen filters when operating with the secondary and tertiary effluents