A Petri Nets-based Scheduling Methodology forMultipurpose Batch Plants.

This article presents an optimization methodology of batch production processes assembled by shared resources which rely on a mapping of state-events into time-events allowing in this way the straightforward use of a well consolidated scheduling policies developed for manufacturing systems. A technique to generate the timed Petri net representation from a continuous dynamic representation (Differential-Algebraic Equations systems (DAEs)) of the production system is presented together with the main characteristics of a Petri nets-based tool implemented for optimization purposes. This paper describes also how the implemented tool generates the coverability tree and how it can be pruned by a general purpose heuristic. An example of a distillation process with two shared batch resources is used to illustrate the optimization methodology proposed.

Quantification of Myocardial Blood Flow in Absolute Terms Using (82)Rb PET Imaging: The RUBY-10 Study.

OBJECTIVES: The purpose of this study was to compare myocardial blood flow (MBF) and myocardial flow reserve (MFR) estimates from rubidium-82 positron emission tomography ((82)Rb PET) data using 10 software packages (SPs) based on 8 tracer kinetic models. BACKGROUND: It is unknown how MBF and MFR values from existing SPs agree for (82)Rb PET. METHODS: Rest and stress (82)Rb PET scans of 48 patients with suspected or known coronary artery disease were analyzed in 10 centers. Each center used 1 of 10 SPs to analyze global and regional MBF using the different kinetic models implemented. Values were considered to agree if they simultaneously had an intraclass correlation coefficient >0.75 and a difference <20% of the median across all programs. RESULTS: The most common model evaluated was the Ottawa Heart Institute 1-tissue compartment model (OHI-1-TCM). MBF values from 7 of 8 SPs implementing this model agreed best. Values from 2 other models (alternative 1-TCM and Axially distributed) also agreed well, with occasional differences. The MBF results from other models (e.g., 2-TCM and retention) were less in agreement with values from OHI-1-TCM. CONCLUSIONS: SPs using the most common kinetic model-OHI-1-TCM-provided consistent results in measuring global and regional MBF values, suggesting that they may be used interchangeably to process data acquired with a common imaging protocol.

Toxicity of triclosan, penconazole and metalaxyl on Caulobacter crescentus and a freshwater microbial community as assessed by flow cytometry.

Biocides are widely used for domestic hygiene, agricultural and industrial applications. Their widespread use has resulted in their introduction into the environment and raised concerns about potential deleterious effects on aquatic ecosystems. In this study, the toxicity of the biocides triclosan, penconazole and metalaxyl were evaluated with the freshwater bacterium Caulobacter crescentus and with a freshwater microbial community using a combination of single- and double-stain flow cytometric assays. Growth of C.  crescentus and the freshwater community were repressed by triclosan but not by penconazole or metalaxyl at concentrations up to 250 μM. The repressive effect of triclosan was dependent on culture conditions. Caulobacter crescentus was more sensitive to triclosan when grown with high glucose at high cell density than when grown directly in sterilized lake water at low cell density. This suggests that the use of conventional growth conditions may overestimate biocide toxicity. Additional experiments showed that the freshwater community was more sensitive to triclosan than C.  crescentus, with 10 nM of triclosan being sufficient to repress growth and change the phylogenetic composition of the community. These results demonstrate that isolate-based assays may underestimate biocide toxicity and highlight the importance of assessing toxicity directly on natural microbial communities. Because 10 nM of triclosan is within the range of concentrations observed in freshwater systems, these results also raise concerns about the risk of introducing triclosan into the environment.

Programación de la producción en un sistema flow shop híbrido sin esperas y tiempos de preparación dependientes de la secuencia.

Se estudia la programación de la producción en sistemas flow shop híbrido con tiempos depreparación dependientes de la secuencia de piezas a fabricar. Las piezas pueden pertenecer adiferentes familias y las máquinas requerirán un tiempo de preparación cada vez que se debacambiar de familia. Se han desarrollado procedimientos heurísticos para el caso monocriterio enel que el objetivo buscado en la programación de la producción es la minimización del retrasomedio, equivalente a minimizar la suma de retrasos de las piezas, y para el caso bicriterio en elque se tendrá en cuenta tanto la minimización de una función objetivo formada por la sumaponderada del retraso medio más la suma de los tiempos medios de proceso. Además se hanadaptado los métodos implementados para trabajar bajo la restricción nowait.

Analysis of Industrial Granular Flow Applications by Using Advanced Collision Models

Granular flow phenomena are frequently encountered in the design of process and industrial plants in the traditional fields of the chemical, nuclear and oil industries as well as in other activities such as food and materials handling. Multi-phase flow is one important branch of the granular flow. Granular materials have unusual kinds of behavior compared to normal materials, either solids or fluids. Although some of the characteristics are still not well-known yet, one thing is confirmed: the particle-particle interaction plays a key role in the dynamics of granular materials, especially for dense granular materials. At the beginning of this thesis, detailed illustration of developing two models for describing the interaction based on the results of finite-element simulation, dimension analysis and numerical simulation is presented. The first model is used to describing the normal collision of viscoelastic particles. Based on some existent models, more parameters are added to this model, which make the model predict the experimental results more accurately. The second model is used for oblique collision, which include the effects from tangential velocity, angular velocity and surface friction based on Coulomb's law. The theoretical predictions of this model are in agreement with those by finite-element simulation. I n the latter chapters of this thesis, the models are used to predict industrial granular flow and the agreement between the simulations and experiments also shows the validation of the new model. The first case presents the simulation of granular flow passing over a circular obstacle. The simulations successfully predict the existence of a parabolic steady layer and show how the characteristics of the particles, such as coefficients of restitution and surface friction affect the separation results. The second case is a spinning container filled with granular material. Employing the previous models, the simulation could also reproduce experimentally observed phenomena, such as a depression in the center of a high frequency rotation. The third application is about gas-solid mixed flow in a vertically vibrated device. Gas phase motion is added to coherence with the particle motion. The governing equations of the gas phase are solved by using the Large eddy simulation (LES) and particle motion is predicted by using the Lagrangian method. The simulation predicted some pattern formation reported by experiment.

Computational and Experimental Analysis of Flow Field in the Diffusers of Centrifugal Compressors

Centrifugal compressors are widely used for example in process industry, oil and gas industry, in small gas turbines and turbochargers. In order to achieve lower consumption of energy and operation costs the efficiency of the compressor needs to be improve. In the present work different pinches and low solidity vaned diffusers were utilized in order to improve the efficiency of a medium size centrifugal compressor. In this study, pinch means the decrement of the diffuser flow passage height. First different geometries were analyzed using computational fluid dynamics. The flow solver Finflo was used to solve the flow field. Finflo is a Navier-Stokes solver. The solver is capable to solve compressible, incompressible, steady and unsteady flow fields. Chien's k-e turbulence model was used. One of the numerically investigated pinched diffuser and one low solidity vaned diffuser were studied experimentally. The overall performance of the compressor and the static pressure distribution before and after the diffuser were measured. The flow entering and leaving the diffuser was measured using a three-hole Cobra-probe and Kiel-probes. The pinch and the low solidity vaned diffuser increased the efficiency of the compressor. Highest isentropic efficiency increment obtained was 3\% of the design isentropic efficiency of the original geometry. It was noticed in the numerical results that the pinch made to the hub and the shroud wall was most beneficial to the operation of the compressor. Also the pinch made to the hub was better than the pinchmade to the shroud. The pinch did not affect the operation range of the compressor, but the low solidity vaned diffuser slightly decreased the operation range.The unsteady phenomena in the vaneless diffuser were studied experimentally andnumerically. The unsteady static pressure was measured at the diffuser inlet and outlet, and time-accurate numerical simulation was conducted. The unsteady static pressure showed that most of the pressure variations lay at the passing frequency of every second blade. The pressure variations did not vanish in the diffuser and were visible at the diffuser outlet. However, the amplitude of the pressure variations decreased in the diffuser. The time-accurate calculations showed quite a good agreement with the measured data. Agreement was very good at the design operation point, even though the computational grid was not dense enough inthe volute and in the exit cone. The time-accurate calculation over-predicted the amplitude of the pressure variations at high flow.

Fluid flow and dispersion predictions in porous media by utilizing advanced numerical methods

Diplomityön tavoitteena oli tarkastella numeerisen virtauslaskennan avulla virtaukseen liittyviä ilmiöitä ja kaasun dispersiota. Diplomityön sisältö on jaettu viiteen osaan; johdantoon, teoriaan, katsaukseen virtauksen mallinnukseen huokoisessa materiaalissa liittyviin tutkimusselvityksiin, numeeriseen mallinnukseen sekä tulosten esittämiseen ja johtopäätöksiin. Diplomityön alussa kiinnitettiin huomiota erilaisiin kokeellisiin, numeerisiin ja teoreettisiin mallinnusmenetelmiin, joilla voidaan mallintaa virtausta huokoisessa materiaalissa. Kirjallisuusosassa tehtiin katsaus aikaisemmin julkaistuihin puoliempiirisiin ja empiirisiin tutkimusselvityksiin, jotka liittyvät huokoisen materiaalin aiheuttamaan painehäviöön. Numeerisessa virtauslaskenta osassa rakennettiin ja esitettiin huokoista materiaalia kuvaavat numeeriset mallit käyttäen kaupallista FLUENT -ohjelmistoa. Työn lopussa arvioitiin teorian, numeerisen virtauslaskennan ja kokeellisten tutkimusselvitysten tuloksia. Kolmiulotteisen huokoisen materiaalinnumeerisessa mallinnuksesta saadut tulokset vaikuttivat lupaavilta. Näiden tulosten perusteella tehtiin suosituksia ajatellen tulevaa virtauksen mallinnusta huokoisessa materiaalissa. Osa tässä diplomityössä esitetyistä tuloksista tullaan esittämään 55. Kanadan Kemiantekniikan konferenssissa Torontossa 1619 Lokakuussa 2005. ASME :n kansainvälisessä tekniikan alan julkaisussa. Työ on hyväksytty esitettäväksi esitettäväksi laskennallisen virtausmekaniikan (CFD) aihealueessa 'Peruskäsitteet'. Lisäksi työn yksityiskohtaiset tulokset tullaan lähettämään myös CES:n julkaisuun.

Transonic flow past on enlarged missile nose parts

Numerical computation of a viscid heat-conducting transonic flow over a generic commercial rocket profile with symmetric oversized nose part was carried out. It has been shown that at zero angle of attack for some free-streamvelocity value flow pattern loses its symmetry. This results in non-uniform pressure distribution on rocket surface in angle direction which may yield in additional oscillating stress on the rocket. Also it has been found that obtained non-symmetric flow patterns are stable for small velocity perturbations.

Sediment budget monitoring of a debris-flow torrent (French Prealps)

The Manival near Grenoble (French Prealps) is a very active debris-flow torrent equipped with a large sediment trap (25 000 m3) protecting an urbanized alluvial fan from debris-flows. We began monitoring the sediment budget of the catchment controlled by the trap in Spring 2009. Terrestrial laser scanner is used for monitoring topographic changes in a small gully, the main channel, and the sediment trap. In the main channel, 39 cross-sections are surveyed after every event. Three periods of intense geomorphic activity are documented here. The first was induced by a convective storm in August 2009 which triggered a debris-flow that deposited ~1,800 m3 of sediment in the trap. The debris-flow originated in the upper reach of the main channel and our observations showed that sediment outputs were entirely supplied by channel scouring. Hillslope debris-flows were initiated on talus slopes, as revealed by terrestrial LiDAR resurveys; however they were disconnected to the main channel. The second and third periods of geomorphic activity were induced by long duration and low intensity rainfall events in September and October 2009 which generate small flow events with intense bedload transport. These events contribute to recharge the debris-flow channel with sediments by depositing important gravel dunes propagating from headwaters. The total recharge in the torrent subsequent to bedload transport events was estimated at 34% of the sediment erosion induced by the August debris-flow.

Simultaneous measurement of regional cerebral blood flow by perfusion CT and stable xenon CT: a validation study.

BACKGROUND AND PURPOSE: Knowledge of cerebral blood flow (CBF) alterations in cases of acute stroke could be valuable in the early management of these cases. Among imaging techniques affording evaluation of cerebral perfusion, perfusion CT studies involve sequential acquisition of cerebral CT sections obtained in an axial mode during the IV administration of iodinated contrast material. They are thus very easy to perform in emergency settings. Perfusion CT values of CBF have proved to be accurate in animals, and perfusion CT affords plausible values in humans. The purpose of this study was to validate perfusion CT studies of CBF by comparison with the results provided by stable xenon CT, which have been reported to be accurate, and to evaluate acquisition and processing modalities of CT data, notably the possible deconvolution methods and the selection of the reference artery. METHODS: Twelve stable xenon CT and perfusion CT cerebral examinations were performed within an interval of a few minutes in patients with various cerebrovascular diseases. CBF maps were obtained from perfusion CT data by deconvolution using singular value decomposition and least mean square methods. The CBF were compared with the stable xenon CT results in multiple regions of interest through linear regression analysis and bilateral t tests for matched variables. RESULTS: Linear regression analysis showed good correlation between perfusion CT and stable xenon CT CBF values (singular value decomposition method: R(2) = 0.79, slope = 0.87; least mean square method: R(2) = 0.67, slope = 0.83). Bilateral t tests for matched variables did not identify a significant difference between the two imaging methods (P >.1). Both deconvolution methods were equivalent (P >.1). The choice of the reference artery is a major concern and has a strong influence on the final perfusion CT CBF map. CONCLUSION: Perfusion CT studies of CBF achieved with adequate acquisition parameters and processing lead to accurate and reliable results.

Tarkkuusannostelulaitteen kehittäminen

Prosessiteollisuuden aloilla, kuten lasin raaka-ainelaitoksissa ja laasti- ja tasoitetehtaissa, prosessin onnistumisen kannalta jauhemaisten raaka-aineiden tarkka annostelu on avainasemassa. Diplomityön tarkoituksena oli kehittää olemassa olevan idean pohjalta uusi materiaalin annostelulaite jauhemaisille ja fluidisoituville aineille. Tavoitteena oli suunnitella annostelulaite toimivalle prototyyppiasteelle ja saamaan siitä informaatiota materiaalilaboratoriossa tehtävien annostuskokeiden avulla. Työssä tarkasteltiin aluksi yleisesti jauhemaisen aineen ominaisuuksia ja ongelmia, tyypillisiä annostelulaitteita ja annostustarkkuuteen ja punnitustarkkuuteen vaikuttavia tekijöitä. Varsinainen laitekehitys eteni tyypillisen tuotekehitystyön mukaisesti. Annostuslaite kattaa laaj an dynaamisen toiminta-alueen eli massavirran säätömandollisuus on samalla toimilaitteella aikaisempia annostelulaitteita laajempi. Laite soveltuu erittäin tarkkaan annostukseen hyvin lyhyellä annostusajalla. Hyvät ja luotettavat annostusjärjestelmät myötävaikuttavat merkittävästi koko tehdaskaupan saamiseen, koska asiakas säästää työvoimakustannuksissa ja laatukustannuksissa. Kehittämällä jauhemaisten aineiden annostusta saadaan tekninen etumatka kilpailijoihin nähden.

Betaiinin tuotannon sivujakeiden mikrosuodattaminen teräskeraamisella kalvolla

Betaiini on ammoniumyhdiste, jota käytetään esimerkiksi eläinten rehussa, kosmetiikassa ja lääkkeissä. Danisco Animal Nutrition Finnfeeds Finland Oy:n Naantalin tehdas on maailman johtava betaiinin tuottaja ja raaka-aineena tehtaalla käytetään melassierotuksesta saatavaa betaiinimelassia. Kiteisen betaiinin puhdistusprosessin yhteydessä syntyybetaiinipitoisia sivujakeita, jotka sisältävät huomattavan määrän betaiinia, minkä takia niiden jatkokäsittely on tärkeää. Betaiinin tuotannon sivujakeet ovat erittäin vaikeasti suodattuvia orgaanisia liuoksia, joiden koostumuksia ei täysin tunneta. Tämän työn tarkoituksena oli puhdistaa betaiinin tuotannon sivujakeita mikrosuodattamalla niitä teräskeraamisella kalvolla. Työn kokeellisessa osassa suoritettiin suodatusparametrien eli pH:n, lämpötilan, TMP:n ja betaiiniliuoksen kuiva-ainepitoisuuden optimointi sekä konsentrointikokeita. Mikrosuodatus suoritettiin Graver Technologiesin Scepter-putkimoduulilla, joka toimi ohivirtausperiaatteella ja jonka huokoskoko oli 0,1 ¿m. Scepter-moduuli koostui ruostumattomasta teräksestä sintratuista putkimoduuleista, joissa erottavana kerroksena toimi TiO2. Esikokeiden perusteella todettiin ettei pH:lla ollut suurta vaikutusta suodatukseen. Permeaattivuo kasvoi selvästi lämpötilan ja TMP:nkasvaessa. Vuo taas huononi ja permeaatin sameus lisääntyi selvästi 35 % korkeammissa kuiva-ainepitoisuuksissa. Konsentrointikokeet suoritettiin betaiiniliuoksen refraktrometrisessa kuiva-ainepitoisuudessa, BetRk, 35 %, 80 °C lämpötilassa ja betaiiniliuoksen omassa pH:ssa (pH 8-9,5). Esikokeiden tulosten perusteella konsentrointikokeet suoritettiin TMP:ssa 0,6; 0,8 ja 1,0 bar. Betaiinin tuotannonsivujakeiden konsentrointikokeissa saannoksi saatiin 95 %. Suodatustuloksista havaittiin, että betaiinin tuotannon sivujakeen erä vaikutti voimakkaasti suodatuksen toimivuuteen. Konsentrointikokeissa suodatukset suoritettiin sekäuusilla mikrosuodatusmoduuleilla että vanhalla moduulilla, joka oli jo kulunut.Kulumisen ei kuitenkaan havaittu huonontavan suodatustehokkuutta. Konsentrointikokeiden perusteella voidaan laitteiston pesuväliksi arvioida noin viikko ja pesu tulisi suorittaa sekä emäksisellä että happamalla pesuaineella.

Determining, Balancing and Controlling of Pitch and White Pitch at Stora Enso Kabel Production Line 4

Työn ensimmäisenä tarkoituksena oli kartoittaa kiinteä-neste ja neste-neste uuttomenetelmillä pihkan ja valkopihkan määrä Stora Enso Kabelin tuotantolinja 4:llä. Työn kannalta oli myöstärkeää saada selvyys saostumien koostumuksesta. Lopullinen päämäärä oli automatisoida fiksatiivin annostelu uuden, jatkuvatoimisen märänpäänanalysaattorin avulla. Mäntyosuuden kasvattaminen hiokemassassa lisää hydrofobisten partikkeleiden lukumäärää, minkä uskotaan lisäävän saostumariskiä. Työtä varten kehitetty neste-neste uuttomenetelmä, jota ei ole liiemmin paperiteollisuudessa käytetty, voi olla hyvä menetelmä lipofiilisten komponenttien määrän arviointiin tietyssä määrässä massa- tai prosessivesinäytettä. Virtaussytometri-menetelmän avulla tutkittiin pihka- tai valkopihkapartikkeleiden määrää ja kokojakaumaa eri prosessinäytteissä. Virtaussytometri-menetelmällä mitattujen valkopihkapartikkeleiden lukumäärän ja päällystetyn hylyn saostimen suodoksen sameuden välille löytyiselvä korrelaatio. Fiksatiivimäärän vaikutusta päällystetyn hylyn saostimen suodoksen sameuteen tutkittiin koeajojaksolla, jossa fiksatiivin annostelua säädettiin käsin. Käytetyt annosmäärät eivät riittäneet sameuden pitämiseen tasaisena matalalla tasolla.

Extension of Murray's law using a non-Newtonian model of blood flow.

BACKGROUND: So far, none of the existing methods on Murray's law deal with the non-Newtonian behavior of blood flow although the non-Newtonian approach for blood flow modelling looks more accurate. MODELING: In the present paper, Murray's law which is applicable to an arterial bifurcation, is generalized to a non-Newtonian blood flow model (power-law model). When the vessel size reaches the capillary limitation, blood can be modeled using a non-Newtonian constitutive equation. It is assumed two different constraints in addition to the pumping power: the volume constraint or the surface constraint (related to the internal surface of the vessel). For a seek of generality, the relationships are given for an arbitrary number of daughter vessels. It is shown that for a cost function including the volume constraint, classical Murray's law remains valid (i.e. SigmaR(c) = cste with c = 3 is verified and is independent of n, the dimensionless index in the viscosity equation; R being the radius of the vessel). On the contrary, for a cost function including the surface constraint, different values of c may be calculated depending on the value of n. RESULTS: We find that c varies for blood from 2.42 to 3 depending on the constraint and the fluid properties. For the Newtonian model, the surface constraint leads to c = 2.5. The cost function (based on the surface constraint) can be related to entropy generation, by dividing it by the temperature. CONCLUSION: It is demonstrated that the entropy generated in all the daughter vessels is greater than the entropy generated in the parent vessel. Furthermore, it is shown that the difference of entropy generation between the parent and daughter vessels is smaller for a non-Newtonian fluid than for a Newtonian fluid.

Liikevaihdon ja materiaalivirtojen kasvun vaatimukset logistiikkakeskukselle

Incap Furniture Oy on koottavien mäntyhuonekalujen sopimusvalmistaja. Yrityksen tavoitteena on saavuttaa 70 miljoonan euron liikevaihto Kärsämäen tehtaalla vuonna 2008. Suurin osa komponenttituotannosta ostetaan alihankintaverkostosta ja valmiit tuotteet pakataan logistiikkakeskuksessa. Diplomityön tavoitteena oli selvittää miten kasvavat materiaalivirrat saadaan tulevaisuudessa käsiteltyä Kärsämäen tehtaan logistiikkakeskuksessa Työn teoriaosassa on ensin käsitelty mahdollisuuksia vähentää kokoonpanon puutetilanteita ostotoimintaa kehittämällä. Teoriaosassa esitellään lisäksi varastonohjausmenetelmiä, sekä yleisesti varastoinnin tehtäväkenttää. Empiirisessä osassa analysoitiin annettujen tietojen avulla vuoden 2008 tavoitetilaa, sekä simuloitiin tavoitetilan materiaalivirtoja suhteessa logistiikkakeskuksen kapasiteettiin. Kasvavat materiaalivirrat pakottavat kehittämään logistiikkakeskuksen toimintaa. Eräluonteisen toiminnan vuoksi kaikkien komponenttien kohdalla on pyrittävä MRP ohjaukseen. Komponenttientilauseriä on pyrittävä pienentämään vastaamaan todellista tarvetta. Kriittisille A- ja B- komponenteille tarvitaan lisäksi puskurivarastot tasaamaan toimitusajan vaihtelua ulkomaantoimituksissa. Pakkauseristä yli jäävät C nimikkeet tulee varastoida jatkossa erillään logistiikkakeskuksesta ja korkeavarastosta. D- ja E-nimikkeitä ei kannata tuoda ulkomailta, eikä niitä ole kannattavaa varastoida lainkaan. Pakkaamon täytyy toimia tulevaisuudessa kolmessa vuorossa ja korkeavaraston työjonoa on lyhennettävä kolmesta vuorokaudesta 4-6 työvuoroon. Edellä mainituilla toimenpiteillä ja toimitusten aktiivisella seurannalla saavutetaan toimintaympäristö, jolloin logistiikkakeskuksen kapasiteetti riittää materiaalivirtojen kasvaessa.