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.

Integrated energy storage tank for large scale power-to-gas applications

The global interest towards renewable energy production such as wind and solar energy is increasing, which in turn calls for new energy storage concepts due to the larger share of intermittent energy production. Power-to-gas solutions can be utilized to convert surplus electricity to chemical energy which can be stored for extended periods of time. The energy storage concept explored in this thesis is an integrated energy storage tank connected to an oxy-fuel combustion plant. Using this approach, flue gases from the plant could be fed directly into the storage tank and later converted into synthetic natural gas by utilizing electrolysis-methanation route. This work utilizes computational fluid dynamics to model the desublimation of carbon dioxide inside a storage tank containing cryogenic liquid, such as liquefied natural gas. Numerical modelling enables the evaluation of the transient flow patterns caused by the desublimation, as well as general fluid behaviour inside the tank. Based on simulations the stability of the cryogenic storage and the magnitude of the key parameters can be evaluated.

Selluloosapohjaisten superkondensaattorien valmistaminen hiilinanoputkista

Tämän työn tarkoitus on seuloa oleelliset prosessiparametrit superkondensaattoreiden elektrodikomposiittien valmistuksessa, jotka vaikuttavat kondensaattorin laatuun. Tarkoitus on tutkia parametreja, joiden avulla prosessia on mahdollista optimoida. Työn tarkoituksena on tutkia myös itse komponenttimateriaalien valmistusvaiheen sekoitusprosessia mitatulla ja laskennallisella seokseen siirtyvällä tehonkulutuksella. Työn kirjallisuusosassa esitetään superkondensaattoreiden rakennetta, toimintamekanismia ja ominaisuuksia sähköenergian varastoijana. Lisäksi tarkastellaan tavallisimpia kondensaattoreihin sisältyviä materiaaleja, erityisesti hiilinanoputkia ja selluloosakuituja. Sekoitusprosesseista tarkastellaan kokeellisessa osassa käytettävien sekoituslaitteita ja niiden toimintamekanismeja komponenttien sekoitusprosesseissa. Kokeellisessa osassa tutkimuskysymyksiksi asetettiin eri sekoitusparametrien (materiaalin määrä ja laatu sekä sekoitusajat) vaikutus superkondensaattorien elektrodiarkkien ominaiskapasitansseihin. Testit suoritettiin LUT Prosessien laboratoriossa, ja testeissä massojen sekoitukseen käytettiin roottoristaattoria ja ultraäänisekoitinta. Lisäksi tutkittiin prosessin skaalausta varten skaalatulla laitteistolla sekoitettuja massanäytteitä. Sekoitusprosessin riittävyyttä varten tutkittiin kokeellisesti käytettyjen sekoituslaitteiden tehonkulutusta. Lisäksi roottoristaattorille tehtiin laskentaohjelmalla virtaussimulaatio paikallisen tehonkulutuksen selvittämiseksi Testeissä todettiin tutkittujen parametrien vaikutus, mutta tulosten perusteella varsinaista optimointia ei kyetty tekemään. Tulokset kuitenkin antavat suunnan, johon prosessia voi optimointia varten kehittää. Myös sekoitukseen todettiin siirtyvän suuri määrä tehoa tutkituilla laitteilla, mitä voidaan pitää mahdollisesti riittävänä käytettyjen komponenttien sekoitukseen.

Effects of Fin Parameters on Gas-Side Heat Transfer Performance of H-Type Finned Tube Bundle in a Waste Heat Recovery Boiler

Alfa Laval Aalborg Oy designs and manufactures waste heat recovery systems utilizing extended surfaces. The waste heat recovery boiler considered in this thesis is a water-tube boiler where exhaust gas is used as the convective heat transfer medium and water or steam flowing inside the tubes is subject to cross-flow. This thesis aims to contribute to the design of waste heat recovery boiler unit by developing a numerical model of the H-type finned tube bundle currently used by Alfa Laval Aalborg Oy to evaluate the gas-side heat transfer performance. The main objective is to identify weaknesses and potential areas of development in the current H-type finned tube design. In addition, numerical simulations for a total of 15 cases with varying geometric parameters are conducted to investigate the heat transfer and pressure drop performance dependent on H-type fin geometry. The investigated geometric parameters include fin width and height, fin spacing, and fin thickness. Comparison between single and double tube type configuration is also conducted. Based on the simulation results, the local heat transfer and flow behaviour of the H-type finned tube is presented including boundary layer development between the fins, the formation of recirculation zone behind the tubes, and the local variations of flow velocity and temperature within the tube bundle and on the fin surface. Moreover, an evaluation of the effects of various fin parameters on heat transfer and pressure drop performance of H-type finned tube bundle has been provided. It was concluded that from the studied parameters fin spacing and fin width had the most significant effect on tube bundle performance and the effect of fin thickness was the least important. Furthermore, the results suggested that the heat transfer performance would increase due to enhanced turbulence if the current double tube configuration is replaced with single tube configuration, but further investigation and experimental measurements are required in order to validate the results.

Computational fluid dynamics evaluation of liquid food thermal process in a brick shaped package

Food processes must ensure safety and high-quality products for a growing demand consumer creating the need for better knowledge of its unit operations. The Computational Fluid Dynamics (CFD) has been widely used for better understanding the food thermal processes, and it is one of the safest and most frequently used methods for food preservation. However, there is no single study in the literature describing thermal process of liquid foods in a brick shaped package. The present study evaluated such process and the influence of its orientation on the process lethality. It demonstrated the potential of using CFD to evaluate thermal processes of liquid foods and the importance of rheological characterization and convection in thermal processing of liquid foods. It also showed that packaging orientation does not result in different sterilization values during thermal process of the evaluated fluids in the brick shaped package.

Analysis of Phase Separator Design Criteria Using Computational Fluid Dynamics

Gravitational phase separation is a common unit operation found in most large-scale chemical processes. The need for phase separation can arise e.g. from product purification or protection of downstream equipment. In gravitational phase separation, the phases separate without the application of an external force. This is achieved in vessels where the flow velocity is lowered substantially compared to pipe flow. If the velocity is low enough, the denser phase settles towards the bottom of the vessel while the lighter phase rises. To find optimal configurations for gravitational phase separator vessels, several different geometrical and internal design features were evaluated based on simulations using OpenFOAM computational fluid dynamics (CFD) software. The studied features included inlet distributors, vessel dimensions, demister configurations and gas phase outlet configurations. Simulations were conducted as single phase steady state calculations. For comparison, additional simulations were performed as dynamic single and two-phase calculations. The steady state single phase calculations provided indications on preferred configurations for most above mentioned features. The results of the dynamic simulations supported the utilization of the computationally faster steady state model as a practical engineering tool. However, the two-phase model provides more truthful results especially with flows where a single phase does not determine the flow characteristics.

Höyryturbiinin ulosvirtauskanaviston kokeellinen tutkimus pienoismallilla

Diplomityössä tutkittiin höyryturbiinin ulosvirtauskanavistojen kokeellisia tutkimusmenetelmiä ja suoritettiin käytännön mittauksia Fortum Oyj:n Loviisan ydinvoimalaitoksen höyryturbiinien huuvan pienoismallilla. Kirjallisuusselvityksen perusteella todettiin, että pienoismallitutkimuksella on ollut keskeinen asema ulosvirtauskanavistojen suunnittelussa. Kokeellisten menetelmien perusongelmana on höyryturbiinin ulosvirtausolosuhteiden jäljitteleminen. Käytetyt mittausmenetelmät perustuvat pääosin tavanomaisiin paine- ja nopeusmittauksiin. Lisäainepartikkeleihin ja laser-valaisuun perustuva PIV (particle image velocimetry) todettiin lupaavaksi menetelmäksi ulosvirtauskanavistojen tutkimuksen saralla. Työn käytännön osuudessa tehtiin mittauksia mittasuhteessa 1:8 rakennetulle höyryturbiinin huuvan pienoismallille. Mittauksilla tutkittiin virtausta mallin sisääntulo- ja ulostulotasoissa. Lisäksi mitattiin staattisen paineen jakauma huuvan sisällä. Kokonaispainetta mittaava kiel-putki todettiin käytännölliseksi työkaluksi huuvan virtauskentän tutkimuksessa. Tuloksista käy hyvin ilmi huuvan ulostuloon syntyvien pyörteiden muodostuminen ja ulostulon epätasainen nopeusjakauma. Staattinen paine huuvan sisällä havaittiin epätasaisesti jakautuneeksi. Ulostulotason ja staattisen paineen mittauksilla saadut tulokset sopivat hyvin yhteen kirjallisuudesta löytyvien tutkimustulosten kanssa ja tukevat Loviisan ulosvirtauskanavistosta aiemmin tehtyjä CFD-simulointeja.

Heat-transfer improvements in an axial-flux permanent-magnet synchronous machine

Axial-flux machines tend to have cooling difficulties since it is difficult to arrange continuous heat path between the stator stack and the frame. One important reason for this is that no shrink fitting of the stator is possible in an axial-flux machine. Using of liquid-cooled end shields does not alone solve this issue. Cooling of the rotor and the end windings may also be difficult at least in case of two-stator-single-rotor construction where air circulation in the rotor and in the end-winding areas may be difficult to arrange. If the rotor has significant losses air circulation via the rotor and behind the stator yokes should be arranged which, again, weakens the stator cooling. In this paper we study a novel way of using copper bars as extra heat transfer paths between the stator teeth and liquid cooling pools in the end shields. After this the end windings still suffer of low thermal conductivity and means for improving this by high-heat-conductance material was also studied. The design principle of each cooling system is presented in details. Thermal models based on Computational Fluid Dynamics (CFD) are used to analyse the temperature distribution in the machine. Measurement results are provided from different versions of the machine. The results show that significant improvements in the cooling can be gained by these steps.

Materiaalitarvelaskenta, varastonhallinta ja tilausten optimointi - Case pienpanimo

Tämä kandidaatintutkielma tarkastelee, mitkä tekijät vaikuttavat teollisuusyrityksen varastonhallinnan ja materiaalinohjauksen kokonaiskustannuksiin. Kokonaistavoitteena on tunnistaa kohdeyritykselle sopivat varaston- ja materiaalinohjauksen menetelmät sekä tunnistaa kehityskohteita tulevaisuuden kehittämistä varten. Tutkielman teoriaosassa käsitellään varastoinnin motiiveja, kustannustekijöitä ja erilaisia täydennysmenetelmiä sekä esitetään materiaalitarvelaskennan perusteita. Tältä pohjalta tutkielman empiirisessä osiossa tutkitaan kolmen eri raaka-ainetoimittajan osalta tilattavien nimikkeiden vuosikustannusten komponentit erilaisilla vuositilauslukumäärillä ja tilauseräko’oilla. Tuloksena kustannuskomponenttien tarkastelusta saadaan suuntaa antavat vuosikustannukset eri tilausmäärillä tai tilausväleillä. Tulokset pohjautuvat kuitenkin hyvin yksinkertaistettuihin taustaoletuksiin, joten suoraan tulosten pohjalta ei tule toimintatapoja muodostaa. Tutkielman perusteella voidaan todeta, että varastonhallinnan tekijät ovat keskenään ristiriitaisia, mutta oikein valituilla menetelmillä voidaan saavuttaa taloudellisia säästöjä ja kehittää toimintaa sujuvammaksi. Erityisesti materiaalitarvelaskentaan siirtyminen materiaalinhallinnassa ja ajantasainen varastokirjanpito tunnistettiin tärkeiksi jatkokehityskohteiksi.

Developing asset management in district heating and cooling business in a large energy company

The purpose of this Master´s Thesis is to develop asset management and its practices in case company. District heating and cooling systems operated by case company around Finland, Sweden, Poland and the Baltics form an enormous-sized asset base where some parts are starting to reach their end of life-cycles. Large-sized asset renewal actions are under discussion and maintenance spending is increasing. Financially justified decisions in changing business environment are needed. Asset management is one of the most important concepts for production organization which operates with capital-intensive production assets. Organizations profitability is highly dependent on assets´ performance. Such assets, like district heating and cooling systems, should be utilized as efficiently as possible within their life-cycles but also maintained and renewed optimally. In this qualitative thesis, empirical interview study was conducted to describe the current situation on how the assets are managed in the case company and to examine the readiness to implement a new, risk-based solution. Asset management revealed to be a very well-known concept. From proposed risk-based asset management point of view, several key observations were made. It was seen as a suitable solution, but further development will be needed. Based on the need and findings, several key processes and frameworks were created and also tested with a case study. Assets` condition monitoring should be improved, which would have a positive impact on event probability assessment. Risk acceptance is also a thing to be discussed further. When the evaluation becomes fluent in single investment cases, portfolio-level expansion should be considered and started. As a result, thesis proposes a solution how risk-based asset management could be performed practically in a capital-intensive case company in order to optimize the maintenance spending in a long run. Created practical framework is made universal: similar principles can be applied into multiple cases in case company but also in other energy companies. Risk-based asset management`s benefits could be utilized best in portfolio-level optimization where the capital would be invested to the most important objects from total risk point of view. Eventually, such approach would allow case company to optimize capital spending in a situation where funds are not adequate to cover all the mandatory needs and prioritization between the investment alternatives will truly be needed.

Asiakassuhteen johtaminen ja kehityspotentiaalit arvoketjussa

Tämän tutkimuksen tavoitteena oli tehdä ymmärrettäväksi kvalitatiivisen tutkimus-menetelmää käyttäen tutkimuskohteena olevan case -yrityksen myynnin edustaji-en asiakassuhteen johtamisesta sekä sen hoitamisesta tapahtuvia toimia sekä niiden vaikutusta yrityksen arvoketjutoimintoihin ja prosesseihin sekä yrityksen asiakkaisiin. Tutkimuksella haluttiin löytää ne tekijät ja toimet, mitkä vaikuttavat prosessien toimimiseen sekä aiheuttavat suoraan tai välillisesti kustannuksia tai prosessihidasteita yritykselle. Lisäksi halutaan saada käsitys siitä osataanko nämä kohdat tällä hetkellä tiedostaa myynnin ja arvoketju toimesta. Tutkimuksen asiaa tarkastellaan case -yrityksen kolmen liiketoiminta-alueen kannalta. Tutkimuksen teoreettinen viitekehys rakentuu asiakassuhteen johtamisen, asia-kaspalvelun, asiakaspalvelun laadun sekä sisäisen asiakaspalvelun teorioiden ympärille. Lisäksi viitekehyksessä aihetta tarkastellaan kannattavuuden ja proses-sitehokkuuden näkökulmasta. Tutkimus empiirinen osuus toteutettiin puoli strukturoituina teemahaastatteluina valituille myynnin sekä arvoketjun edustajille. Tutkimusosiossa haluttiin saada selvyys sekä näkemys siihen, miten asiakassuhteen johtaminen tällä hetkellä tapahtuu case -yrityksessä sekä mitä tämä vaikuttaa yrityksen arvoketjun prosesseihin kun palveluprossien volyymimäärä on suuri. Tutkimustulokset vahvistavat sen, että yrityksen hyvällä ja sujuvalla yrityksen si-säisellä asiakaspalvelulla oli iso vaikutus yrityksen sisäisiin prosesseihin sekä asiakkaalle tuotettavaan asiakaspalvelun laatuun. Lisäksi toimiva ja sujuva sisäinen asiakaspalvelu vaikuttaa yritykseen myyntiin ja sitä kautta syntyvään tulokseen.

ERP and cardiovascular correlates of source memory discrimination in older and younger adults /

There is much evidence to support an age-related decline in source memory ability. However, the underlying mechanisms responsible for this decline are not well understood. The current study was carried out to determine the electrophysiological correlates of source memory discrimination in younger and older adults. Event-related potentials (ERPs) and continuous electrocardiographic (ECG) data were collected from younger (M= 21 years) and older (M= 71 years) adults during a source memory task. Older adults were more likely to make source memory errors for recently repeated, non-target words than were younger adults. Moreover, their ERP records for correct trials showed an increased amplitude in the late positive (LP) component (400-800 msec) for the most recently presented, non-target stimuli relative to the LP noted for target items. Younger adults showed an opposite pattern, with a large LP component for target items, and a much smaller LP component for the recently repeated non-target items. Computation of parasympathetic activity in the vagus nerve was performed on the ECG data (Porges, 1985). The resulting measure, vagal tone, was used as an index of physiological responsivity. The vagal tone index of physiological responsivity was negatively related to the LP amplitude for the most recently repeated, non-target words in both groups, after accounting for age effects. The ERP data support the hypothesis that the tendency to make source memory errors on the part of older adults is related to the ability to selectively control attentional processes during task performance. Furthermore, the relationship between vagal tone and ERP reactivity suggests that there is a physiological basis to the heightened reactivity measured in the LP response to recently repeated non-target items such that, under decreased physiological resources, there is an impairment in the ability to selectively inhibit bottom-up, stimulus based properties in favour of task-related goals in older adults. The inconsistency of these results with other explanatory models of source memory deficits is discussed. It is concluded that the data are consistent with a physiological reactivity model requiring inhibition of reactivity to irrelevant, but perceptually-fluent, stimuli.

Adult Learning in the Transformational Environments of the Digital Revolution: Connecting Theory and Practice

The purpose of this study was to investigate the learning preferences and the post-secondary educational experiences of a group of Net-Gen adult learners, aged between 18 and 35, currently working in the knowledge economy workplace, and their assessment of how adequately they were prepared to meet the requirements of the knowledge economy workplace. This study utilized an explanatory mixed-method research design. Participants completed a questionnaire providing information on their self-reported learning style preferences, their use of digital tools for formal and informal learning, their use of digital technologies in postsecondary educational experiences, and their use of digital technologies in their workplace. Four volunteers from the questionnaire respondents were selected to participate in interviews based on the diversity of their experiences in higher education, including digital environments, and the diversity of their knowledge economy workplaces. Data collected from the questionnaire were analyzed for descriptive and demographic statistics, and categorized so that common patterns could be identified from information gathered from the online questionnaire and interviews. Findings based on this study indicated that these Net-Gen adult learners were fluent with all types of digital technologies in collaborative environments, expecting their educational experiences to provide a similar experience. Participants clearly expressed an understanding that digital/collaborative aptitudes are essential to successful employment in the knowledge economy workplace. The findings of this study indicated that the majority of participants felt that their post-secondary educational experiences did not adequately prepare them to meet the expectations of this type of working environment.

A computational fluid dynamic study on the filtering mechanics in suspension feeding marine invertebrates

Les suspensivores ont la tâche importante de séparer les particules de l'eau. Bien qu'une grande gamme de morphologies existe pour les structures d'alimentation, elles sont pratiquement toutes constituées de rangées de cylindres qui interagissent avec leur environnement fluide. Le mécanisme de capture des particules utilisé dépend des contraintes morphologiques, des besoins énergétiques et des conditions d'écoulement. Comme nos objectifs étaient de comprendre ces relations, nous avons eu recours à des études de comparaison pour interpréter les tendances en nature et pour comprendre les conditions qui provoquent de nouveaux fonctionnements. Nous avons utilisé la dynamique des fluides numérique (computational fluid dynamics, CFD) pour créer des expériences contrôlées et pour simplifier les analyses. Notre première étude démontre que les coûts énergétiques associés au pompage dans les espaces petits sont élevés. De plus, le CFD suggère que les fentes branchiales des ptérobranches sont des structures rudimentaires, d'un ancêtre plus grande. Ce dernier point confirme l'hypothèse qu'un ver se nourrit par filtration tel que l'ancêtre des deuterostomes. Notre deuxième étude détermine la gamme du nombre de Reynolds number critique où la performance d'un filtre de balane change. Quand le Re est très bas, les différences morphologiques n'ont pas un grand effet sur le fonctionnement. Cependant, une pagaie devient une passoire lorsque le Re se trouve entre 1 et 3,5. Le CFD s’est dévoilé être un outil très utile qui a permis d’obtenir des détails sur les microfluides. Ces études montrent comment la morphologie et les dynamiques des fluides interagissent avec la mécanisme de capture ou de structures utilisées, ainsi que comment des petits changements de taille, de forme, ou de vitesse d'écoulement peuvent conduire à un nouveau fonctionnement.

Development of solar air heaters & thermal energy storage system for drying applications in food processing industries

In the present work, the author has designed and developed all types of solar air heaters called porous and nonporous collectors. The developed solar air heaters were subjected to different air mass flow rates in order to standardize the flow per unit area of the collector. Much attention was given to investigate the performance of the solar air heaters fitted with baffles. The output obtained from the experiments on pilot models, helped the installation of solar air heating system for industrial drying applications also. Apart from these, various types of solar dryers, for small and medium scale drying applications, were also built up. The feasibility of ‘latent heat thermal energy storage system’ based on Phase Change Material was also undertaken. The application of solar greenhouse for drying industrial effluent was analyzed in the present study and a solar greenhouse was developed. The effectiveness of Computational Fluid Dynamics (CFD) in the field of solar air heaters was also analyzed. The thesis is divided into eight chapters.