Erikoispaperin käyristymisen pienentäminen mittapysyvyyttä parantamalla

Diplomityössä on tutkittu Tervakoski Oy:n PK8:lla valmistettavan irrokepaperin mittapy-syvyysongelmaa. Tämä ilmenee asiakkaan jatkojalostusprosesseissa esim. silikonointi- ja liimausvaiheissa paperin huonona ajettavuutena. Työ pohjautuu PK8:lla suoritettavien tehdasmittakaavaisten koeajojen prosessiolosuhteiden ja mittapysyvyyttä kuvaavien analyysien tulosten tarkasteluun. Työn kirjallisuusosassa kerrotaan silikonointi- ja laminointiprosessin vaatimuksista irrokepaperille. Mittapysyvyyden teoreettista taustaa lähestytään puukuidun sorptio-ominaisuuksien tarkastelulla. Osassa perehdytään mm. paperin mittapysyvyyteen ja käyristymiseen vaikuttaviin eri tekijöihin. Osio sisältää myös katsauksen paperin mittapysyvyyden ja käyristymisen eri mittausmenetelmistä. Työn kokeellisessa osassa tarkastellaan PK8:n prosessiolosuhteiden vaikutuksia mittapysy- vyyden tasoon. Kokeellinen osa sisältää neljä tehdasmittakaavaista koeajosarjaa ja 23 eri koepistettä, joiden tarkoituksena on löytää PK8:lle mittapysyvyyden kannalta parhaimmat mahdolliset olosuhteet muiden laatuarvojen kärsimättä. Koesarjojen muuttujina on käytetty kuivatusviirojen kireyttä, konesuuntaista vetojännitystä sekä suihkusuhteen ja jauhatusasteen muutoksia. Lisäksi paperin käyristymiseen pyrittiin vaikuttamaan PK8:lla toispuoleisella kuivatuksella ja erilliskostutuskoneen toispuoleisella kostutusvesimäärällä. Koesarjojen prosessiolosuhteiden ja analyysitulosten perusteella PK8:lla muutettiin ajotapamallia jo työn kuluessa. Kokeellisen osan loputtua PK8:n tuotantolinjalle määriteltiin uusi ajotapamalli. PK8:n tuotantolinjalla valmistettavan glassiinin poikkisuuntainen kuivatuskutistuma aleni eräässä koesarjassa prosessiolosuhteiden muutosten myötä noin 13 %. Mittapysy-vyyttä kuvaavat kosteuslaajentuma, märkämuodonmuutos ja käyristyminen paranivat keskimäärin 11 %. Uuden ajotapamallin myötä PK8:n valmistaman irrokepaperin laatutaso on noussut, jolloin on jo nyt havaittu, että glassiinin ajettavuus on selkeästi parantunut asiakkaan jatkojalostusprosesseissa.

Viilukuivurin suunnittelu kuivaustehon ja -laadun parantamiseksi

Työn tarkoitus tutkia viilukuivurin ilmankiertoa. Tietojen pohjalta suunnitellaan alustava 6-kerroskuivuri. Lisäksi diplomityössä tutkitaan erilaisten kuivausparametrien vaikutusta kuivaustapahtumaan. Viilunkuivauksessa on tärkeää tasainen kuivaustulos. Kuivaustapahtumaan vaikuttavat monet parametrit, joista yksi tärkeimmistä on kuivausilman nopeus suuttimissa. Kun viilukuivurin kuivausilman kierto on tasapainossa, saadaan kuivurin jokaisen kerroksen suutinnopeus yhtäläiseksi. Työ tarkastelee kuivurin kennon eri osien: puhaltimen, patterin, kanavien ja suutinlaatikoiden vaikutusta kuivausilman virtaamiin. Tietojen perusteella on tarkoitus optimoida kuivausolosuhteet kennon eri osissa. Teorian lisäksi työssä on tarkasteltu erilaisten virtausmallien avulla kuivausilman kiertoa kennossa. Eri kuivausparametrien vaikutusta on tutkittu viilun kuivumista simuloivalla ohjelmalla. Kuivurin konstruktion kuormituskestävyyttä on arvioitu FEM-malleilla. Lopputuloksena on saatu alustava malli VTS6x6200 kuivurille.

Gamma-ray emission from microquasars: a numerical model for LSI+61º303

We explore the possible association between the microquasar LSI +61°303 and the EGRET source 2CG 135+01/3EG J0241+6103 by studying, with a detailed numerical model, whether this system can produce the emission and the variability detected by EGRET (>100 MeV) through inverse Compton (IC) scattering. Our numerical approach considers a population of relativistic electrons entrained in a cylindrical inhomogeneous jet, interacting with both the radiation and the magnetic fields, taking into account the Thomson and Klein-Nishina regimes of interaction. Our results reproduce the observed spectral characteristics and variability at γ-rays, thus strengthening the identification of LSI +61°303 as a high-energy γ-ray source.

Prosessimuuttujien vaikutus märän rainan irrotustapahtumaan

Työn tavoitteena oli selvittää rainan irrotukseen puristinosan keskitelalta vaikuttavat tärkeimmät tekijät. Työn avulla pyrittiin ymmärtämään tuotantokoneella esiintyvien prosessimuuttujien vaikutusta rainan irrotustapahtumaan ja puristin- ja kuivatusosan väliseen vetoerotarpeeseen. Samalla tutkittiin märkävetojen vaikutusta paperin laatuun ja fluting-käyttäytymiseen HSWO-painossa. Kirjallisuusosassa käsiteltiin märän rainan irrotuksen perusteoriaa sekä rainan ja telapinnan väliseen adheesioon vaikuttavia tekijöitä. Kirjallisuusviitteiden avulla koottiin yhteen tärkeimmät rainan irrotukseen ja keskitelan ajettavuuteen vaikuttavat tekijät. Kirjallisuuden antamien viitteiden perusteella valittiin seurattavat prosessimuuttujat kokeelliseen osaan. Työn kokeellinen osa suoritettiin tuotantokoneella prosessiseurantana. Irrotusta tutkittiin rainan irrotuskohdan muutosten ja puristin- ja kuivatusosan välisen vetoeron avulla. Seurannan perusteella pyrittiin löytämään normaalissa ajotilanteessa rainan irrotusetäisyyteen suurimmat vaihteluita aiheuttavat tekijät. Lisäksi suoritettiin muutamia koeajoja, joiden uskottiin vaikuttavan irrotukseen. Valikoiduista koepisteistä analysoitiin myös vaikutus paperin laatusuureisiin. Työn perusteella selvitettiin suurin osa kyseisellä koneella irrotukseen vaikuttavista muuttujista. Tutkituista viira- ja puristinosan mekaanisista muuttujista eniten irrotukseen vaikuttivat koneen nopeus ja suihkuviirasuhde. Myös viiraosan vedenpoistoelementeillä ja puristinosan höyrylaatikolla havaittiin olevan vaikutusta irrotukseen. Prosessiin lisätyistä raaka-aineista irrotukseen vaikuttivat eniten CTMP:n osuus tuoremassasta, kationinen retentioaine sekä massatärkkelys. Massojen jauhatuksella sekä pohjapaperin täyteainepitoisuudella oli myös selvä vaste irrotukseen. Prosessin kemiallista tilaa kuvaavista suureista irrotukseen vaikutti selvimmin massasysteemin varaustila. Puristin- ja kuivatusosan välisen vetoeron korvaaminen viira- ja puristinosan välisellä vetoerolla helpotti irrotusta keskitelalta, mutta ei tuonut etuja paperin laatuominaisuuksiin eikä vähentänyt fluting-käyttäytymistä.

Pohjarakentamisen kehittämismahdollisuuksien selvittäminen.

Tämä tutkimus on tehty Lappeenrannan Teknillisessä Korkeakoulussa erään rakennusliikkeen toimeksiannosta. Tutkimuksen tavoitteena oli tuottaa tietoa yritysjohdon päätöksenteon tueksi pohjarakennustoiminnan kehittämiseksi ja laajentamiseksi. Markkinaosuus olisi saatava turvattua ja suhdanneherkkyyttä vähennettyä.Tutkimusta on tehty strategiatyön näkökulmasta käyttäen perusrunkona Lares-Mankin strategiantyön perusteita. Ensin on analysoitu omaa toimintaa kriittisten menestystekijöiden -, ydinosaamis- ja SWOT- analyysien avulla. Tärkeimmät kilpailijat ja markkinat on analysoitu alueittain. Tietoa on etsitty alan kirjallisuudesta ja lehdistä. Kilpailijoiden analysoinnissa on käytetty apuna mm. heidän omia esitteitään. Markkinoiden tulevaisuuden näkymien arvioinnissa tärkeimmät tiedot on saatu asiantuntijoita haastattelemalla.Näiden tietojen pohjalta on pyritty saamaan selville, millaiset ovat mahdollisuudet pohjarakennustoiminnan kehittämiselle sekä mahdolliselle etabloitumiselle Ruotsiin tai Baltiaan. Toiminnan laajentumis- ja kehittämismahdollisuuksien ollessa hyvät, on laadittu vielä esitys parhaista kehittämistavoista eli uusi strategia.

Huulisuihkun homogeenisuuden vaikutus paperin rakenneominaisuuksiin

Työssä verrattiin perälaatikoilla 1 ja 2 valmistettujen papereiden rakenteellisia ominaisuuksia. Paperin rakenteessa formaatio oli tärkein ominaisuus ja sen jälkeen kuituorientaatio. Näytteiden valintaperusteena pidettiin sitä, että vertailtavilla näytteillä formaatio (pohja) oli paras kyseisellä perälaatikolla ja vetolujuussuhteet olivat samoja. Toinen valintatapa oli verrata samoissa virtausolosuhteissa valmistettuja papereita keskenään. Näytteiden formaatio mitattiin betaradiografialla. Fosforikuvalevystä skannattu kuva analysoitiin kuva-analyysillä. Mittauksen etuna oli suuri erottelukyky, joka mahdollisti monipuolisen tunnuslukujen laskennan. Näistä esimerkkeinä olivat keskihajonta, vinous ja huipukkuus. Lisäksi määritettiin flokkikokojakaumat sekä kone- että poikkisuuntaan. Kuituorientaation määrityksessä paperinäyte revittiin kerroksiin, kerrokset skannattiin ja kuvat analysoitiin kuvankäsittelyohjelmilla. Juova- ja kuituorientaatioanalyysissä määritettiin orientaatiokulma, max/min-arvo ja anisotropia. Virtaviiva-analyysin tunnusluku oli pyörrekoko. Käytettäessä tunnuslukuna variaatiokerrointa formaatio oli parempi perälaatikolla 1 ali- ja yliperällä. Tasaperän läheisyydessä formaatio oli huonompi. Keskihajonta oli pienempi perälaatikolla 1, mutta erot perälaatikoiden välillä tasaantuivat lähellä tasaperää. Flokkikoko oli koko s/v-alueella hieman suurempi perälaatikolla 1. Virtaviiva-analyysin avulla saatiin selville, että perälaatikolla 1 valmistettujen papereiden paikallinen orientaatiovaihtelu ja pintojen toispuoleisuus oli lievempää kuin perälaatikolla 2.

Deep radio images of the HEGRA and Whipple TeV sources in the Cygnus OB2 region.

The modern generation of Cherenkov telescopes has revealed a new population of gamma-ray sources in the Galaxy. Some of them have been identified with previously known X-ray binary systems while other remain without clear counterparts a lower energies. Our initial goal here was reporting on extensive radio observations of the first extended and yet unidentified source, namely TeV J2032+4130. This object was originally detected by the HEGRA telescope in the direction of the Cygnus OB2 region and its nature has been a matter of debate during the latest years. The situation has become more complex with the Whipple and MILAGRO telescopes new TeV detections in the same field which could be consistent with the historic HEGRA source, although a different origin cannot be ruled out. Aims.We aim to pursue our radio exploration of the TeV J2032+4130 position that we initiated in a previous paper but taking now into account the latest results from new Whipple and MILAGRO TeV telescopes. The data presented here are an extended follow up of our previous work. Methods.Our investigation is mostly based on interferometric radio observations with the Giant Metre Wave Radio Telescope (GMRT) close to Pune (India) and the Very Large Array (VLA) in New Mexico (USA). We also conducted near infrared observations with the 3.5 m telescope and the OMEGA2000 camera at the Centro Astronómico Hispano Alemán (CAHA) in Almería (Spain). Results.We present deep radio maps centered on the TeV J2032+4130 position at different wavelengths. In particular, our 49 and 20 cm maps cover a field of view larger than half a degree that fully includes the Whipple position and the peak of MILAGRO emission. Our most important result here is a catalogue of 153 radio sources detected at 49 cm within the GMRT antennae primary beam with a full width half maximum (FWHM) of 43 arc-minute. Among them, peculiar sources inside the Whipple error ellipse are discussed in detail, including a likely double-double radio galaxy and a one-sided jet source of possible blazar nature. This last object adds another alternative counterpart possibility to be considered for both the HEGRA, Whipple and MILAGRO emission. Moreover, our multi-configuration VLA images reveal the non-thermal extended emission previously reported by us with improved angular resolution. Its non-thermal spectral index is also confirmed thanks to matching beam observations at the 20 and 6 cm wavelengths.

On the multiwavelength spectrum of the microquasar 1E1740.7-2942

The microquasar 1E 1740.7-2942 is a source located in the direction of the Galactic Center. It has been detected at X-rays, soft gamma-rays, and in the radio band, showing an extended radio component in the form of a double-sided jet. Although no optical counterpart has been found so far for 1E 1740.7-2942, its X-ray activity strongly points to a galactic nature. Aims.We aim to improve our understanding of the hard X-ray and gamma-ray production in the system, exploring whether the jet can emit significantly at high energies under the light of the present knowledge. Methods.We have modeled the source emission, from radio to gamma-rays, with a cold-matter dominated jet model. INTEGRAL data combined with radio and RXTE data, as well as EGRET and HESS upper-limits, are used to compare the computed and the observed spectra. Results.From our modeling, we find out that jet emission cannot explain the high fluxes observed at hard X-rays without violating at the same time the constraints from the radio data, favoring the corona origin of the hard X-rays. Also, 1E 1740.7-2942 might be detected by GLAST or AGILE at GeV energies, and by HESS and HESS-II beyond 100 GeV, with the spectral shape likely affected by photon-photon absorption in the disk and corona photon fields.

Studying the non-thermal lobes of IRAS 16547-4247 through a multi-wavelength approach

In recent years, massive protostars have turned out to be a possible population of high-energy emitters. Among the best candidates is IRAS 16547-4247, a protostar that presents a powerful outflow with clear signatures of interaction with its environment. This source has been revealed to be a potential high-energy source because it displays non-thermal radio emission of synchrotron origin, which is evidence of relativistic particles. To improve our understanding of IRAS 16547-4247 as a high-energy source, we analyzed XMM-Newton archival data and found that IRAS 16547-4247 is a hard X-ray source. We discuss these results in the context of a refined one-zone model and previous radio observations. From our study we find that it may be difficult to explain the X-ray emission as non-thermal radiation coming from the interaction region, but it might be produced by thermal Bremsstrahlung (plus photo-electric absorption) by a fast shock at the jet end. In the high-energy range, the source might be detectable by the present generation of Cherenkov telescopes, and may eventually be detected by Fermi in the GeV range.

The Optimisation of the Draft Tube of a Hydro Power Plant at Off-Design Conditions

Several possible methods of increasing the efficiency and power of hydro power plants by improving the flow passages are investigated in this stydy. The theoretical background of diffuser design and its application to the optimisation of hydraulic turbine draft tubes is presented in the first part of this study. Several draft tube modernisation projects that have been carried out recently are discussed. Also, a method of increasing the efficiency of the draft tube by injecting a high velocity jet into the boundary layer is presented. Methods of increasing the head of a hydro power plant by using an ejector or a jet pump are discussed in the second part of this work. The theoretical principles of various ejector and jet pump types are presented and four different methods of calculating them are examined in more detail. A self-made computer code is used to calculate the gain in the head for two example power plants. Suitable ejector installations for the example plants are also discussed. The efficiency of the ejector power was found to be in the range 6 - 15 % for conventional head increasers, and 30 % for the jet pump at its optimum operating point. In practice, it is impossible to install an optimised jet pump with a 30 % efficiency into the draft tube as this would considerabely reduce the efficiency of the draft tube at normal operating conditions. This demonstrates, however, the potential for improvement which lies in conventional head increaser technology. This study is based on previous publications and on published test results. No actual laboratory measurements were made for this study. Certain aspects of modelling the flow in the draft tube using computational fluid dynamics are discussed in the final part of this work. The draft tube inlet velocity field is a vital boundary condition for such a calculation. Several previously measured velocity fields that have successfully been utilised in such flow calculations are presented herein.

Mesoscale numerical analysis of the historical November 1982 heavy precipitation event over Andorra (Eastern Pyrenees)

From 6 to 8 November 1982 one of the most catastrophic flash-flood events was recorded in the Eastern Pyrenees affecting Andorra and also France and Spain with rainfall accumulations exceeding 400 mm in 24 h, 44 fatalities and widespread damage. This paper aims to exhaustively document this heavy precipitation event and examines mesoscale simulations performed by the French Meso-NH non-hydrostatic atmospheric model. Large-scale simulations show the slow-evolving synoptic environment favourable for the development of a deep Atlantic cyclone which induced a strong southerly flow over the Eastern Pyrenees. From the evolution of the synoptic pattern four distinct phases have been identified during the event. The mesoscale analysis presents the second and the third phase as the most intense in terms of rainfall accumulations and highlights the interaction of the moist and conditionally unstable flows with the mountains. The presence of a SW low level jet (30 m s-1) around 1500 m also had a crucial role on focusing the precipitation over the exposed south slopes of the Eastern Pyrenees. Backward trajectories based on Eulerian on-line passive tracers indicate that the orographic uplift was the main forcing mechanism which triggered and maintained the precipitating systems more than 30 h over the Pyrenees. The moisture of the feeding flow mainly came from the Atlantic Ocean (7-9 g kg-1) and the role of the Mediterranean as a local moisture source was very limited (2-3 g kg-1) due to the high initial water vapour content of the parcels and the rapid passage over the basin along the Spanish Mediterranean coast (less than 12 h).

Gamma-ray emission from massive young stellar objects

Context.Massive stars form in dense and massive molecular cores. The exact formation mechanism is unclear, but it is possible that some massive stars are formed by processes similar to those that produce the low-mass stars, with accretion/ejection phenomena occurring at some point of the evolution of the protostar. This picture seems to be supported by the detection of a collimated stellar wind emanating from the massive protostar IRAS 16547-4247. A triple radio source is associated with the protostar: a compact core and two radio lobes. The emission of the southern lobe is clearly non-thermal. Such emission is interpreted as synchrotron radiation produced by relativistic electrons locally accelerated at the termination point of a thermal jet. Since the ambient medium is determined by the properties of the molecular cloud in which the whole system is embedded, we can expect high densities of particles and infrared photons. Because of the confirmed presence of relativistic electrons, inverse Compton and relativistic Bremsstrahlung interactions are unavoidable. Aims.We aim to make quantitative predictions of the spectral energy distribution of the non-thermal spots generated by massive young stellar objects, with emphasis on the particular case of IRAS 16547-4247. Methods.We study the high-energy emission generated by the relativistic electrons which produce the non-thermal radio source in IRAS 16547-4247. We also study the result of proton acceleration at the terminal shock of the thermal jet and make estimates of the secondary gamma rays and electron-positron pairs produced by pion decay. Results.We present spectral energy distributions for the southern lobe of IRAS 16547-4247, for a variety of conditions. We show that high-energy emission might be detectable from this object in the gamma-ray domain. The source may also be detectable in X-rays through long exposures with current X-ray instruments. Conclusions.Gamma-ray telescopes such as GLAST, and even ground-based Cherenkov arrays of new generation can be used to study non-thermal processes occurring during the formation of massive stars.

A microquasar model applied to unidentified gamma-ray sources

Among unidentified gamma-ray sources in the galactic plane, there are some that present significant variability and have been proposed to be high-mass microquasars. To deepen the study of the possible association between variable low galactic latitude gamma-ray sources and microquasars, we have applied a leptonic jet model based on the microquasar scenario that reproduces the gamma-ray spectrum of three unidentified gamma-ray sources, 3EG J1735-1500, 3EG J1828+0142 and GRO J1411-64, and is consistent with the observational constraints at lower energies. We conclude that if these sources were generated by microquasars, the particle acceleration processes could not be as efficient as in other objects of this type that present harder gamma-ray spectra. Moreover, the dominant mechanism of high-energy emission should be synchrotron self-Compton (SSC) scattering, and the radio jets may only be observed at low frequencies. For each particular case, further predictions of jet physical conditions and variability generation mechanisms have been made in the context of the model. Although there might be other candidates able to explain the emission coming from these sources, microquasars cannot be excluded as counterparts. Observations performed by the next generation of gamma-ray instruments, like GLAST, are required to test the proposed model.

Fusion weld metal solidification:Continuum from weld interface to centerline

We present a brief résumé of the history of solidification research and key factors affecting the solidification of fusion welds. There is a general agreement of the basic solidification theory, albeit differing - even confusing - nomenclatures do exist, and Cases 2 and 3 (the Chalmers' basic boundary conditions for solidification, categorized by Savage as Cases) are variably emphasized. Model Frame, a tool helping to model the continuum of fusion weld solidification from start to end, is proposed. It incorporates the general solidification models, of which the pertinent ones are selected for the actual modeling. The basic models are the main solidification Cases 1…4. These discrete Cases are joined with Sub-Cases: models of Pfann, Flemings and others, bringing needed Sub-Case variables into the model. Model Frame depicts a grain growing from the weld interface to its centerline. Besides modeling, the Model Frame supports education and academic debate. The new mathematical modeling techniques will extend its use into multi-dimensional modeling, introducing new variables and increasing the modeling accuracy. We propose a model: melting/solidification-model (M/S-model) - predicting the solute profile at the start of the solidification of a fusion weld. This Case 3-based Sub-Case takes into account the melting stage, the solute back-diffusion in the solid, and the growth rate acceleration typical to fusion welds. We propose - based on works of Rutter & Chalmers, David & Vitek and our experimental results on copper - that NEGS-EGS-transition is not associated only with cellular-dendritic-transition. Solidification is studied experimentally on pure and doped copper with welding speed range from 0 to 200 cm/min, with one test at 3000 cm/min. Found were only planar and cellular structures, no dendrites - columnar or equiaxed. Cell sub structures: rows of cubic elements we call "cubelettes", "cell-bands" and "micro-cells", as well as an anomalous crack morphology "crack-eye", were detected, as well as microscopic hot crack nucleus we call "grain-lag cracks", caused by a grain slightly lagging behind its neighbors in arrival to the weld centerline. Varestraint test and R-test revealed a change of crack morphologies from centerline cracks to grainand cell boundary cracks with an increasing welding speed. High speed made the cracks invisible to bare eye and hardly detectable with light microscope, while electron microscope often revealed networks of fine micro-cracks.

EVN+MERLIN observations of microquasar candidates at low galactic latitudes

In an attempt to increase the number of known microquasars, Paredes et al. (2002) have presented a long-term project focused on the search for new objects of this type. They performed a cross-identification between X-ray and radio catalogs under very restrictive selection criteria for sources with |b|<5 degrees, and obtained a sample of 13 radio-emitting X-ray sources. Follow-up observations of 6 of these sources with the VLA provided accurate coordinates, which were used to discover optical counterparts for all of them. We have observed these six sources with the EVN and MERLIN at 5 GHz. Five of the six objects have been detected and imaged, presenting different morphologies: one source has a two-sided jet, three sources have one-sided jets, and one source is compact. With all the presently available information, we conclude that two of the sources are promising microquasar candidates in our Galaxy.