Kuristettujen isotermisen vesivirtausten kolmidimensionaalinen mallintaminen

Työssä on tutkittu CFX ja Fluent virtauslaskentaohjelmien soveltavuutta kuristet-tujen isotermisten vesivirtausten kolmidimensionaaliseen mallintamiseen. Teoriaosassa on esitelty virtausta hallitsevat perusyhtälöt sekä eri kavitaatioteori-oita kavitaatiokuplan syntymisestä tuhoutumiseen. Laskennallisessa osassa esitellään käytetyt virtauslaskentaohjelmat ja laskentatapaukset sekä verrataan saatuja tuloksia aiemmin suoritettuihin mittauksiin. Työn pääpaino oli tutkia käytettyjen virtauslaskentaohjelmien soveltuvuutta kuris-tettujen virtauksien mallinnukseen.

Analysis of flow dynamics in right ventricular outflow tract.

BACKGROUND: The mechanism behind early graft failure after right ventricular outflow tract (RVOT) reconstruction is not fully understood. Our aim was to establish a three-dimensional computational fluid dynamics (CFD) model of RVOT to investigate the hemodynamic conditions that may trigger the development of intimal hyperplasia and arteriosclerosis. METHODS: Pressure, flow, and diameter at the RVOT, pulmonary artery (PA), bifurcation of the PA, and left and right PAs were measured in 10 normal pigs with a mean weight of 24.8 ± 0.78 kg. Data obtained from the experimental scenario were used for CFD simulation of pressure, flow, and shear stress profile from the RVOT to the left and right PAs. RESULTS: Using experimental data, a CFD model was obtained for 2.0 and 2.5-L/min pulsatile inflow profiles. In both velocity profiles, time and space averaged in the low-shear stress profile range from 0-6.0 Pa at the pulmonary trunk, its bifurcation, and at the openings of both PAs. These low-shear stress areas were accompanied to high-pressure regions 14.0-20.0 mm Hg (1866.2-2666 Pa). Flow analysis revealed a turbulent flow at the PA bifurcation and ostia of both PAs. CONCLUSIONS: Identified local low-shear stress, high pressure, and turbulent flow correspond to a well-defined trigger pattern for the development of intimal hyperplasia and arteriosclerosis. As such, this real-time three-dimensional CFD model may in the future serve as a tool for the planning of RVOT reconstruction, its analysis, and prediction of outcome.

Order-flow Standardization with Product Data Management Ideology

Tämän diplomityön päämääränä oli kuvata tilaus-toimitusprosessin eri toimintojen työnkulku, kun tuotetiedonhallintajärjestelmä on osa työympäristöä. Työn teoreettisessa osassa tarkasteltiin liiketoimintaprosessien uudistamista ja prosessien määrittämistä sekä esiteltiin tuotetiedonhallinnan (PDM) keskeiset osa-alueet. Kohdeyrityksen tausta ja strategiat esiteltiin, minkä jälkeen muutoksia arvioitiin suhteessa teoriaosuuden tuloksiin. Nykyisten toimintatapojen määrittämistä varten haastateltiin henkilöitä jokaisesta tilaus-toimitusprosessin vaiheesta tuotantoyksikön sisällä. Lopuksi kuvattiin yrityksen tuotetiedonhallintaperiaatteet ja määritettiin työnkulku prosessin eri vaiheissa. Samalla kuin uusi tuotetiedonhallintajärjestelmä otetaan käyttöön, on yrityksessä omaksuttava tuotetiedonhallinnan ajatusmalli. Tuoterakenteen hallinta jakautuu nyt eri toimintojen kesken, jolloin suunnittelun rakenne, tuotannon rakenne ja huoltorakenne ovat eri ihmisten vastuulla. Näiden eri rakenteiden konfigurointi tilaus-toimitus prosessin aikana määrää missä järjestyksessä toiminnot on suoritettava eri järjestelmien välillä. Monikansallinen suunnitteluorganisaatio on myös otettava huomioon tilauksenkulun aikana. Tuotetiedonhallintajärjestelmää käytetään yhdessä tuttujen suunnitteluohjelmien sekä toiminnanohjausjärjestelmän (ERP) kanssa. Työnkulkukaaviossa määritellään koko yritystä koskeva malli siitä, miten ja missä järjestyksessä tehtävät on suoritettava eri järjestelmissä tilaus-toimitus prosessin aikana. Tässä työssä tutkittiin tuotteen määrittelyn ja suunnittelutiedon hallinnan kannalta oleellisimmat tilaus-toimitusprosessiin kuuluvat toiminnot; myynti, myynnin tuki, tuotannon ohjaus, sovellussuunnittelu ja dokumentointi. Tulevaisuudessa on suositeltavaa pohtia tuotetiedonhallintajärjestelmän käyttöönottoa myös tuotannossa ja ostoissa. Tilaus-toimitusprosessiin liittyvät kehitysmahdollisuudet kannattaisi seuraavaksi kohdistaa tilauksen määrittelyvaiheeseen myyjä-asiakas rajapinnassa, jossa tehdyt virheet kertautuvat jokaisessa prosessin vaiheessa.

Stock flow through a drum screen

Tässä diplomityössä haluttiin mallintaa kuidutusrummun toimintaa Fluent virtausmallinusohjelman avulla. Aikaisempi tieto ja kehitystyö on perustunut kokemukseen ja käytännön kokeisiin. Kehitystyön alkuaikoina on suoritettu muutamia laskelmia koskien rummun tuottoa mutta sen jälkeen ei toimintaa ole laskennallisesti kuvattu. Työn ensimmäinen osa käsittelee yleisesti keräyspaperin käsittelyyn liittyviä laitteita ja menetelmiä. Toimintaperiaatteita on kuvattu yleisellä tasolla ja FibreFlow® rumpu on sitten käsitelty muita laitteita tarkemmin. Työn toinen osa sisältää sitten laboratoriotestit paikallisilta tahteilta hankittujen näytteiden viskositeettien ja tiheyksien määrittämiseksi. Kokeet suoritettiin Kemiantekniikan osastolla Brookfield viskoosimetrillä. Joitain alustavia laskentoja tuotosta suoritettiin aikaisempien tietojen perusteella. Rumpua kun on valmistettu vuodesta 1976, on tietoa kertynyt runsaasti vuosien mittaan. Laskelmia varten valittiin mallinnettavaksi alueeksi vain yksittäinen reikä sihdistä jolle laskettiin massavirta. Käytetyt laadut olivat OCC ja DIP. Myös eri rumpukoot otettiin jossain määrin huomioon.

Virtauslaskentaa ja energia-analyysiä hyödyntävä huoneilman lämpöolosuhteiden simulointimalli

Huonetilojen lämpöolosuhteiden hallinta on tärkeä osa talotekniikan suunnittelua. Tavallisesti huonetilan lämpöolosuhteita mallinnetaan menetelmillä, joissa lämpödynamiikkaa lasketaan huoneilmassa yhdessä laskentapisteessä ja rakenteissa seinäkohtaisesti. Tarkastelun kohteena on yleensä vain huoneilman lämpötila. Tämän diplomityön tavoitteena oli kehittää huoneilman lämpöolosuhteiden simulointimalli, jossa rakenteiden lämpödynamiikka lasketaan epästationaarisesti energia-analyysilaskennalla ja huoneilman virtauskenttä mallinnetaan valittuna ajanhetkenä stationaarisesti virtauslaskennalla. Tällöin virtauskentälle saadaan jakaumat suunnittelun kannalta olennaisista suureista, joita tyypillisesti ovat esimerkiksi ilman lämpötila ja nopeus. Simulointimallin laskentatuloksia verrattiin testihuonetiloissa tehtyihin mittauksiin. Tulokset osoittautuivat riittävän tarkoiksi talotekniikan suunnitteluun. Mallilla simuloitiin kaksi huonetilaa, joissa tarvittiin tavallista tarkempaa mallinnusta. Vertailulaskelmia tehtiin eri turbulenssimalleilla, diskretointitarkkuuksilla ja hilatiheyksillä. Simulointitulosten havainnollistamiseksi suunniteltiin asiakastuloste, jossa on esitetty suunnittelun kannalta olennaiset asiat. Simulointimallilla saatiin lisätietoa varsinkin lämpötilakerrostumista, joita tyypillisesti on arvioitu kokemukseen perustuen. Simulointimallin kehityksen taustana käsiteltiin rakennusten sisäilmastoa, lämpöolosuhteita ja laskentamenetelmiä sekä mallinnukseen soveltuvia kaupallisia ohjelmia. Simulointimallilla saadaan entistä tarkempaa ja yksityiskohtaisempaa tietoa lämpöolosuhteiden hallinnan suunnitteluun. Mallin käytön ongelmia ovat vielä virtauslaskennan suuri laskenta-aika, turbulenssin mallinnus, tuloilmalaitteiden reunaehtojen tarkka määritys ja laskennan konvergointi. Kehitetty simulointimalli tarjoaa hyvän perustan virtauslaskenta- ja energia-analyysiohjelmien kehittämiseksi ja yhdistämiseksi käyttäjäystävälliseksi talotekniikan suunnittelutyökaluksi.

Radiaalikompressorin spiraalivirtauksen numeerinen mallinnus

Diplomityössä mallinnetaan numeerisesti radiaalikompressorin spiraalin virtaus. Spiraalin tarkoituksena radiaalikompressorissa on kerätä tasaisesti virtaus diffuusorin kehältä. Spiraaliin on viime aikoina kiinnitetty enemmän huomiota, koska on havaittu, että kompressorin hyötysuhdetta voidaan parantaa spiraalia optimoimalla. Spiraalin toimintaa tarkastellaan kolmella eri massavirralla. Työn alussa käsitellään spiraalin toimintaperiaatteita. Numeerisena ratkaisijana käytetään Teknillisessä korkeakoulussa kehitettyä FIN-FLO -koodia. FINFLO -laskentaohjelmassa ratkaistaan Navier-Stokes yhtälöt kolmeulotteiselle laskenta-alueelle. Diskretointi perustuu kontrollitilavuus menetelmään. Työssä käsitellään laskentakoodin toimintaperiaatteitta. Turbulenssia mallinnetaan algebrallisella Baldwin-Lomaxin ja kahden yhtälön Chienin k-e turbulenssimalleilla. Laskentatuloksia verrataan Lappeenrannan teknillisessä korkeakoulussa tehtyihin mittauksiin kyseessä olevasta kompressorin spiraalista. Myös eri turbulenssimalleilla ja hilatasoilla saatuja tuloksia verrataan keskenään. Laskentatuloksien jälkikäsittelyä varten ohjelmoitiin neljä eri tietokoneohjelmaa. Laskennalla pyritään saamaan lisäselvyyttä virtauksen käyttäytymiseen spiraalissa ja erityisesti ns. kielen alueella. Myös kahden eri turbulenssimallin toimivuutta kompressorin numeerisessa mallinnuksessa tutkitaan.

Fluid flow processes at basin scale

S u b s u r face fluid flow plays a significant role in many geologic processes and is increasingly being studied in the scale of sedimentary basins and geologic time perspective. Many economic resources such as petroleum and mineral deposits are products of basin scale fluid flow operating over large periods of time. Such ancient flow systems can be studied through analysis of diagenetic alterations and fluid inclusions to constrain physical and chemical conditions of fluids and rocks during their paleohy d r og e o l ogic evolution. Basin simulation models are useful to complement the paleohy d r og e o l ogic record preserved in the rocks and to derive conceptual models on hydraulic basin evolution and generation of economic resources. Different types of fluid flow regimes may evo l ve during basin evolution. The most important with respect to flow rates and capacity for transport of solutes and thermal energy is gr avitational fluid flow driven by the topographic configuration of a basin. Such flow systems require the basin to be elevated above sea level. Consolidational fluid flow is the principal fluid migration process in basins below sea level, caused by loading of compressible rocks. Flow rates of such systems are several orders of magnitude below topogr a p hy driven flow. Howeve r, consolidation may create significant fluid ove rpressure. Episodic dewatering of ove rpressured compart m e n t s m ay cause sudden fluid release with elevated flow velocities and may cause a transient local thermal and chemical disequilibrium betwe e n fluid and rock. This paper gives an ove rv i ew on subsurface fluid flow processes at basin scale and presents examples related to the Pe n e d è s basin in the central Catalan continental margin including the offshore Barcelona half-graben and the compressive South-Pyrenean basin.

Ilmanjaon päätelaitteen virtauskentän mallintaminen

Tässä työssä esitetään tuloilmalaitteen virtausten laskennallinen tarkastelu huonetilassa virtauslaskentaohjelmiston avulla. Tarkastelu suoritetaan kolmiulotteisena sekä isotermisille että termisille tapauksille, jolloin huonetilan joihinkin pintoihin asetetaan lämpövuo ja epäpuhtauslähde. Työn tarkoituksena on arvioida CFX -virtauslaskentaohjelmiston soveltuvuutta huonetilavirtausten mallintamiseen ja tarkastella huonetilan ilmanvaihdon tehokkuutta eri tapauksissa. Arviointi suoritetaan vertaamalla laskentatuloksia mittaustuloksiin. Turbulenssimallien vaikutusta on arvioitu käyttämällä nollan yhtälön ja standardi k-e turbulenssimalleja. CFX:n k-e turbulenssimallilla lasketut nopeuden alenemat eri tilavuusvirroilla vastasivat paremmin mittaustuloksia kuin nollan yhtälön turbulenssimallilla, jolla erot olivat huomattavia. Huonetilan ilmanvaihdon tehokkuus vaihteli suuresti tuloilmalaitteen sijoituspaikan ja lämpövuon mukaan.

Fluid dynamical prediction of changed v1-flow at energies available at the CERN Large Hadron Collider

Substantial collective flow is observed in collisions between lead nuclei at Large Hadron Collider (LHC) as evidenced by the azimuthal correlations in the transverse momentum distributions of the produced particles. Our calculations indicate that the global v1-flow, which at RHIC peaked at negative rapidities (named third flow component or antiflow), now at LHC is going to turn toward forward rapidities (to the same side and direction as the projectile residue). Potentially this can provide a sensitive barometer to estimate the pressure and transport properties of the quark-gluon plasma. Our calculations also take into account the initial state center-of-mass rapidity fluctuations, and demonstrate that these are crucial for v1 simulations. In order to better study the transverse momentum flow dependence we suggest a new"symmetrized" vS1(pt) function, and we also propose a new method to disentangle global v1 flow from the contribution generated by the random fluctuations in the initial state. This will enhance the possibilities of studying the collective Global v1 flow both at the STAR Beam Energy Scan program and at LHC.

Optimizing nozzle flow in laser cutting

The purpose of this study was to investigate different laser cutting nozzles, nozzle flows and possibilities to improve nozzle flow. Another goal was to design new nozzle configuration in which laser cutting would succeed with better cutting speed and smaller gas consumption. Nozzles and nozzle flows were studied with various methods. Computational fluid dynamics was used to calculate old, convergent nozzles and new convergent-divergent nozzles. Measurement apparatus was used to measure both nozzle types. In cutting tests different materials were cut with new nozzles. With the use of design convergent-divergent nozzles 25 % better cutting speed and 33 % smaller gas consumption were achieved when cutting quality was good. Computational fluid dynamics was also discovered to be useful aid in nozzle design.