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.

Real-time Imaging and Mosaicking of Planar Surfaces

Laajojen pintojen kuvaaminen rajoitetussa työskentelytilassa riittävällä kuvatarkkuudella voi olla vaikeaa. Kuvaaminen on suoritettava osissa ja osat koottava saumattomaksi kokonaisnäkymäksi eli mosaiikkikuvaksi. Kuvauslaitetta käsin siirtelevän käyttäjän on saatava välitöntä palautetta, jotta mosaiikkiin ei jäisi aukkoja ja työ olisi nopeaa. Työn tarkoituksena oli rakentaa pieni, kannettava ja tarkka kuvauslaite paperi- ja painoteollisuuden tarpeisiin sekä kehittää palautteen antamiseen menetelmä, joka koostaaja esittää karkeaa mosaiikkikuvaa tosiajassa. Työssä rakennettiin kaksi kuvauslaitetta: ensimmäinen kuluttajille ja toinen teollisuuteen tarkoitetuista osista. Kuvamateriaali käsiteltiin tavallisella pöytätietokoneella. Videokuvien välinen liike laskettiin yksinkertaisella seurantamenetelmällä ja mosaiikkikuvaa koottiin kameroiden kuvanopeudella. Laskennallista valaistuksenkorjausta tutkittiin ja kehitetty menetelmä otettiin käyttöön. Ensimmäisessä kuvauslaitteessa on ongelmia valaistuksen ja linssivääristymien kanssa tuottaen huonolaatuisia mosaiikkikuvia. Toisessa kuvauslaitteessa nämä ongelmat on korjattu. Seurantamenetelmä toimii hyvin ottaen huomioon sen yksinkertaisuuden ja siihen ehdotetaan monia parannuksia. Työn tulokset osoittavat, että tosiaikainen mosaiikkikuvan koostaminen megapikselin kuvamateriaalista on mahdollista kuluttajille tarkoitetulla tietokonelaitteistolla.

Hydraulisen kuristinmallin ja liikealustan ohjauksen kehittäminen reaaliaikasimulointiin

Diplomityön ensimmäisessä vaiheessa tutkittiin hydraulisen kuristimen ominaisuuksia ja esiteltiin numeerisesti tehokas kuristinmalli käyttäenpolynomifunktiota virtauksen laminaarisen ja transitioalueen kuvaukseen. Puoliempiirisen mallin paremmuus tulee esille siinä, että kuristimen geometriatietoja ei tarvita laskettaessa virtausta paine-eron perusteella. Reaaliaikasimuloinnissa esiintyy kompromisseja tarkkuuden ja laskentanopeuden välillä. Tätä asiaa tutkittiin kahden virtausalueen kuristinmallilla. Transition paine-eron ja integrointiaika-askelen valinnan vaikutus tarkkuuteen ja laskentanopeuteen tutkittiin. Toisessa vaiheessa tutkittiin mahdollisimman hyvän liiketuntuman tuottamista liikealustalla ohjaussignaalia kehittämällä. Liikealustan liikeradan rajallisuudesta johtuen ohjauksessa on perinteisesti käytetty washout-suodatusta, joka erottelee simuloitavan järjestelmän kiihtyvyyssignaalista vain nopeatkiihtyvyydet. Tässä työssä tutkittiin hitaiden kiihtyvyyksien ottamista mukaan liikealustan ohjaukseen liikealustan liikeradan puitteissa. Tämä toteutettiin kuvaamalla hitaat kiihtyvyydet kallistamalla liikealustaa, jolloin käyttäjään kohdistuva voima saatiin kuvattua gravitaatiota hyväksi käyttäen.

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.

Flow phenomena, heat and mass transfer in microchannel reactors

The studies of flow phenomena, heat and mass transfer in microchannel reactors are beneficial to estimate and evaluate the ability of microchannel reactors to be operated for a given process reaction such as Fischer-Tropsch synthesis. The flow phenomena, for example, the flow regimes and flow patterns in microchannel reactors for both single phase and multiphase flow are affected by the configuration of the flow channel. The reviews of the previous works about the analysis of related parameters that affect the flow phenomena are shown in this report. In order to predict the phenomena of Fischer-Tropsch synthesis in microchannel reactors, the 3-dimensional computational fluid dynamic simulation with commercial software package FLUENT was done to study the flow phenomena and heat transfer for gas phase Fischer-Tropsch products flow in rectangular microchannel with hydraulic diameter 500 ¿m and length 15 cm. Numerical solution with slip boundary condition was used in the simulation and the flowphenomena and heat transfer were determined.

Levylämmönsiirtimen mitoitus ja optimointi erityisesti lämpöpumpuissa

Työn tavoitteena on laatia käsikirjamainen läpileikkaus levylämmönsiirtimen rakenteesta ja käytöstä lämpöpumppulaitteistoissa. Kylmäprosessin tarkastelun lisäksi on eri lähteistä haettu yhtälöitä lämmönsiirron ja painehäviönlaskentaan. Lähdeaineistona on käytetty lämmönsiirron oppikirjoja, joiden lisäksi on käyty läpi suuri joukko tieteellisen tutkimuksen julkaisemia tutkimusraportteja levylämmönsiirtimen mitoituksesta erilaisissa käyttökohteissa. Oppikirjoissa ei ole esitetty varsinaisesti levylämmönsiirtimen laskentamenetelmiä, vaan niissä esitetään lämmönsiirron perusyhtälöt. Varsinainen lämmönsiirtolevyprofiilin laskentaan perustuva lähdeaineisto on löytynyt lämmönsiirtoon erikoistuneista julkaisuista. Lämmönsiirto tapahtuu aina kuumemmasta kylmempään tilaan. Lämmönsiirto eri virtausaineiden välillä toteutetaan lämmönsiirtimien avulla. Lämmönsiirrintyyppejä on olemassa lukuisia, joista yksi yleisesti käytetty tyyppi on levylämmönsiirrin. Tässä konstruktiossa on mahdutettu paljon lämmönsiirtopintaa ulkomitoiltaan pieneen tilaan. Tämä siirrintyyppi on eduksi silloin, kun virtaavat aineet ovat puhtaita ja niillä ei ole likaavaa vaikutusta lämmönsiirtopinnoille. Lämpöpumpulla tarkoitetaan laitetta, jolla voidaan käyttää hyödyksi lämmönlähteen matalaa lämpötilatasoa nostamalla lämpötilatasoa kompressorin puristustyön avulla korkeampaan lämpötilatasoon. Lämpöpumppulaitteiston toiminta perustuu kylmäprosessin toimintaan. Kylmäprosessin läpikäynti auttaa lukijaa hahmottamaan, millainen prosessi on kysymyksessä ja mitä komponentteja liittyy kylmäprosessiin. Tässä diplomityössä esitetyt yhtälöt antavat suuntaa, millä tavalla levylämmönsiirtimien ominaisuuksia voidaan laskea ja mitkä tekijät vaikuttavat siirtimien mitoittamiseen. Tarkemmat vaihdinkohtaiset laskentakorrelaatiot muotoutuvat vasta sitten, kun valmis tuote on testattu laboratorio-olosuhteissa ja siitä on saatu lämpötila-, virtaus- ja painesuhteet selville. Tämän jälkeen voidaan mittaustuloksiin perustuen rakentaa matemaattinen malli, jolla laskennallisesti määritelläänvaihtimien ominaisuudet. Lisäksi on esitetty yleisiä tapoja, joilla voidaan määritellä lämmönsiirtimien lämpöpintoja.

Linjasekoittimensekoituskyvyn määrittäminen

Työn tavoitteena oli kehittää sekoituskyvyn empiirinen monimuuttujafunktio eräälle dynaamiselle linjasekoittimelle. Monimuuttujafunktio oli tarkoitus kehittää sekoittimen kierrosnopeuden, virtaavien materiaalien ja tilavuusvirtausten perus-teella. Työn kirjallisuusosassa tarkasteltiin pääosin dynaamisia linjasekoittimia ja niiden toimintaperiaatteita sekä sekoituskyvyn määrittämiseen soveltuvia mittausmene-telmiä. Sekoitettavien aineiden epähomogeenisuus määritettiin mittaamalla termoelemen-teillä sekoittimen jälkeisen virran lämpötilavaihtelut. Sekoitettavina aineina käy-tettiin kolmea erilaista seosta: vesi-vesi-, kuitususpensio-vesi- ja karboksyylime-tyyliselluloosa-vesiseoksia. Muita muuttujia kokeissa olivat neljä eri sekoittimen kierrosnopeutta, neljä eri päävirran tilavuusvirtausta ja kolme päävirran sekäsii-hen lisättävän sivuvirran suhdetta. Monimuuttujafunktiokehitettiin vain kuitususpensio-vesiajojen pohjalta muilla seoksilla tehtyjen koeajojen osittaisen epäonnistumisen vuoksi. Hallitsevaksi pa-rametriksi monimuuttujafunktiossa osoittautui sekoittimen kierrosnopeus. Osittai-nen epäonnistuminen kokeissa johtui osaksi termoelementtien käytön sopimatto-muudesta sekoituskyvyn määrittämiseen ja osaksi sekoitettavien aineiden valin-nasta. Jatkotutkimuksiaajatellen muista sekoituskyvyn mittaamiseen käytettävissä olevista menetelmistäkäyttökelpoisimmaksi arvioitiin sähkötomografia.

Genomic determinants of the efficiency of internal ribosomal entry sites of viral and cellular origin

Variation in cellular gene expression levels has been shown to be inherited. Expression is controlled at transcriptional and post-transcriptional levels. Internal ribosome entry sites (IRES) are used by viruses to bypass inhibition of cap-dependent translation, and by eukaryotic cells to control translation under conditions when protein synthesis is inhibited. We aimed at identifying genomic determinants of variability in IRES-mediated translation of viral [Encephalomyocarditis virus (EMCV)] and cellular IRES [X-linked inhibitor-of-apoptosis (XIAP) and c-myc]. Bicistronic lentiviral constructs expressing two fluorescent reporters were used to transduce laboratory and B lymphoblastoid cell lines [15 CEPH pedigrees (n = 205) and 50 unrelated individuals]. IRES efficiency varied according to cell type and among individuals. Control of IRES activity has a significant genetic component (h(2) of 0.47 and 0.36 for EMCV and XIAP, respectively). Quantitative linkage analysis identified a suggestive locus (LOD 2.35) on chromosome 18q21.2, and genome-wide association analysis revealed of a cluster of SNPs on chromosome 3, intronic to the FHIT gene, marginally associated (P = 5.9E-7) with XIAP IRES function. This study illustrates the in vitro generation of intermediate phenotypes by using cell lines for the evaluation of genetic determinants of control of elements such as IRES.

Risk factor impact on blood flow velocities and clinical outcomes of stented cervical and intracranial stenoses: preliminary observations.

OBJECTIVES: The role of angioplasty/stenting procedures, neurointerventionist experience, vascular risk factors, medical treatment and blood flow velocities were analysed to identify possible causes of intra-stent restenosis (ISR) following stenting of cervical and/or intracranial arteries, assuming progressive atherosclerosis to be the shared mechanism in both territories. Patients. 26 cerebrovascular patients subjected to stenting of severe (≥85%) symptomatic or asymptomatic carotid stenoses or moderate-to-severe (≥50%) intracranial or vertebral stenoses were included. METHODS: Clinical, radiological and ultrasonographic follow-up data were analysed retrospectively. RESULTS: Overall, stenting of the internal carotid artery (ICA) induced significant reductions in peak systolic velocities at 2 years (96±31cm/s vs. 358.2±24.9cm/s at baseline). The procedure-related ischemic complications rate was 7.4% (one hemispheric stroke and one TIA). The rate of ISR≤50% was 8% in the ICA at 2 years; was 50% in the common carotid artery (CCA) at 1 year, with concomitant distal ICA stenosis in 75% of CCA stenting, but all ISR were asymptomatic. Patients with ISR of the ICA were significantly younger (56.8±4.5 vs. 71.3±3.6 years, P=0.042) and had significantly more risk factors (5.5±0.9 vs. 3±0.3, P=0.012). No ISR≥70% was detected. CONCLUSIONS: ISR is relatively infrequent and, when present, it is mild and asymptomatic. Restenosis is more frequent in younger patients and those with several risk factors, and it may also be related to stenting of previous carotid endarterectomy.

Bacterial membrane injuries induced by lactacin F and nisin

The combined action of nisin and lactacin F, two bacteriocins produced by lactic acid bacteria, is additive. In this report, the basis of this effect is examined. Channels formed by lactacin F were studied by experiments using planar lipid bilayers, and bactericidal effects were analyzed by flow cytometry. Lactacin F produced pores with a conductance of 1 ns in black lipid bilayers in 1 mM KClat 10 mV at 20°C. Pore formation was strongly dependent on voltage. Although lactacin F formed pores at very low potential (10 mV), the dependence was exponentialabov e 40 mV. The injuries induced by nisin and lactacin F in the membranes of Lactobacillus helveticus produced different flow cytometric profiles. Probably, when both bacteriocins are present, each acts separately; their cooperation may be due to an increase in the number of single membrane injuries

Sediment budget monitoring of debris-flow and bedload transport in the Manival Torrent, SE France

Steep mountain catchments typically experience large sediment pulses from hillslopes which are stored in headwater channels and remobilized by debris-flows or bedload transport. Event-based sediment budget monitoring in the active Manival debris-flow torrent in the French Alps during a two-year period gave insights into the catchment-scale sediment routing during moderate rainfall intensities which occur several times each year. The monitoring was based on intensive topographic resurveys of low- and high-order channels using different techniques (cross-section surveys with total station and high-resolution channel surveys with terrestrial and airborne laser scanning). Data on sediment output volumes from the main channel were obtained by a sediment trap. Two debris-flows were observed, as well as several bedload transport flow events. Sediment budget analysis of the two debris-flows revealed that most of the debris-flow volumes were supplied by channel scouring (more than 92%). Bedload transport during autumn contributed to the sediment recharge of high-order channels by the deposition of large gravel wedges. This process is recognized as being fundamental for debris-flow occurrence during the subsequent spring and summer. A time shift of scour-and-fill sequences was observed between low- and high-order channels, revealing the discontinuous sediment transfer in the catchment during common flow events. A conceptual model of sediment routing for different event magnitude is proposed.