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.

KITSIMU - kirjastojärjstelmän mallintaminen ja ehdotus sen pedagogiseksi sovellukseksi

Summary

Laivan voimalaitoksen ja jännitevälipiirillisen ruoripotkurikäytön vuorovaikutusten mallintaminen

Diplomityössä on tutkittu sähköisellä potkurijärjestelmällä varustetun laivan voimalaitoksen ja jännitevälipiirillisen propulsiokäytön vuorovaikutusta laivan hätäpysäytyksen aikana. Työssä on kehitetty simulointimalleja jännitevälipiirillisten sähkökäyttöjen simuloimiseksi Saber -simulontiohjelmistolla.Työn alkuosassa esitetään lyhyt yhteenveto laivan sähköisestä potkurijärjestelmästä komponentteineen, käsitellään laivan hätäpysäytyksen teoriaa sekä simuloinneissa huomioonotettavia laivan ja potkurin hydrodynaamisia ominaisuuksia. Työssä käytettävän simulointiohjelmiston toimintaa selvitetään lyhyesti. Jännitevälipiirillisellä propulsiokäytöllä varustetun laivan hätäpysäytyksen simulointimalli esitellään kokonaisuudessaan ja käsitellään simulointimallin sisältämien osakokonaisuuksien teoriaa ja toimintaa. Kehitetyn simulointimallin toimintaa on tarkasteltu vertaamalla tuloksia vastaavansyklokonvertterikäytöllä varustetun laivan simulointituloksiin sekä vertaamallasimulointituloksia laivan merikoeajon yhteydessä tehtyihin mittauksiin. Simulointitulokset vastasivat teoriaa sekä mittaustuloksia varsin hyvin. Voimalaitoksenosalta ei mittaustuloksia ollut käytettävissä, mutta simulointitulokset ovat teorian mukaisia.

Kunnallisten sähköisten palveluiden mallintaminen

Tämän diplomityön tarkoituksena on kuvata tiettyjen kunnallisten palvelujen rakenne ja prosessikuvaukset. Rakenne kuvataan OWL-mallinnuskielellä ja palvelun käyttäjien suorittamat toiminnot BPML-mallinnuskielen avulla. Työssä on tarkoituksena esittää, kuinka sekä rakenne että toiminnot pystytään kuvaamaan XML-pohjaisen esitystavan avulla, joita nämä OWL- ja BPML-mallinnuskielet ovat. Ensin esitellään työssä käytetyt mallinnuskielet ja ne ominaisuudet, jotka liittyvät tähän tutkimukseen. Tämän jälkeen esitellään työtä varten tehdyt työnkulkukaaviot ja rakennekaaviot,sekä näiden jalostus lopulliseen OWL-muotoon ja BPMN-muotoon . Työ jakautuu kahteen eri osavaiheeseen, joissa ensimmäisessä kerrotaan kuinka kunnallisen palvelun käsitemalli esitetään UML -luokkakaavioiden avulla ja kuinka tämä jalostetaan lopulliseen OWL-muotoon. Toinen osa työstä keskittyy palvelun prosessien mallintamiseen UML-työnkulkukaavioilla ja näiden kaavioiden muokkaamiseen BPMN-muotoon eli liiketoimintaprosessidiagrammeiksi. Kunnallisista palveluista valittiin tähän diplomityöhän tilanvaraus, jonka toimintaa on tarkasteltu haastattelemalla kuntien toimijoita, jotka ovat työssään tekemisissä tilanvaraustoimintojen kanssa. Tilanvarauksen osalta haastattelutiedot olivat valmiiksi saatavilla projektin avulla Päijät-Hämeen osalta, tosin tietojatäydennettiin haastattelemalla Kouvolan tilanvarauksesta huolehtivia henkilöitä.

Toimintojen kuormitusten mallintaminen ja toimintolaskennan käyttöönottomahdollisuudet kokoonpanokonepajassa

Työn tavoitteena oli kehittää yrityksen liiketoimintaprosessikuvausta, mallintaa eräiden siinä esitettyjen toimintoryhmien ja yksittäisten toimintojen kuormitukset sekä tutkia toimintolaskennan käyttöönottomahdollisuuksia yrityksessä. Työssä on tuotu esille kapasiteettiin ja resursseihin liittyviä käsitteitä, kuten kapasiteettipäätösten ajoitus, resurssitarvesuunnittelu ja resurssien kohdistaminen. Työssä on myös tarkasteltu perinteisen kustannuslaskennan ja toimintolaskennan välisiä eroja. Aiempaa tutkimustietoa on käytetty asetettujen tavoitteiden saavuttamiseen. Liiketoimintaprosessikuvausta on muokattu vastaamaan paremmin yrityksen nykyistä rakennetta. Toimintojen kuormitukset on mallinnettu liiketoimintaprosessikuvauksesta ja kyselyistä saadun tiedon perusteella. Toimintolaskennan käyttöönottomahdollisuuksien arviointiperusteena on käytetty toimintolaskennan laskennallista toteutettavuutta yrityksessä. Työn ensimmäinen tulos on yksinkertaisempi ja monikäyttöisempi liiketoimintaprosessikuvaus, jota voidaan käyttää henkilöstöhallinnossa ja yrityksen toiminnan kehittämiseen. Toinen tulos on kuormitusmalli, jota voidaan käyttää muun muassa tulevaisuuden kapasiteettitarpeen arvioimiseen. Työnkolmas tulos on analyysi toimintolaskennan käyttöönottomahdollisuuksista ja työnumeroperusteisen kustannusten kohdistamisen periaatteet.

Talonrakennushankkeen logististen kustannusten mallintaminen

Logistiikan kehittämisen merkitys on suuri rakennusalan yritysten kilpailukyvylle. Tutkimuksen kohdeyrityksessä ei tunnettu logistiikkakustannuksia ja tämän takia eri toimitusketjuvaihtoehtojen kustannusvaikutuksia ei voitu vertailla. Ilman kustannustietoja toiminnan kehittäminen ja kilpailukyky kärsivät. Rakentamisen kehittämisen nopein tehostamis- ja kustannussäästöpotentiaali onkin logistiikassa. Tutkimuksen tavoite oli luoda helppokäyttöinen, nopea, ymmärrettävä ja luotettavaa informaatiota tarjoava toimitusketjuratkaisija, jonka avulla voidaan löytää kustannustehokkain toimitusketju projektitietojen perusteella. Alustava mallinnus ja testaus suoritettiin Excel-ohjelmalla. Malli laski logistiset kustannukset kustannustekijäkohtaisesti yhteen huomioiden tutkimuksen rajaukset. Osa rakennusalan tuotteista aiheuttaa huomattavan määrän kokonais- sekä logistisista kustannuksista, kun taas tiettyjen tuotteiden kustannukset ovat vain pieniä. Eri talotyypeille voidaan löytää yleisiä ohjesääntöjä toimitusketjujen käytöstä, mutta työmailla on aina myös tuotteita, jotka kannattaa tuoda joko terminaali- tai suorana toimituksena. Työmaiden olosuhteet ja toimitusmäärät ovatkin varsin ratkaisevassa asemassa toimitustapaa valittaessa. Edellä mainittuja tutkimustuloksia tukivat alan kirjallisuus sekä mallin testaustulokset.

Kalsium-käsittelyn vaikutus materiaalin lastuttavuuteen vannesahauksessa

Diplomityö käsittelee aiemmin Suomessa vähän tutkittua metallin vannesahausta. Työ keskittyy lähinnä tangon sahaukseen vaakatyyppisellä vannesahalla. Työn teoriaosuudessa luodaan silmäys erityyppisiin vannesahoihin ja perehdytään tarkemmin terän teoriaan, mm. terän valmistukseen, terämateriaaleihin, geometriaan, erilaisiin hammasmuotoihin sekä haritukseen. Lisäksi käsitellään lastuamisparametreja ja lastuamisvoimia vannesahauksessa. Tarkasteltavana on myös vannesahauksen kustannusrakenne ja sen muodostuminen. Kokeellisessa osiossa tutkitaan teräksille suoritettavan lastuttavuutta parantavan kalsium-käsittelyn vaikutusta sahattavuuteen. Kalsium-käsittely parantaa sahattavuutta 15-80 % käytettävästä terämateriaalista ja tarkastelutavasta riippuen. Kokeellisessa osiossa suoritetaan myös terävertailu kolmen eri terän välillä. Terävertailulla pyritään löytämään kustannustehokkain, eli pienimmän kustannuksen katkaisua kohti tuottava terä vertailuun valittujen vaihtoehtojen joukosta. Kustannustehokkaimmaksi teräksi osoittautui Amadan Super HLG M42 Bi-metalliterä.

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.

Laatujärjestelmän rakentaminen ja laatukäsikirjan mallintaminen energiayhtiölle

Työ on osa Kotkan Energia Oy:ssä toteutettua laatuprojektia. Työllä haettiin uutta, oikeaa suuntaa jo aiemmin käynnistetylle laadun kehitykselle. Työn tavoitteena oli rakentaa yhtiölle asiakaslähtöinen laatujärjestelmä, joka kattaa kaikki Kotkan Energian toiminnot. Lisäksi diplomityöhön kuului järjestelmän dokumentointi ja erityisesti laatukäsikirjan mallintaminen. Laatujärjestelmän pohjana käytettiin ISO DIS 9001:2000 -laatustandardiehdotusta. Uudistetun standardiluonnoksen katsottiin palvelevan vanhoja ISO-laatustan-dardeja paremmin energiayhtiön tarpeita, koska ehdotus korostaa asiakastyytyväisyyttä, prosessiajattelua ja jatkuvaa parantamista. Diplomityöprojekti jakaantui selkeästi kolmeen osaan. Ensimmäisessä vaiheessa laatujärjestelmän ja laadun kehittämisen nykytilanne kartoitettiin haastattelujen ja aiemmin laaditun laatumateriaalin avulla. Selvityksen perusteella toisessa vaiheessa tehtiin kehitysehdotuksia ja -suunnitelmia sekä käynnistettiin järjestelmän perusrakenteiden luominen ja henkilöstön koulutus. Laatujärjestelmän keskeisiä osia rakennettiin yhteistyössä koko henkilöstön kanssa. Diplomityön kolmannessa vaiheessa Kotkan Energian menettelytavat dokumentoitiin laatukäsikirjan asiakirjoiksi. Dokumentointiin sisältyivät sekä vanhat, uudistetut että suunnitellut toimintaperiaatteet. Samalla käynnistettiin myös prosessien menettelyohjeiden laatiminen. Laatuprojektin aikana kehitettiin useita uusia ja toimivia käytäntöjä sekä niihin liittyviä dokumentteja. Näiden luotujen menettelytapojen kautta on jo saatu aikaan laadun parannusta. Osana työtä luotiin Kotkan Energian prosessien kuvaustapa. Muita tärkeimpiä ideoituja ja toteutettuja uusia työkaluja laadun hallintaan ovat tiimisopimus, asiakaspalautelomake, toimittajien arviointilomake, poikkeamaraportti sekä koulutus- ja matkatietolomake. Laatujärjestelmän viimeistelyyn ja kehittämiseen liittyvät ideat jalostettiin jatkosuunnitelmiksi.

Markkinaehtoinen hinnoittelu ja loppuasiakasmyynnin mallintaminen sähkökaupan riskienhallinnassa

Markkinauudistuksen myötä sähkökauppa pörssin kautta on lisääntynyt voimakkaasti ja tukkusähkölle on muodostunut yleisesti tunnustettu markkinahinta. Pörssikauppaan sisältyy monia riskejä, joiden hallinta on pörssikauppaa harjoittavan osapuolen toiminnan edellytys. Tukkusähkön hinnan markkinaehtoinen määräytyminen ja pörssikaupan riskit ovat muuttaneet sähkön vähittäismyynnin hinnoittelutarpeita. Työssä esitetään markkinaehtoinen hinnoittelumenetelmä, jossa markkinahinta-, aluehinta- ja profiiliriskit otetaan huomioon. Erityisesti tutkitaan hinnoittelussa vaikeimmin huomioitavissa olevan profiiliriskin muodostumista ja esitetään menetelmä sen hallintaan. Lisäksi esitetään menetelmät suojaustason optimointiin ja suojaustuotteiden toimitusjaksoista poikkeavan sähköntoimituksen hinnoitteluun. Kilpaillussa ympäristössä pärjää parhaiten se, joka toimii kustannustehokkaimmin ja hallitsee riskinsä parhaiten. Työn lopuksi esitetään kuinka myyntisopimuskannan salkuttamista voidaan käyttää hyväksi näihin tavoitteisiin pyrittäessä.

Moottoripolttoaineiden ominaisuuksien mallintaminen

Työn tavoitteena on selvittää voidaanko neuroverkkoa käyttää mallintamaan ja ennustamaan polttoaineen vaikutusta nykyaikaisen auton päästöihin. Näin pystyttäisiin vähentämään aikaa vievien ja kalliiden koeajojen tarvetta. Työ tehtiin Lappeenrannan teknillisen yliopiston ja Fortum Oy:n yhteistyöprojektissa. Työssä tehtiin kolme erilaista mallia. Ensimmäisenä tehtiin autokohtainen malli, jolla pyrittiin ennustamaan autokohtaista käyttäytymistä. Toiseksi kokeiltiin mallia, jossa automalli oli yhtenä syötteenä. Kolmantena yritettiin kiertää eräitä aineiston ongelmia käyttämällä "sumeutettuja" polttoaineiden koostumuksia. Työssä käytettiin MLP-neuroverkkoa, joka opetettiin backpropagation algoritmilla. Työssä havaittiin ettei käytettävissä olleella aineistolla ja käytetyillä malleilla pystytä riittävällä tarkkuudella mallintamaan polttoaineen vaikutusta päästöihin. Aineiston ongelmia olivat mm. suuret mittausvarianssit, aineiston pieni määrä sekä aineiston soveltumattomuus neuroverkolla mallintamiseen.

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.