Three-dimensional model of bubbling fluidized bed combustion

 Diplomityön tarkoituksena on kehittää kolmiulotteinen malli kerrosleijupoltolle. Työn kirjallisuusosa sisältää seuraavat perusteet kerrosleijupolton tekniikasta: yleistiedot, leijutus- ja palamisilmiöt, kiinteän aineen ja kaasun sekoittuminen, päästöt ja lämmönsiirto. Lisäksi palamissysteemin mallinnuksen perusteet ja ratkaisumenetelmät ovat esitelty. Työn mallinnusosassa kehitetty koodi on ohjelmoitu Fortran-ohjelmointikielellä. Kehitetty malli perustuu olemassa olevaan malliin kiertoleijupoltosta. Yhtälö kiintoainekonsentraatioprofiilille on vaihdettu ja kiertovirta on poistettu koodista. Mallilla on tehty herkkyystarkasteluja polttoaineen ja kaasun sekoittumisen sekä reaktiokertoimen vaikutukselle. Visualisointi on tehty ohjelmassa Tecplot 360 ja mallinnustuloksia on vertailtu mitattuihin tuloksiin. Mallin laskemattulokset vastaavat hyvin mittaustuloksia ja kokemusperäisiä tietoja; monissa tapauksissa malli pystyy kvantitatiivisesti kuvaamaan parametrien variointia ja kaikissa tapauksissa malli antaa ainakin kvalitatiivisesti oikeita tuloksia. Työhön liittyvän kehityksen ja mallinnuskokemuksen perusteella on tehty ehdotukset mallin tulevaa kehitystä ja mittauksia varten.

Perheyrittäjyys:Mahdollisuuksia ja menetyksiä

Tutkielman tarkoituksena oli selvittää vähän tunnettua ilmiötä. Tavoitteena oli kartoittaa kokemuksia perheyrittäjyydestä perheyrityksen eri kehitysvaiheissa sekä tulevaisuutta ajatellen, ja nostaa täten esille perheyrityksissä vallitsevia haasteita, joita perheen, liiketoiminnan ja omistamisen yhteenkietoutuneet suhteet olivat aiheuttaneet. Casetutkimus toteutettiin teemahaastatteluilla, joista muodostettiin yksi kronologisesti etenevä tarina. Narratiivisen analyysin avulla tarinasta löydettiin keskeisiä teemoja. Tärkeimmiksi tutkimustuloksiksi osoittautuivat elämäntapayrittäjyys, työ- ja perheroolien sekoittuminen sekä perheen ja liiketoimien yhteensovittamisen ongelmat. Liiketoiminnan edut asetettiin liikaa perheen edelle, mikä johti lopulta yrittäjien avioeroon, liiketoiminnan voimakkaaseen supistamiseen ja uuden yrityksen perustamiseen toisen yrittäjän toimesta. Lisäksi aineistosta nousi esille psykologisen omistajuuden tunteita perheyritystä kohtaan sekä psykologisen omistajuuden varjopuolia.

Kerrosleijukattilan sekundääri-ilmansyöttöjärjestelmän kehittäminen

Työn tarkoituksena oli kehittää kerrosleijukattilan sekundääri-ilmansyöttöä. Työssä tutkittiin tulipesässä ilmasuihkujen käyttäytymiseen vaikuttavia tekijöitä sekä eri ilmansyöttömallien vaikutuksia tulipesäolosuhteisiin. Sekundääri- ja tertiääri-ilmasuihkujen tehtävänä on sekoittaa tulipesän kaasuja sekä tuoda happi leijupetin yläpuolelle haihtuneiden aineiden palamisen loppuun saattamiseksi. Kaasujen sekoittumiseen vaikuttavat ilmasuihkun ja ristivirtauksen liikemäärien suhde, suutinten koko ja sijoittelu toisiinsa nähden. Ilmasuihku saavuttaa paremman tunkeutuvuuden ja siten tehokkaamman sekoittumisen suuttimen koon kasvaessa. Lisäksi tunkeutuvuus paranee suutinten välisen etäisyyden sekä ilmasuihkun ja ristivirtauksen liikemäärien suhteen kasvaessa. Optimaalisen suutinten välisen etäisyyden osoitettiin riippuvan suuttimen ja tulipesän koosta sekä ilmasuihkun ja ristivirtauksen liikemäärien suhteesta. Saatujen tulosten mukaan sekundääri- ja tertiääri-ilmatasoilla tulee suosia suuria harvaan ja lomittain sijoitettuja suuttimia. Ilmansyöttömalleja tutkittiin numeerisesti mallintamalla, ja saatujen tulosten perusteella tehokkain sekoittuminen saavutettiin sijoittamalla sekundääri-ilmasuuttimet tulipesän kahdelle vastakkaiselle seinälle.

Kulutus- korroosionkestävien materiaalien laserpinnoitus

Diplomityössä tutkitaan kulutus- ja korrosionkestävien materiaalien laserpinnoitusta. Laserpinnoituksessa sulatetaan uutta materiaalia työkappaleen pintaan lasersäteen avulla. Tarkoituksena on yleensä parantaa pinnan korroosion, kulumisen tai pintapaineen kestävyyttä. Laserpinnoitukseen liittyy useita etuja verrattuna konventionaalisiin päällehitsausprosesseihin. Työssä tutkittavat pinnoitemateriaalit ovat kobolttipohjaiset Stellite 1 ja Stellite 6, työkaluteräkset WR 4 ja WR 6 sekä metallimatriisikomposiitti Anval50/50+30 % Cr3C2. Pinnoitettavat perusaineet ovat hiiliteräs Fe 52, ruostumaton teräs AISI 316 ja valurauta GRP 500. Työn tavoitteena on löytää kunkin pinnoite/perusaine-yhdistelmän pinnoitusparametrit. Pinnoituskokeissa käytettiin LTKK:n 6 kW:n CO2-laseria. Pinnoitetuille koekappeleille tehtiin kovuusmittaukset ja kulutuskokeet. Pinnoitteiden mikrorakenteet analysoitiin ja sekoittumisasteet laskettiin. Virheitä tutkittiin silmämääräisesti sekä radiografisella kuvauksella. Optimiparametreja pinnoitemateriaaleille ei löydetty. Pinnoitteiden sekoittumisasteet muodostuivat suuriksi liiallisen lasertehon ja/tai huonon lisäaineen kohdistuksen vuoksi. Suuri sekoittuminen alensi pinnoitteiden kovuutta ja kulumiskestävyyttä. Pinnoitusparametreja arvioidaan koetulosten perusteella ja niille annetaan korjausehdotuksia. Lopuksi esitetään suosituksia tutkimusprojektin jatkotoimille.

CFD study of penetration and mixing of fuel in a circulating fluidized bed furnace

The aim of this thesis is to study the mixing of fuel and, also to some extent, the mixing of air in a circulating fluidized bed boiler. In the literature survey part of this thesis, a review is made of the previous experimental studies related to the fuel and air mixing in the circulating fluidized beds. In the simulation part of it the commercial computational fluid dynamics software (FLUENT) is used with the Eulerian multiphase model for studying the fuel mixing in the two and three-dimensional furnace geometries. The results of the three-dimensional simulations are promising and, therefore suggestions are made for the future simulations. The two-dimensional studies give new information of the effects of the fluidization velocity, fuel particle size and fuel density on the fuel mixing. However, the present results show that three-dimensional models produce more realistic representation of the circulating fluidized bed behavior.

Paperikoneen uuden lyhytkiertoprosessin sovellutuskehitys

Työssä tutkittiin uuden ShortFlowÔ-konseptin eri osa-alueiden toimivuutta paperikoneen lyhytkierrossa. Prosessin sekoituspumppuna perinteinen keskipakopumppu korvataan potkuri-pumpulla, joten työssä selvitettiin uudentyyppisen pumpun kavitointirajat, säädettävyys ja sen soveltuminen suunniteltuun tehtävään ja toiminta-alueeseen. Prosessiin kuuluu myös uudentyyppinen viirakaivo, josta selvitettiin sen kyky poistaa ilmaa ja virtauskäyttäytyminen kaivossa. Hienopaperikoneen osalta kartoitettiin prosessiin liittyviä riskejä ja ShortFlowÔ-lyhytkiertoprosessin kannattavuutta investointina. Työn kirjallisessa osassa on käsitelty lyhytkiertoa eri osa-alueittain. Aluksi on lyhytkierron yleisempi tarkastelu, jossa on selvitetty lajittelua, ilmanpoistoa ja pumppauksia. Erityisempää huomiota on kiinnitetty ShortFlowÔ-lyhytkiertoprosessiin liittyviin erityispiirteisiin joita ovat sakeamassalajittelu, täyteaineet paperitehtaalla, hylky ja virtausten sekoittuminen. Sekoituspumpun osalta on käsitelty myös kavitointia hieman tarkemmin. Työn kokeellisessa osassa suunniteltiin prosessin koelaitteisto, joka myös koeajettiin. Potkuripumpun koeajossa määritettiin potkuripumpun toiminta-alue ja säädettävyys. Pumpun todettiin sekoittavan ja ilman vaikutus potkuripumpun ominaisuuksiin todettiin merkityksettömäksi pumpun toiminta-alueella. Viirakaivon koeajossa selvisi, että viirakaivo poistaa ilmaa suunnittelualueella ja kaivolle löytyi muoto, jossa virtauskäyttäytyminen viirakaivossa eri laskeutumisnopeuksilla on mahdollisimman häiriötöntä. Hienopaperikoneen osalta riskien kartoituksessa selvisi, ettei täyteaine aiheuta ongelmia ja että päällystelaattaa sisältävä hylky on lajiteltava ennen lyhytkiertoa. ShortFlowÔ-lyhytkiertoprosessi oli edullisin sekä käyttö- että investointikustannuksiltaan.

Lopputestaustietokanta

Tämän insinöörityön tarkoituksena oli tutkia mahdollisuuksia kehittää GE Healthcare Finlandin Bucky-tuotantolinjan toimintaa ja toteuttaa keinoja, jotka löysimme. Työn pääpaino asetettiin ylimääräisestä paperityöstä eroon pääseminen linjalla toteuttamalla MS Access -tietokanta tuotannon informaation dokumentointia varten. Tällä tavalla vältettäisiin eri tuotteiden mukana kulkevien papereiden sekoittuminen ja häviäminen, koska tiedot olisivat sähköisessä muodossa. Tarpeelliset raportit voidaan sitten laitteen valmistuttua tulostaa paperimuotoon. Lisäksi tarkoitus oli tutkia tietokannan laajentamista muita tuotteita koskevaksi, mikä käytännössä tarkoitti erillisten jo olemassa olevien tietokantojen yhdistämistä toisiinsa yhdeksi tietokannaksi.

Eksistentiaalilauseen ilmiasut edistyneiden suomenoppijoiden kirjoituksessa

Tämän tutkielman aiheena on edistyneiden suomenoppijoiden kielen eksistentiaaliset lauseet. Tutkielmassa selvitetään eksistentiaalisten lauseiden muotoon liittyvää variaatiota ja erilaisten varianttien esiintymisympäristöjä. Eksistentiaalisia lauseita tarkastellaan sekä oppijankielessä eli ns. välikielessä yleisesti että suhteessa kohdekieleen eli suomeen. Tutkielma kuuluu suomi toisena kielenä tutkimuksen piiriin ja käsittelee syntaksia. Se on osa Turun yliopiston Lauseopin arkiston alaista Edistyneiden suomenoppijoiden korpus tutkimushanketta (LAS2korpus). Tutkielmassa käytetään frekvenssi, variaatioja virheanalyysien ohella myös korpustutkimuksessa käytettäviä tutkimusmetodeja, kuten myötäesiintymien tarkastelua. Aineistona on edistyneiden suomenoppijoiden kirjoittamia tenttivastauksia, jotka kuuluvat LAS2korpukseen. Aineisto mahdollistaa osittain myös pitkittäismuutosten tarkastelun. Vertailuaineistona on ensikielenään suomea puhuvien opiskelijoiden tenttivastauksia. Esimerkki prototyyppisestä eksistentiaalisesta lauseesta on tutkimusaineistostani poimittu: ”Tavun laadulla on edelleen erittäin tärkeä merkitys suomen astevaihtelulle.” (LAS25/7) Tutkimuksessa selviää, että edistyneiden suomenoppijoiden eksistentiaaliset lauseet vastaavat yleensä sanajärjestykseltään ensikielisten suomenpuhujien sanajärjestystä, molemmissa aineistoissa 90 prosentissa eksistentiaalisista lauseista on VSsanajärjestys. Eksistentiaalilauseelle epäprototyyppiselle Svsanajärjestykselle löytyy kolme esiintymisympäristöä, jotka saattavat motivoida sanajärjestystä edistyneiden suomenoppijoiden kielessä. Näitä ovat 1) lauseen kielteisyys, 2) lauseessa oleva kontekstiin viittaava elementti ja 3) olla olemassa rakenne. Eksistentiaalisten lauseiden subjektit ovat edistyneillä suomenoppijoilla nominatiivimuotoisia ensikielisiä useammin. Tutkimusaineiston eksistentiaalisista lauseista 11 prosentissa on epäidiomaattinen sijamerkintä. Epäidiomaattisen sijamerkinnän myötäesiintymiä saattavat olla subjektilausekkeen määritteet ja kongruoiva subjekti. 5 prosentissa tutkimusaineiston eksistentiaalisista lauseista on lausetyypille epäidiomaattinen, kongruoiva subjekti. Voidaankin olettaa, että eri lausetyypit saattavat sekoittua samassa tekstilauseessa edistyneidenkin suomenoppijoiden kielessä. Sekoittuminen näkyy tyypillisesti joko 1) jonkin lauseenjäsenen epäidiomaattisena muotona, 2) epäidiomaattisena sanajärjestyksenä tai 3) jonkin lauseenjäsenen puuttumisena. Tulokset osoittavat, että eksistentiaalilausetta määrittävät kielenpiirteet eivät välttämättä läpäise oppijan koko välikieltä. Välikielelle ominainen variaatio on sitä todennäköisempää, mitä enemmän kulloinkin kyseessä oleva tapaus eroaa prototyyppisestä eksistentiaalilauseesta. Analogisen oppimisen vaikutus välikielen kielioppijärjestelmään vaikuttaa suurelta, mikä puoltaa tilastollisesti todennäköisten myötäesiintymien jatkotutkimusta. Syntaktisesti koodattu korpus mahdollistaa kieliopillisten esiintymisympäristöjen tarkastelun tavalla, johon kielellinen intuitio ei yllä.

Modelling of hydrogen stratification and gas mixing in containment using the APROS code

Hydrogen stratification and atmosphere mixing is a very important phenomenon in nuclear reactor containments when severe accidents are studied and simulated. Hydrogen generation, distribution and accumulation in certain parts of containment may pose a great risk to pressure increase induced by hydrogen combustion, and thus, challenge the integrity of NPP containment. The accurate prediction of hydrogen distribution is important with respect to the safety design of a NPP. Modelling methods typically used for containment analyses include both lumped parameter and field codes. The lumped parameter method is universally used in the containment codes, because its versatility, flexibility and simplicity. The lumped parameter method allows fast, full-scale simulations, where different containment geometries with relevant engineering safety features can be modelled. Lumped parameter gas stratification and mixing modelling methods are presented and discussed in this master’s thesis. Experimental research is widely used in containment analyses. The HM-2 experiment related to hydrogen stratification and mixing conducted at the THAI facility in Germany is calculated with the APROS lump parameter containment package and the APROS 6-equation thermal hydraulic model. The main purpose was to study, whether the convection term included in the momentum conservation equation of the 6-equation modelling gives some remarkable advantages compared to the simplified lumped parameter approach. Finally, a simple containment test case (high steam release to a narrow steam generator room inside a large dry containment) was calculated with both APROS models. In this case, the aim was to determine the extreme containment conditions, where the effect of convection term was supposed to be possibly high. Calculation results showed that both the APROS containment and the 6-equation model could model the hydrogen stratification in the THAI test well, if the vertical nodalisation was dense enough. However, in more complicated cases, the numerical diffusion may distort the results. Calculation of light gas stratification could be probably improved by applying the second order discretisation scheme for the modelling of gas flows. If the gas flows are relatively high, the convection term of the momentum equation is necessary to model the pressure differences between the adjacent nodes reasonably.