• Publicationsclose
• Research dataclose
• Other research productsclose
• LUTPub close
• NEANIAS Atmospheric Research Community close

Direct liquid cooling (DLC) of electrical machine windings is a clearly effectual cooling method for high-torque and high-power-density applications needed, especially, in heavy vehicles. Usually, in electric vehicles, the stator copper winding losses are the most dominating losses during the accelerating or decelerating (recuperation) modes, and therefore, traditional windings may heat up significantly during high-torque periods. Removing the heat directly from the winding in which most of the heat is generated, allows the most straightforward and effective way of cooling. This paper investigates the feasibility of the direct liquid cooling in a radial-flux permanent-magnet traction motor. This case provides experimental information of the behavior of the direct liquid cooling of the windings. The prototype motor equipped with directly liquid-cooled windings is installed in an electric bus so that typical bus load cycles can be tested. Post-print / Final draft

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. This report considers the possibility of whetever it is possible to predict formation of emissions of an internal combustion engine with neural network. If this is possible, a predicting model could be used instead of expensive and time consuming test-drives The work in this research project was organized by Lappeenranta University of Technology and Fortum Ltd. Fortum Ltd. delivered the used data. There were three models used for predicting emissions. The first one was a car specific model. The second model included all cars as inputs. The data that was used had some problems that were attempted to be resolved through using the "fuzzied" model. All of the models were made with the Multi Layer Perceptron (MLP) neural network, and were trained with the backpropagation-algonthm. It was found that it is not possible to create a fair model fairly with used models and data on hand. The biggest problems were (a) the large variances in the data, (b) the lack of data, and (c) that the data used was originally collected for previous studies conducted over a period of several years, rendering it unsuitable for my research.

Air pollution is a severe issue in many big cities due to population growth and the rapid development of the economy and industry. This leads to the proliferating need to monitor urban air quality to avoid personal exposure and to make savvy decisions on managing the environment. In the last decades, the Internet of Things (IoT) is increasingly being applied to environmental challenges, including air quality monitoring and visualization. In this thesis, we present CAVisAP, a context-aware system for outdoor air pollution visualization with IoT platforms. The system aims to provide context-aware visualization of three air pollutants such as nitrogen dioxide (NO2), ozone (O3) and particulate matter (PM2.5) in Melbourne, Australia and Skellefteå, Sweden. In addition to the primary context as location and time, CAVisAP takes into account users’ pollutant sensitivity levels and colour vision impairments to provide personalized pollution maps and pollution-based route planning. Experiments are conducted to validate the system and results are discussed.

Tutkimuksen tavoitteena on löytää CO2:lle puhdistus- ja inertointikohteita öljynjalostusympäristöstä. CO2:na käytettäisiin Porvoon vetylaitokselta sivutuotteena tulevaa CO2:a. Vetylaitokselta saatava CO2-virta ei ole riittävän puhdasta käytettäväksi suoraan pesuissa ja inertoinnissa. CO2:n eri olomuotoja voidaan käyttää puhdistuksessa. Tutkimuksen lähtökohtana olleen ylikriittisen CO2:n tehokkuus perustuu sen liuottavuuteen. Huonosti liukenevien aineiden liukoisuus ylikriittiseen CO2:in paranee lisäaineiden ja pinta-aktiivisten aineiden käytöllä. Kiinteä CO2 jäädyttää ja poistaa epäpuhtauden sublimoitumisesta aiheutuvan paineaallon voimasta. Kuivajääpuhdistus soveltuu parhaiten tasaisten pintojen puhdistamiseen. Ylikriittisellä CO2:lla onnistuu nykyisellä teknologialla vain pienien kappaleiden puhdistaminen. Kuivajääpuhdistuksen toimivuutta kokeiltiin käytännössä Neste Oilin Porvoon jalostamolla hyvin tuloksin. Tasaisilta pinnoilta saatiin poistetuksi bitumia ja rasvakerros. Käyttökustannusvertailussa osoittautui ylikriittistä CO2:a käyttävä laitteisto halvemmaksi ja kuivajääpuhallus kalliimmaksi kuin konventionaaliset menetelmät. Säiliöiden paineistamiseen ja inertointiin käytetään yleisesti N2:ä. N2:llä inertoitavia kohteita voitaisiin korvata CO2:lla. CO2:n käyttöä rajoittavia seikkoja on hinta ja sen reaktiivisuus alkalimetallien kanssa. Vertailtaessa näiden kahden liukoisuuksia hiilivetyihin osoittautui CO2 monin kerroin liukoisemmaksi. Tämän ominaisuuden ansiosta CO2 voisi olla hyvä väliaine laitteiden hiilivetyvapaaksi saattamisessa. The goal of this research is to findcleaning and inerting applications for CO2 in oil refinery. CO2 could be a byproduct from Porvoo hydrogen plant. CO2 from hydrogen plants should be purified before its use for cleaning and inerting. Different states of CO2 can beused for cleaning. The cleaning efficiency of the supercritical CO2 is based onthe solubility of hydrocarbons. Cosolvents and surfactants improve dissolving properties of supercritical CO2. Solid CO2 freezes and eliminates the impurities by the power of sublimation pressure waves. Dry ice blasting is the best when cleaning flat surfaces. The cleaning equipment based on the use of supercritical CO2 are suitable for the treatment of small objects. Dry ice blasting efficiency for cleaning was tested on Neste Oil Porvoo refinery with good results. Impurities like bitumen and grease was cleaned totally from flat surfaces. Costs of CO2-cleaning equipment and conventional methods were compared at Porvoo refinery. Operation costs were cheaper for supercritical CO2-cleaning and more expensive fordry ice blasting than for conventional cleaning methods. Pressurizing of vessels and inerting of pipes is usually made by N2. N2 can be inserted by CO2 for inerting. The reactivity of CO2 with alkaline metals and its price can limit its use. CO2 is much more soluble in hydrocarbons than N2. This property could be useful by releasing the equipment from hydrocarbons.

Tämän kandidaatintyön tavoitteena on tunnistaa ratkaisuja raskaan liikenteen tuottamien kasvihuonekaasupäästöjen määrän vähentämiseen. Raskaana liikenteenä tässä työssä käsitellään maalla liikkuvista ajoneuvoista vain rekkoja sekä kuorma-autoja. Erilaiset bussit sekä linja-autot rajataan työn ulkopuolelle. Työssä tarkastellaan raskaan liikenteen suurimpia elinkaaren aikaisia päästölähteitä ja perehdytään erilaisiin keinoihin, joilla näiden lähteiden päästöjä voidaan vähentää. Vähennyskeinoina työssä tarkastellaan voimanlähteiden muutoksia, energiatehokkuuden parantamista sekä käytönaikaista optimointia. Vähennyskeinojen vaikutuksia vertaillaan case-vertailun avulla. Vertailussa tutkitaan, kuinka paljon erilaisilla ratkaisuilla voidaan vaikuttaa yhden rekkayksikön päästöihin, kun se kuljettaa rahtinsa Tallinnasta Berliiniin. Lopun johtopäätöksissä ja yhteenvedossa käydään läpi vertailun tuloksia ja pohditaan, millä keinoilla raskaan liikenteen kasvihuonekaasupäästöjä kannattaisi tulevaisuudessa lähteä vähentämään. The main objective of this bachelor’s thesis is to identify solutions in reducing greenhouse gas emissions in heavy traffic. In this thesis heavy traffic is narrowed down to large freight trucks and lorries. Different kind of buses are left out. The thesis examines the major greenhouse gas sources of a heavy traffic vehicles life cycle and explores ways to reduce emissions from these sources. Changes in power sources, improvement of energy efficiency and optimization of usage are considered as methods of emission reduction. These methods are compared with a case comparison. The comparison studies how different methods affect the emissions of a single truck unit when it transports its cargo from Tallinn to Berlin. The conclusions and summary will look at the results of the case comparison and look into the ways of reducing greenhouse gas emissions of heavy traffic in the future.

Tämän kandidaatintutkielman tavoitteena on selvittää kompensaatiomenetelmänä käytettävän biohiilen kiertotalousmallin taloudellista potentiaalia. Lisäksi pohditaan tuotteen taloudellista kehitystä. Työssä muodostetaan kirjallisuuslähteiden avulla arvoketju biohiilelle ja sitä hyödynnetään potentiaalin ja vaadittujen skaalojen tarkastelussa. Kompensaatiomarkkinoita ja biohiiltä tuotteena käsitellään kiertotalouden näkökulmasta. Tässä työssä on pyritty arvioimaan paitsi hintaa laskevia tekijöitä ja biohiilen tuotantoprosessin kokonaisvaltaista vaikutusta kansantalouteen mutta myös tuotteen potentiaalia toissijaisten talouskäsitysten pohjalta. Biohiilen ilmastovaikutukset on tieteellisesti todettu, mutta esteeksi tuotteen valtavirtaistamiselle on muodostunut korkea hinta. Varsinkin pienemmän mittakaavan biohiililiiketoiminnassa on paljon potentiaalia. Biohiilelle lisäarvoa tuottaa erityisesti sen monet positiiviset ympäristövaikutukset hiilensidontapotentiaalin ohella. Erilaiset yhteistuotannot ja käyttökohteiden yhdistäminen saattaisivat parantaa tuotteen kannattavuutta. Mikäli taloudellista potentiaalia tarkastellaan kiertotalouden tai vaihtoehtoisten talouskäsitysten pohjalta, olisi se huomattavasti suurempi kuin lineaarisen talouskäsityksen kautta tarkasteltuna. Biohiilen markkina-asemaa pystyttäisiin kehittämään esimerkiksi erilaisten tukien avulla, sääntelyä helpottamalla tai tutkimukseen ja resurssitehokkuuteen keskittymällä. The objective of this bachelor's thesis is to elucidate the economic potential of the biochar produced by using a circular economy model. The focus in this study is biochar in carbon offset markets. In addition, the economic development of the product is considered. In this study, a value chain for biochar is formed with the help of literature sources and it is utilized in the examination of potential and required scales. The carbon offset market and biochar as a product are treated from a perspective of circular economy. This thesis is aiming at assessing not only price depressing factors and the overall impact of the biochar production process on the national economy, but also the potential of the product based on secondary economic perceptions. The climate impact of biochar has been scientifically proven, but a high price has become an obstacle to product’s success in the market. There is a lot of potential, especially in the smaller-scale biochar business. Its many positive environmental effects are particularly affecting the potential of biochar in the carbon offset market, in addition to its carbon sequestration potential. Based on this study it can be said that the various co-productions and combinations of uses could improve the profitability of the product. If the economic potential is considered based on the circular economy or alternative economic concepts, it would be significantly higher than when viewed through the linear economic concept. The market position of biochar could be developed, for example, through various allowances, regulatory facilitation or a focus on research and resource efficiency.

Nesteytetty maakaasu eli LNG on suomalaiselle teollisuudelle uusi polttoainevaihtoehto, joka on varteenotettava energiaratkaisu erityisesti öljyperäisten polttoaineiden korvaamisessa. Nesteytys- ja varastointitekniikka tarjoaa kehittyvät mahdollisuudet myös uusiutuvan energian hyödyntämiseen. Teollisuusyritysten kannalta olennaisia tekijöitä energialähdettä valittaessa ovat ennen kaikkea luotettavuus ja kustannustehokkuus. LNG-laitteet ovat maailmalla testattuja, mutta Suomessa vielä melko tuntemattomia. Tässä työssä tarkastellaan teollisuudelle soveltuvia polttoainevaihtoehtoja ja vertaillaan näitä SWOT-analyysiä hyödyntäen. Uudentyyppisen polttoaineen kaupallinen käyttö yleistyy tyypillisesti vasta, kun tekniikka saavuttaa luotettavan ja kilpailukykyisen aseman. Tämän työn yksi keskeinen kysymys on, miten yritysten keskinäinen symbioosi voi laskea investoinnin kustannuksia ja tehdä uuden polttoaineratkaisun entistä kannattavammaksi jokaiselle osapuolelle. Kilpailukyvyn määrittämiseksi on tarpeellista laskea investoinnin kustannukset sekä minimikulutus, jolla investointi käyttölaitteisiin on taloudellisesti kannattavaa. Työn loppuosassa esitetäänkin kustannuslaskelma LNG:stä elintarviketeollisuusyrityksen energialähteenä ja lämpökeskuksen varapolttoaineena. Tutkimuksessa analysoidaan energiamarkkinoiden kehitystä tavoitteena määrittää kilpailukykyisin polttoaine investoinnin käyttöikä huomioiden. Tehtyjen havaintojen perusteella polttoaineen kilpailukykyyn vaikuttaa monta huomion arvoista muuttujaa. Investoinnin kannalta näistä olennaisimmaksi tekijäksi havaitaan käyttöasteen merkitys. Liquefied natural gas (LNG) is a new fuel option for Finnish industry. This new energy source is a viable option, especially for replacing fuels derived from oil. Liquefaction and storage technology can also be instrumental in developing renewable energy usage. Reliability and cost-efficiency are the critical requirements for technology used by industrial clients. LNG systems have been tested and proven around the world, however, the use of the technology is only marginally applied in Finland. This research includes a study of fuel options for industrial use and compares those sources by using SWOT-analysis. Commercial use of a new fuel type becomes more widespread once the technology has reached a level of reliability and competitiveness. One of the key questions of this research is how corporate symbiosis can increase the competitiveness of investment so that every stakeholder can gain more benefits from a new fuel solution. This technological analysis involves calculating the cost of investments and the minimum consumption required in order to make investments for a new fuel system financially competitive. A calculation of costs for LNG in the food industry and in reserve use in a heat plant is presented in the end of the report. In this research, particular attention is paid to the development of the energy market and expected price of fuels over the lifetime of the technology. There are many variables which impact the competitiveness of fuel. The study revealed that the most important factor determining the profitability of an investment is the rate of fuel utilization.

Kandidaatintyö on kirjallisuuskatsaus lentokonetekniikan kehitykseen. Työssä tarkasteltiin erityisesti suurien matkustajalentokoneiden kehitystä viime vuosina, sekä mitkä tekijät ajavat kehitystä. Kehitystä tarkasteltiin lentokoneen moottorin, sekä lentokoneen rungon näkökulmasta. Perinteinen lentokoneen moottori toimii avoimen kaasuturbiinin tavoin, mutta on sähkön tuottamisen sijasta optimoitu työntövoiman tuottamiseen. Moottorin tuottama työntövoima vie lentokonetta eteenpäin ilmanvastusta vasten. Siivet tuottavat nostovoiman, joka pitää koneen ilmassa. Pienentämällä koneen ilmanvastusta ja painoa voidaan vähentää tarvittavaa työntö- ja nostovoimaa. Työssä selvitettiin, että kehityksen taustalla on lentämisen lisääntyminen, nousevat polttoaineen hinnat ja huoli ympäristöstä. Moottorin hyötysuhdetta pyritään parantamaan suuremmilla ohitus- ja painesuhteilla. Moottorista tulevia päästöjä pyritään pienentämään suuremmilla ilma-polttoainesuhteilla, sekä palamisen optimoinnilla. Moottorista tulevaa melua voidaan vähentää ohitussuhteen kasvattamisen lisäksi absorboivilla materiaaleilla ja suuttimen ulosvirtauksen paremmalla sekoittumisella. Rungon ja moottorin painoa voidaan vähentää kevyemmillä ja kestävimmillä materiaaleilla kuten komposiiteilla. Rungosta saa aerodynaamisemman kasvattamalla siipien muotosuhdetta ja parantamalla siipien muotoilulla. Näillä muutoksilla lentokoneista voi tehdä isompia ja ne voivat lentää jopa 40 % pidemmälle tuottaen vähemmän päästöjä ja melua kuin aikaisemmat lentokoneet. Työssä tuli myös ilmi, että lisääntyvän lentämisen takia edellä mainitut parannukset eivät tule riittämään päästötavoitteiden saavuttamiseksi. Sen takia radikaalisemmat uudistukset ovat pakollisia. Esimerkiksi biopolttoaineet, uudet lentokoneen muotoilut ja sähköistyminen voivat auttaa päästö ja melu tavoitteiden saavuttamiseksi. The bachelor's thesis is a literature review on the development of aircraft technology. The thesis specifically looked at the development of large passenger aircraft in recent years, as well as which factors drive the development. The development was examined from the point of view of the aircraft engine and the aircraft frame. A traditional aircraft engine works like an open gas turbine, but instead of generating electricity, it is optimized for generating thrust. The thrust produced by the engine is the force that moves the aircraft forward against the drag. The wings produce a lift that keeps the plane in the air. By reducing the drag and weight of the airplane, the required thrust and lift can be reduced. The thesis revealed that the development is driven by an increase in flying, rising fuel prices, and concern for the environment. Engine efficiency is increased with higher bypass and pressure ratios. The emissions produced by the engine are reduced with larger air-to-fuel ratios and combustion optimization. In addition to increasing the bypass ratio, noise from the engine is prevented by absorbent materials and better mixing of the nozzle outflow. The weight of the frame and engine can be reduced with lighter and more durable materials such as composites. The fuselage can be made more aerodynamic by increasing the aspect ratio and design of the wings. With these changes, the planes can be made bigger and with a 40% bigger range, producing fewer emissions and noise than previous planes. The thesis also revealed that due to the increase in flying, the aforementioned improvements will not be enough to achieve the emission reduction goals. That is why more radical reforms are mandatory. For example, biofuels, new aircraft designs, and electrification can help to achieve emission and noise reduction goals.

This book was created as postgraduate lecture notes for Lappeenranta University of Technology's special course of steam power plants. But as with anything ever written the ideas shown have nurtured for a long time. Parts of these chapters have appeared elsewhere as individual papers or work documents. One of the most helpful episodes have been presentations and discussions during Pohto Operator training seminars. Input from those sessions can be seen in chapter firing. You who run recovery boilers, I salute you. The purpose of this text is to give the reader an overview of recovery boiler operation. Most parts of the recovery boiler operation are common to boilers burning other fuels. The furnace operation differs significantly from operation of other boiler furnaces. Oxygen rich atmosphere is needed to burn fuel efficiently. But the main function of recovery boiler is to reduce spent cooking chemicals. Reduction reactions happen best in oxygen deficient atmosphere. This dual, conflicting nature of recovery furnace makes understanding it so challenging. To understand the processes happening in the recovery furnace one must try to understand the detailed processes that might occur and their limitations. Therefore chapters on materials, corrosion and fouling have been added. pdf of the book for download all rights received by the author

Päästöjen vähentäminen on ollut viime vuosina tärkeässä osassa polttomoottoreita kehitettäessä.Monet viralliset tahot asettavat uusia tiukempia päästörajoituksia. Päästörajatovat tyypillisesti olleet tiukimmat autoteollisuuden valmistamille pienille nopeakäyntisille diesel-moottoreille, mutta viime aikoina paineita on kohdistunut myös suurempiin keskinopeisiin ja hidaskäyntisiin diesel-moottoreihin. Päästörajat ovat erilaisia riippuen moottorin tyypistä, käytetystä polttoaineesta ja paikasta missä moottoria käytetään johtuen erilaisista paikallisista laeista ja asetuksista. Eniten huomiota diesel-moottorin päästöissä täytyy kohdistaa typen oksideihin, savun muodostukseen sekä partikkeleihin. Laskennallisen virtausmekaniikan (CFD) avulla on hyvät mahdollisuudet tutkia diesel-moottorin sylinterissä tapahtuvia ilmiöitä palamisen aikana. CFD on hyödyllinen työkalu arvioitaessa moottorin suorituskykyä ja päästöjen muodostumista. CFD:llä on mahdollista testata erilaisten parametrien ja geometrioiden vaikutusta ilman kalliita moottorinkoeajoja. CFD:tä voidaan käyttää myös opetustarkoituksessa lisäämään paloprosessin tuntemusta. Tulevaisuudessa palamissimuloinnit CFD:llä tulevat epäilemättä olemaan tärkeä osa moottorin kehityksessä. Tässä diplomityössä on tehty palamissimuloinnit kahteen erilaisilla poittoaineenruiskutuslaitteistoilla varustettuun Wärtsilän keskinopeaan diesel-moottoriin. W46 moottorin ruiskutuslaitteisto on perinteinen mekaanisesti ohjattu pumppusuutin ja W46-CR moottorissa on elektronisesti ohjattu 'common rail' ruiskutuslaitteisto. Näiden moottorien ja käytössä olevien ruiskutusprofiilien lisäksi on simuloinneilla testattu erilaisia uusia ruiskutusprofiileja, jotta erityyppisten profiilien hyvät ja huonot ominaisuudet tulisivat selville. Matalalla kuormalla kiinnostuksen kohteena on nokipäästöjen muodostus ja täydellä kuormalla NOx-päästöjen muodostus ja polttoaineen kulutus. Simulointien tulokset osoittivat, että noen muodostusta matalalla kuormalla voidaan selvästi vähentää monivaiheisella ruiskutuksella, jossa yksi ruiskutusjakso jaetaan kahteen tai useampaan jaksoon. Erityisen tehokas noen vähentämisessä vaikuttaa olevan ns. jälkiruiskutus (post injection). Matalat NOx-päästöt ja hyvä polttoaineen kulutus täydellä kuormalla on mahdollista saavuttaaasteittain nostettavalla ruiskutusnopeudella. The reductionof emissions has been a very important development area of the engine manufactures during last years. Many official institutions drive the development towards lower emission limits for different engine types. Automotive high speed diesel engines have all the time had lower emission limits but now even manufacturers ofmedium and slow speed diesel engines have to meet big challenges, reducing emissions while keeping the fuel consumption as low as possible. There are differentemission limits depending on the engine type, fuel and location of the engine because of the local legislation and limits. Emissions of nitric oxides, smoke and particulate emissions are typically main areas where focus is needed in the diesel engines. Computational fluid dynamics (CFD) offers especially goodpossibilities to examine the in-cylinder phenomena during combustion in the diesel engine. CFD can be also a useful tool for engine performance and emission predictions. It is possible to test different parameters and geometries in CFD which can reduce the need for the expensive engine measurements. CFD can also be used to increase the knowledge about the combustion process. In the future combustion simulations may become an important part of the engine development. In this thesis, combustion simulations have been performed for two Wärtsilä medium speed diesel engines with different fuel injection systems. More specifically, the W46 has a conventional pump-line-nozzle system whereas the W46-CR is equipped with an electronically controlled common rail system. Additionally there were made also tests with various new, untried fuel injection profiles to examine what are the benefits and the weaknesses of each profile. The focus is on low load soot emissions and on NOx emissions and fuel consumption at full load. The simulation results indicated that the low load soot emissions can be significantly reduced by means of multiple fuel injections per cycle, especially so-called post injection. Low NOx emissions with good fuel consumption at full load can be achieved with gradually increased injection rates.