Rozprawy doktorskie na temat „MtProC”

Background, aim and scope. In this thesis a framework for integrating life cycle assessment and investment analysis is derived, aimed to (1) unite economic and environmental perspectives, and (2) strengthen system borders. The application of the model is shown in a case study of a bioenergy facility in central Norway. Prices and environmental impacts are calculated, and the results are compared to those for electricity generated from natural gas. Two examples of utilisation of the results are presented. Methods. Hybrid life cycle assessment is employed to enable the use of the price model from input-output analysis. The price model is extended to facilitate the integration of investment analysis. The resulting framework embodies all aspects from investment analysis, including tax and discounting. The result is a model performing a state of the art hybrid life cycle assessment and a net present worth analysis to obtain environmental and economic results with consistent system borders. Application. The method is applied to a case study, evaluating an electricity generating bioenergy facility in central Norway. The bioenergy facility was found to be a viable investment. Using bioenergy as an abatement measure against global warming was found to be competitive against carbon credits in the case of CO2 quota prices at the level assumed in 2030. Results and discussion. The model produced robust results comparable to those found in other studies. The framework proved to have several advantages in addition to strengthened system borders; amongst others a mutual empowerment between the two base analyses in relation to decision making, and a possibility for establishing eco-efficiency indicators.

A wind tunnel study of speed-up effects above the very crest of a sharp-edged escarpment and a hill peak in a simulated atmospheric boundary layer has been carried out. It was desired to do a part-deep simulation of an atmospheric boundary that could be found above sea or coastal area exposed to the open sea. Because of the limited work section length was it used a modified roughness, barrier and mixing-device developed by Counihan to accelerate the boundary layer growth. The mean velocity, integral length scales, power spectrum and turbulence intensity in the simulated boundary layer were compared with full scale empirical data. It showed good agreement except for the turbulence intensity which was too low. Speed-up effects for the mean horizontal velocity and the longitudinal turbulence intensity above the very crest of an escarpment and a hill peak were investigated in the simulated atmospheric boundary layer. From the results it was observed that the speed-up effect gave a decrease in the turbulence intensity and a more uniform profile with height. A considerably increase of the horizontal mean velocity in the lowest part of the flow was also observed. Scaled-up data from the wind tunnel experiment were compared with estimations from the Norwegian standard and potential flow with varying degree of agreement.

The fundamental principles of acoustics and of aeroacoustic noise generation are described, along with specific examples relevant for helicopter rotors. The acoustic analogy approach to computing the propagation of sound is presented, and details are given on the Ffowcs Williams-Hawkings (FW-H) equation. Using an incompressible, laminar Navier-Stokes solver in textsc{Fluent} the flow field around a circular cylinder and a NACA 0015 airfoil is computed. The solution of the flows are then used as the input for a simplified FW-H equation. The simulation results are validated by comparing both the flow parameters and the acoustic solution to numerical data from two different numerical studies. The validation leads to the conclusion that the method used is suitable for the both the flow and noise prediction. The pressure fluctuations are dominated by convected pressure fluctuations in the flow itself, not that radiated from the source. Due to this the FW-H method was not properly validated by the test cases, and no conclusions can be drawn as to its accuracy.

A wind tunnel study of speed-up effects above the very crest of a sharp-edged escarpment and a hill peak in a simulated atmospheric boundary layer has been carried out. It was desired to do a part-depth simulation of an atmospheric boundary that could be found above sea or coastal area exposed to the open sea. Because of the limited work section length it was used a modified roughness, barrier and mixing-device method developed by Counihan to accelerate the boundary layer growth. The mean velocity, integral length scales, power spectrum and turbulence intensity in the simulated boundary layer were compared with full scale empirical data. It showed good agreement except for the turbulence intensity which was too low. Speed-up effects for the mean horizontal velocity and the longitudinal turbulence intensity above the very crest of an escarpment and a hill peak were investigated in the simulated atmospheric boundary layer. From the results it was observed that the speed-up effect gave a decrease in the turbulence intensity and a more uniform profile with height. In addition, it was observed a considerably increase of the horizontal mean velocity in the lowest part of the atmospheric boundary layer. Scaled-up data from the wind tunnel experiment were compared with estimations from the Norwegian standard and potential flow with varying degree of agreement.

Kaldnes HYBAS (Hybrid Biofilm Activated-Sludge) avløpsvann-renseprosess består av to prosesser som er relativt godt forstått: Aktivslam (AS) og Moving-Bed Biofilm Reactor (MBBR), biofilm med bevegelige bærere. Det finnes en stor del litteratur, men spesielt for Aktivslam, som beskriver virkemåten og dimensjoneringsprosedyrer for de to systemene. For HYBAS er det viktig å få kunnskap om hvordan biofilm interakterer med aktivslammet og å danne en metode for dimensjonering av en fullstendig HYBAS prosess. Professor Hallvard Ødegaard ved NTNU har foreslått en modell for HYBAS, formulert som en 15-stegs utregnings-prosedyre, delvis basert på erfaringsdata, men med vekt på å være logisk og intuitiv. Denne modellen er analysert for overenstemmelse med litteraturen. Små modifikasjoner som forbedrer nøyaktigheten og generaliserer modellen er foreslått. Modellen er implementert i et Excel regneark for å muliggjøre eksperimentering og videre utvikling av modellen. En analyse av enkelte komponenter av modellen mot data fra et pilot-anlegg er forsøkt, men med betydelige problemer. Noen gode overenstemmelser med modellen blir vist, men også sterke uoverenstemmelser med modellen blir identifisert, med forbehold.

Snøhvit Tog I på Melkøya er verdens første LNG-anlegg hvor kjølekompressorene drives elektrisk, med kraft produsert fra et kraftvarmeverk. Det vurderes nå utbygging av et Snøhvit Tog II hvor kjølekompressorene skal drives med elektrisitet fra nettet. I den forbindelse ble det høsten 2007 skrevet en prosjektoppgave for å kartlegge de største varmeforbrukerne, samt finne alternative prosesser med lavere varme- og totalt energiforbruk. CO2-fjerningen viste seg å være den desidert største varmeforbrukeren i anlegget, og ulike alternativer til denne ble vurdert. Kryogene prosesser ble vurdert som det mest aktuelle alternativet til dagens CO2-fjerning med aminer. Denne oppgaven tar for seg ulike kryogene prosesser gjennom et litteraturstudie for å velge den best egnede kryogene CO2-fjerningsprosessen til Snøhvit LNG-anlegg. Ryan-Holmes ble vurdert som den best egnede, både på grunn av teknologisk modenhet og dens separasjons-egenskaper. Ryan-Holmes prosessen ble simulert i HYSYS, hvor de ulike varme- og kjølebehovene og massebalansen ble funnet. Integrasjon i flytendegjøringsprosessen ble diskutert. Konklusjonen ble at varmebehovet vil reduseres noe, samtidig som muligheten for varmeintegrasjon øker betydelig i forhold til Tog I. Ved total varmeintegrasjon vil varmebehovet i Tog II bli 70 MW, mot ca. 123 MW ved full varmeintegrasjon i Tog I. Kraftforbruket vil øke med omtrent 54 MW i forhold til Tog I. Til slutt ble en CO2 balanse satt opp ved ulike energiløsninger. Ved elektrisk drift av kjølekompressorene vil alle de vurderte løsningene redusere CO2-utslippet med 50% eller mer i forhold til dagens Tog I. Varmeintegrasjon gir lavere utslipp. Gasskjel vil gi større reduksjon enn kraftvarmeverk. Biobrensel og elektrisitet til oppvarming kan antas utslippsfri.

Olje- og gassindustrien trenger forbedret kompressorteknologi for å øke produksjonen av gass. Naturgassen på gassfelt inneholder væske og dagens kompressorteknologi er ikke utviklet for å tåle slike væskemengder. Tilstedeværelse av væske gjør strømningen gjennom en kompressor mer kompleks og flere sammensatte strømnings effekter vil påvirke ytelsen. Denne oppgaven undersøker hvordan små mengder væske påvirker lydhastigheten og posisjonen og styrken til støt. Oppgaven undersøker tofasestrømning i en konvergerende - divergerende dyse. Den divergerende delen er produsert i pleksiglass for å kunne visualisere støt. Testriggen er instrumentert med trykk og temperatursensorer, massestrømsmåler for luft og uttak for å måle trykk og temperatur langs dysen. Arbeidsmediet er trykkluft og damp. Oppgaven presenterer også grunnleggende teori og et søk av relevant litteratur er gjort spesielt innenfor påvirkning av væske på lydhastighet og støt. Det er utført forsøk ved ulike dampmengder hvor trykkprofilet langs dysen er logget. Dampmengde er klassifisert etter antatt mengde. Støt er visualisert ved hjelp av shadowgraphy. I forsøkene er det observert at støtposisjonen i luftforsøk avviker fra beregninger. Det er gjort undersøkelser på hva som endrer posisjonen hvor det antas at støtet ikke inntreffer som normalt på grunn av ujevnheter i dysen eller påvirkning av rustpartikler fra trykkluftssystemet. Det er antatt at det er delvis dispergerte støt som inntreffer i dysen i dampforsøk. Det er vist at støt beveges nedstrøm i dysen ved økt dampmengde, noe som er forventet fra beregninger ved redusert adiabateksponent. Det er også en tendens til at støtene går mot en mer normal struktur ved økt dampmengde, men dette kommer nok av ujevnheter i dysen. Analyse av lydhastigheten er gjort ved å analysere redusert massestrøm av luft gjennom dysen. Ved økt dampmengde reduseres massestrømmen av luft i forsøkene. Noe av reduksjonen vil naturlig komme av tilført mengde damp, men tilført dampmengde er svært liten. Reduksjonen i massestrøm er ikke entydig pågrunn av økt stagnasjonstemperatur i dampforsøk som vil gi en høyere lokal lydhastighet. Analyse av lydhastigheten viser derfor ikke en bestemt reduksjon for dampforsøk, men en degradering er observert som forventet. Det er også undersøkt ulike strømningsegenskaper som opptrer i forsøkene. Ekspansjonen frem til støt utløses stemmer bra med isentropiske beregninger. For dampforsøk er adiabateksponenten redusert i beregninger og det er funnet samsvar mellom beregninger og forsøk. Det er observert væskefilm på dyseveggen i ekspansjonsområdet og fordampningsprosessen etter støtet er og observert.

Hensikten med denne oppgaven var å kartlegge spillvarmestrømmene på et aluminiumsverk, samt diskutere deres utnyttelsespotensialer. Det ble ansett som mest hensiktsmessig å ta utgangspunkt i Hydro Aluminium Sunndal. Hydro var villige til å samarbeide om dette med kriterie om at oppgaven må kunne være matnyttig for et NTNU-Hydro-prosjekt som omhandler utvikling av en rågassvarmeveksler. Å undersøke partikkelkonsentrasjon og partikkelstørrelsesfordeling i rågassen fra elektrolysen på Hydro Sunndal ble dermed en viktig del av oppgaven. Spillvarmestrømmene på Hydro Sunndal ble kvantifisert til 3,4 TWh per år. Av denne energien forsvinner 304 GWh/år med rågassen fra SU3 ved en gasstemperatur på omtrent 90C, og 673 GWh/år med rågassen fra SU4 ved en gasstemperatur på omtrent 110C. 977 GWh/år med spillvarme har derfor et middels stort utnyttelsespotensial. Energien er meget godt egnet for distribusjon med fjernvarme, men markedet for dette i nærliggende områder er meget lite. Elektrisitetsproduksjon kan bli aktuelt i fremtiden. Spillvarmestrømmene er hovedsakelig kartlagt med dataer fra ulike kilder på Hydro Sunndal, blant annet fra HERE-databasen og målinger gjort av laboratorieteamet på verket, samt et måleprogram for varmetapet gjennom en elektrolysecelles overflater, utført fra 28. til 30. april 2008 på Hydro Sunndal, med tilhørende beregningsmodell. Et måleprogram for rågassen fra elektrolyseceller ble utført på Hydro Sunndal i perioden 10. - 14. mars 2008. Støvkonsentrasjonen i rågassen fra 56 elektrolyseceller i SU3 ble målt til å være 363 mg/Nm3 med et standardavvik på 12 %. Dette avviker sterkt fra resultater fra målinger gjort av Hydro Sunndals laboratorieteam i perioden februar 2007 til januar 2008, hvor støvkonsentrasjonen er målt til 848 mg/Nm3 med et standardavvik på 15 %. Avviket antas i hovedsak å skyldes naturlige variasjoner i støvkonsentrasjonen i rågassen. Resultatene for partikkelstørrelsesfordelingen forelå ikke da oppgaven gikk i trykken. Anbefalt videre arbeid er analyse av partikkelstørrelsesfordeling i rågassen så snart de nødvendige data foreligger, et omfattende måleprogram for å kartlegge energibalansen til en elektrolysecelle, samt et måleprogram for å kartlegge partikkelkonsentrasjon og -størrelsesfordeling for rågassen fra Hydro SU4.

Formålet med denne masteroppgaven har vært oppfølging av driften av behovsstyrt ventilasjon, lys og varme på Kaffehuset Friele i Bergen over en begrenset periode, og dokumentere den oppnådde energiytelsen i praksis. I utarbeidelsen av prosedyre for kontinuerlig funksjonskontroll er det innhentet byggteknisk data, driftsinformasjon samt utførelse av egne feltmålinger. Prosedyren ser ut til å fungere bra i praksis, da det er gjort en del ”funn” på bygget ved bruk av prosedyren: Det kommer frem at arbeidsområdet til noen av spjeldene er for lav i forhold til minluftmengde. Avgitt effekt fra lysarmatur er vesentlig høyere enn anbefalt. Skal-verdien til CO2 føleren er satt til 1250 ppm i kontorene er for høy. Det er registrert store avvik på trykkføler i aggregatet da det viser seg å være store avvik mellom målte og prosjekterte verdier, henholdsvis 160 Pa og 120 Pa på tilluft og 332 Pa og 160 Pa på avtrekk. Målte parametre for inneklima er generelt innenfor anbefalte grenseverdier, men de største avvikene finnes i målinger av belysningstyrken og temperatur. Temperaturen i kontor 507 er målt opp mot 30°C, analysene tyder på at det er installert effekt til belysning som er årsaken. Det er registrert støy fra spjeldmotorene, noe som er uakseptabelt og leverandør anbefaler utskiftning av de spjeldmotorene det gjelder. Målt energibehov for etasjen på 189kWh/m2 er høyere enn reelt forventet og reelt beregnet som er henholdsvis 130kWh/m2 og 151kWh/m2. Imidlertid er verdier fra Enøk Normtall 196kWh/m2. Energibehov til installert belysning på bygget er gjennomsnittlig 28kWh/m2, en verdi som er vesentlig høye enn krav i teknisk veiledning på 8kWh/m2 og prosjektert energibehov på 12kWh/m2.

CFD-vertøy er i dagens industri et mye brukt redskap for analyse av komplekse strømningsdynamiske problemstillinger. Dette gjelder også hos Rolls-Royce Marine Deckmachinery i Brattvåg. Her blir CFD brukt på hydrauliske komponenter som ventiler og motorer. Målet med denne oppgaven er å studere muligheten for å modellere og analysere motorene til nettopp Rolls-Royce med CFD. Motoren som blir brukt i denne oppgaven er av typen MX6300, som er en hydraulisk vingemotor. Dette arbeidet bestod i å bearbeide en CAD-modell av motoren slik at den ble hensiktsmessig for CFD-analyse i programmet Fluent 6.3.26. Denne bearbeidingen gikk i å forenkle modellen på en slik måte at de viktigste strømningsegenskapene til motoren ikke gikk tapt. En ny metode for spaltesimulering ble testet ut. Denne gikk ut på å erstatte tynne spalter med en porøs sone, som har en definert strømningsmotstand som gir samme trykktap som over den tynne spalten. Dette vil gi en forenklet geometri, og dermed redusere antall celler i meshet. For å kunne verifisere resultatene fra CFD-analysen, har det blitt utført eksperimentelle virkningsgradsmålinger på den virkelige motoren. Målingene ble utført ved en teststand hos Rolls-Royce i Brattvåg. Resultatene fra CFD-analysen var lovende. En fikk gode indikasjoner på at implementering av en porøs sone i stedet for spalter i en avansert modell, fungerer på en god måte. Det totale strømningsbildet viste imidlertid avvik fra et realistisk bilde. Det er forventet at en stor forbedring vil skje dersom et finere mesh benyttes. Dette vil også kreve mer dataressurser.

Denne rapporten beskriver utviklingen av et beregningsprogram for den termisk-hydrauliske oppførselen til et varmerør. Programmet har spesielt blitt utviklet for å kunne håndtere alkalimetaller som arbeidsmedium. Konseptet for varmerør er blitt gjennomgått. Komponenter sin virkemåte,prosesser og begrensninger som påvirker varmetransporten er blitt belyst. Av begrensninger er kapillærbegrensning, viskøs begrensning, sonisk begrensning og kokebegrensning identifisert som de mest aktuelle. Tre ulike modeller for damptransport i varmerøret er blitt presentert. Videre er et litteraturstudium med fokus på termisk-hydrauliske forhold i veker blitt gjennomført. Behovet for å kunne beregne transiente forhold er blitt vurdert. Aktuelle forhold med hensyn på alkalimetaller er blitt tatt i betraktning. To typer veker, veker av metallnetting og veker av sintret metallpulver er blitt vurdert og presentert. Med basis i dette er det blitt utviklet et beregningsprogram i Java for beregning av ytelse og begrensninger for et varmerør ved ulike stasjonære driftssituasjoner. Datalisting for beregningsdelen av programmet er lagt ved og algoritmer er blitt presentert og gjennomgått. Programmet benytter seg av en dampmodell som ikke tar hensyn til kompressibilitet. Implementering av dampmodell for kompressibel strømning anbefales i eventuelt videre arbeid. Ved hjelp av programmet er det blitt utført to beregninger. Den første beregningen forsøker ved hjelp av programmet å reprodusere resultater for tre ulike stasjonære driftssituasjoner presentert av Faghri . I den andre beregningen er den minste mulige radius i varmerør blitt beregnet ved ulike temperaturer og varmeflukser. Resultatene fra programmet stemmer godt overens med teori og beregninger presentert av Faghri. Hoveddelen av programlistingen og egenskaper for arbeidsmedium brukt i beregninger er lagt ved. Til slutt i rapporten er et forslag til videre arbeid.

Denne masteoppgaven er i all hovedsak rettet mot å ekstrahere eksperimentelle data på olje-vann flushing, begge i væskefase. Det vil også gjøres en evaluering på hvor godt flerfasesimulatoren OLGA 6.0 klarer å reprodusere resultater fra eksperimentene. Utgangspunktet for oppgaven kommer av en forespørsel fra Chevron. De trenger forsøksdata for å kunne diskutere hvorvidt etylen-glykol eller etanol kan anvendes til å flushe vann ut av jumper rør offshore. I tillegg er ideen å produsere en stor nok mengde data til å kunne brukes som referanse senere ved Institutt for Energi-og Prosessteknikk, til å programmere egne flerfasesimulatorer. For å få en komplett og enkeltstående oppgave, er teorien rundt to fluid modellen samt beskrivelsen av lab oppsettet hentet direkte fra forløperen til denne masteroppgaven [10]. OLGA 6.0 utgaven bruker to fluid modellen i sin beregningsalgoritme og lab oppsettet er beskrevet nøyaktig nok til at eksperimentene skal kunne reproduseres. Analysen er bygget opp rundt plottene av vann holdup vs. tid plottene for forsøk og simuleringer, som er vedlagt i Appendiks A til C. Gjennom disse diskuteres flushetider, oljefronter og OLGA 6.0 prediksjoner for superficielle oljehastigheter fra 0.02m/s til 0.8m/s. Testene er kjørt for test loop innstillinger på en halv grad stigning og helning samt horisontalt. Resten av Appendiksene inneholder visuelle data på oljefrontens formutvikling mens den passerer gjennom test seksjonen, og trendplott på hvordan den forandrer hastighet fra innløp til utløp. For å fullstendig tømme testseksjonen og det fleksible utløpet må det brukes superficielle oljehastigheter på minst 0.3m/s. Innenfor intervallet Chevron har spesifisert, er de raskesete flushetidene 30s, 48s og 51s for hhv. for en halv grad helning, horisontal og en halv grad stigning. OLGA 6.0 simulatoren er også funnet til å egne seg bra til å beregne olje-vann flushing så lenge ikke vannholdup ligger igjen i testseksjonen. For oljehastigheter under 0.14m/s klarer ikke oljen å spyle ut alt vannet og forskjeller mellom registrert og predikert holdup ligger generelt mellom 20-40% i dette området.

I denne oppgåva er det sett nærare på lekkasjar i stempelpumper. I starten presenterast den nødvendige teorien for CFD, pumper og spalter. Ein definerer ”deformasjons-lekkasje/trykk-lekkasje” som eit forhold. Berekningar blir gjort på bakgrunn av teorien slik at ein konkret kan talfesta dette forholdet. Etter dette blir simuleringane som er utført presangtert og diskutert. Den første simuleringa er for ein enkel sylinder utan veggar. Det er med andre ord berre veskevolumet som er med. Denne modellen er brukt til å lære teknikken for ”deforming mesh”. Dette er ein teknikk som er nødvendig for å kunne ha forandring av veskevolumet sin geometri i løpet av simuleringa. Den neste simuleringa er eigentlig ein vidareføring av den første. Hovudskilnaden er at her er det tatt med ein vegg som representerer spalta mellom stempelet og sylinderveggen. Spalta i modellen er mykje større ein kva den er i røynda. I modellen ser den meir ut som ein sylinder enn ei spalte. Innerveggen av spalta er ein open vegg frå sylinderen sitt veskevolum og inn i spalta, medan ytterveggen er ein tett vegg. Dette gjer at veska har høve til å lekke gjennom spalta og ut på endane. Det er lagt inn porøsitet i spalta som skapar strøymingsmotstand som om det var ei lita spalte. Denne modellen blei kjørt fleire gongar for å få den rette verdien på strøymingsmotstanden. Då verdien for porøsitet var på plass, blei det laga ein modell med sju sylindrar. Toppen av sylindrane ligg inn mot ei spalte. Denne spalta er mellom sylinderblokka og ventilplata. Sidan det er sju stempel i denne modellen og ikkje eit som i dei føregåande, er det brukt UDFer (User-Defined Function) for å styre stempela sin aksialrørsle som er faseforskyvd i forhold til kvarandre. Også denne modellen blir kjørt fleire gongar og det blir utvikla spissar på avslutningane av opningane i ventilplata. Resultata for kjøringar med og utan spiss blir samanlikna og diskutert. I denne modellen er det ikkje med noko inn- og utløpsprofil, så endå ein modell er utvikla der det er med ein geometri også for inn- og utløp. Denne modellen får dermed ein 3d form på avslutninga av opningane i ventilplata. I tillegg er den modellen forsøkt gjort meir korrekt i overgang mellom sylindrane og ventilplate. Sjølv i desse enkle modellane med forenkla spalter finn ein at celletalet i spaltene utgjer ein signifikant del av cellene i modellen.

Hydroenergi er en norsk produsent av vannturbiner med godt etablert kunnskap innen Kaplan og Francis turbiner. Selskapet har designet flere Pelton skovler med det mål å redusere kavitasjon. Selskapet ønsket å finne et fullstendig Hill-diagram for en av skovlene på en 5 jets Pelton turbin. Andre design skulle bli testet i beste punktet og sammenlignet med nevnte design. I tillegg ønsket de å undersøke optimal design av ringledningen for turbinen. Tester ble utført ved Vannkraftlaboratoriet ved NTNU. Grunnet flere havari i løpet av testperioden ble antall forsøk redusert til kun å finne Hill-diagram som et av designene. Det designet som skulle testes fullt ut ble ødelagt i et av havariene etter at tester med 1 dyse åpen var fullført. De ble erstattet med skovler med samme geometri men med en 2◦ høyere pitch vinkel. Effekten av den økte pitch vinkelen kunne ikke tallfestes. Sammenligning av tester gjort med 1 og 2 dyser indikerer derimot en mulig innvirkning på plasseringen av beste punkter med hensyn til rotasjonshastighet. Et sett av kriterier for optimal design av ringledningen ble funnet og den opprinnelige ringledningen ble redesignet for å møte disse. De redesignede ringledningene gjennomgikk simuleringer i Computational Fluid Dynamics (CFD) basert på tidligere simulering av den opprinnelige ringledningen som er verifisert med eksperimenter. Simuleringene viste en forbedring av falltap ringledningen. I utløpet til dysene ble det observert ugunstig strømning, men dette er antatt å være grunnet feil i modellen. Den hydrauliske virkningsgraden til de testede skovlene ble funnet å være lavere enn på de beste Peltonturbinene på markedet.

Målene med oppgaven var meget sprikende, men alt ledet frem til en endelig design for en kontraroterende aksialturbin som i samarbeid med Lycro A/S skulle bunne ut i en mekanisk design. For å kartlegge de endelige designkriteriene for turbinen skulle det gjennomføres målinger i Førde, hvor falltap og vannføring skulle måles. Disse resultatene skulle brukes for å ferdiggjøre det hydrauliske designverktøyet som var påbegynt under prosjektoppgaven. Videre skulle en akselpakning montert i en tetningsrigg tenkt brukt i turbinen testes, hvor kjølebehovet var av interesse, samt at det skulle foreslås en løsning for kjøling gjennom akselen. I tillegg til dette skulle det ses på en løsning for drenasje av eventuelt lekkasjevann gjennom akselen. Det ble etter hvert klart at deler av oppgaven ville falle bort. Ved en tidligere testkjøring av tetningsriggen gikk denne varm og ble ødelagt, og det var ikke ønske om å gå videre med denne. Samtidig ble feltmålingene utsatt og til slutt droppet på grunn av utsettelser i arbeidet som måtte gjøres i Førde før målingene kunne finne sted. Dette betød at en rekke antakelser måtte gjøres i forhold til designkriteriene for turbinen. Falltapet ble estimert, og for rørgaten som allerede eksisterer i Førde ble det konkludert med at rørdiameteren er alt for liten slik at alt trykket gikk bort i tap, og det ble etter hvert bestemt at et nytt rør må legges. En hydrologisk oversikt ble gjennomført under prosjektoppgaven høsten 2009 for å finne estimert vannføring. Designverktøyet baserer seg på et regneark av Torbjørn Nielsen linket opp mot AutoDesk Inventor. Det ble under prosjektoppgaven lagt vekk på ledeskovldesign, mens det nå er mulig å få et visuelt inntrykk av hele turbinen ut fra designparametere. Mengden kjølevann og behovet for drenering av lekkasjevann ble funnet å være veldig lite, men over tid kan dette bli et stort problem og slite unødig på turbinen. Ved å lage et hull gjennom akselen kan begge problemene løses uten alt for store inngrep i turbindesignet.

En teststasjon for aksialvifter har blitt etablert på strømningsteknisk laboratorium ved Institutt for Energi og Prosessteknikk på NTNU. Teststasjonen er satt opp med utstyr og programvare for testing av skyvkraft, tilført effekt, hastighetsmålinger, turtall og støy. Gjennom disse parametrene kan blant annet viftens virkningsgrad beregnes. En innløpskon har blitt konstruert for å bedre viftehusets innløpsbetingelser og testing av innløpskonen er gjennomført. Instituttet disponerer to propeller med ulik design som har blitt nøye testet. Det er samtidig utviklet egne propelldesign med utgangspunkt i vingeteori og prinsipper for godt propelldesign. Det egne designet brukes som et sammenlikningsgrunnlag for de to propellene som allerede eksister ved instituttet. Det er også foreslått endringer for å bedre virkningsgraden til de to eksisterende propellene.

En teststasjon for aksialvifter har blitt etablert på strømningsteknisk laboratorium ved Institutt for Energi og Prosessteknikk på NTNU. Teststasjonen er satt opp med utstyr og programvare for testing av skyvkraft, tilført effekt, hastighetsmålinger, turtall og støy. Gjennom disse parametrene kan blant annet viftens virkningsgrad beregnes. En innløpskon har blitt konstruert for å bedre viftehusets innløpsbetingelser og testing av innløpskonen er gjennomført. Instituttet disponerer to propeller med ulik design som har blitt nøye testet. Det er samtidig utviklet egne propelldesign med utgangspunkt i vingeteori og prinsipper for godt propelldesign. Det egne designet brukes som et sammenlikningsgrunnlag for de to propellene som allerede eksister ved instituttet. Det er også foreslått endringer for å bedre virkningsgraden til de to eksisterende propellene.

The authors of this paper were responsible for aerodynamic development of, as well as assisting in the production of components for, the NTNU vehicle for the Shell Eco-marathon competition, DNV Fuel Fighter. A drag reducing end extension, with the intent of delaying flow separation, was designed, produced and mounted on the vehicle. Due to wind tunnel breakdown the final product could not be tested, but the prototype was measured to give a drag reduction of between 8% and 15% for 0 to 15 degrees yaw angle. During the competition the team did not complete an approved run due to technical difficulties with the propulsion and the electronic control system.

The authors of this paper were responsible for aerodynamic development of, as well as assisting in the production of components for, the NTNU vehicle for the Shell Eco-marathon competition, DNV Fuel Fighter. A drag reducing end extension, with the intent of delaying flow separation, was designed, produced and mounted on the vehicle. Due to wind tunnel breakdown the final product could not be tested, but the prototype was measured to give a drag reduction of between 8% and 15% for 0 to 15 degrees yaw angle. During the competition the team did not complete an approved run due to technical difficulties with the propulsion and the electronic control system.

In order to map the effects of blockage and aspect ratio, pressure distributions were measured around four different floor-mounted semi-circular cylinders in nominally two-dimensional flow. Diameters ranged from 0.05m to 0.30m for 0.3·10^5<3.5·10^5. No significant blockage effects were found for B=0.05. It was shown that by using the bulk flow velocity as the reference velocity, blockage and aspect ratio effects could be partially counteracted. The use of the bulk flow velocity was identified to be especially efficient in correcting the base pressure coefficient, but led to a larger variation of the minimum pressure coefficient with Re, for a given blockage ratio. Results also indicate that blockage is the governing factor of the base pressure coefficient for L/D>10, while the aspect ratio has the largest influence below this threshold. Separation bubbles occur in a manner similar to that of circular cylinders. The results do, however, indicate that the progression from laminar separation to purely turbulent separation may be accelerated by increased blockage. Further, the speed up over the cylinder was found to be approximately constant for a given blockage, and proportional to the square root of the blockage.

Two rigs have been developed and built to measure thermal conductivity and permeability for porous materials. The intention of the rigs is to investigate the properties of some hydrogen adsorption materials. The materials are only available in small volumes which have been taken into consideration under the development. Fourier’s law of heat conduction has been used as a basis for the development of the thermal conductivity rig. A cylindrical geometry with centered heater was chosen to ensure that all heat must be transported through the specimen. The temperature and heat distribution have been evaluated numerically to find the required insulation on top and bottom. Based on the chosen insulation, the rig is able to measure the conductivity for specimens with minimum conductivity of 0.1 W/mK. To make the rig capable of measurements at different temperatures, a side wall cooling system has been developed where fluid is transported on the outer side of the rig. Depending on the coolant fluid, the rig is capable of measurements within a wide temperature range. Liquid nitrogen and tap water have been used in the measurements where the lowest measurement was performed at -137degC. The uncertainties have been determined where the positioning of the thermocouples have been shown to be most affecting due to the small dimensions of the rig. The results have an uncertainty of +-10%. The permeability rig have been developed using the principles of Darcy’s law. To estimate the magnitude of the flow rate and pressure loss for a given material, a set of empirical equations has been used. Based on the estimations it turned out that great variations in pressure loss can be expected depending on the pore size diameter of the material. They also stated the validation of Darcy’s law which is for slow viscous flow only. The uncertainties in the equipment have been estimated and indicated that results can be obtained with an uncertainty less than 10%. The measurements pointed out that the geometry of the rig should be modified as the pressure loss turned out to be too small. Due to delays, the adsorption materials were not available when the rigs were ready for measurements; therefore, other materials were chosen to test the rigs. The permeability results has been compared to the estimation based on the pore size diameter of the materials. For the conductivity rig, the results were harder to verify since the properties such as porosity and conductivity of the solid phase not were known.

Numeriske simuleringer blir utført for å undersøke hvordan swirlstrømning kan bidra til trykktapsreduksjon over rørbend. Fire individuelle sammenligninger gjøres først mot publiserte eksperimentelle data av Eggels, Wu & Moin, og Anwer & So, hvor strømningene har fellestrekk med denne oppgaven. Dette av den grunn at det ikke eksisterer talldata for swirlstrømning i dobbeltbend, samt til den hensikt å skaffe til veie erfaring rundt oppsett av numeriske skjema og turbulensmodeller for denne typen strømning. Det gjennomføres simuleringer for swirltall 0.5 og 1, og for ordinær rett rørstrømning, for bendradier 0.75D, 1D, 1.5D, 2D og 3D, for henholdsvis Re = 63300 og Re = 316000. Det utformes også en intern statisk swirlgenerator med 6 blader og 102 graders vridning. Resultatene viser at det er en korrelasjon mellom swirl og reduksjon av trykktap, ved at innsnevringer og områder med tilbakestrømning, som oppstår i en ordinær rett rørstrømning, reduseres betydelig. Total trykktapsreduksjon sammenlignet med rett rørstrømning, oppnås best i rørsystemer med flere påfølgende bend. Det vises også at bevaring av tangentiell hastighet gjennom dobbeltbend i to plan er avhengig av swirlretning og rørgeometriens retning i forhold til denne.

Abstract Motivation There is, at the present time, no submerged molasses pump on the market that is designed specifically for cargo tankers. Due to this I, find it interesting to look into the possibilities of installing a molasses pump in cargo tankers to transport molasses instead of transporting molasses in containers as it is done today. It is challenging to come up with a new product, and the motivation of actual be able to release a pump for the international marked is indescribable. Problem The goal is to make a prototype of a submerged pump specifically made for pumping molasses that can fulfill the customer requirements for flow and pressure. Obtaining reliable test result and demonstration of the pump is desirable before the new product is set into production. Approach Molasses is a very special and complex cargo, due to the complexity, 8cdot10^{3}kg of molasses was ordered from Australia. Then it was possible to do several tests on the actual molasses which the current market is for. Different pump designs have to be evaluated and then some design can be put into prototyping. The prototypes needs to go through several test so as much knowledge as possible can be gained before the pump is released on the market. Conclusion There is definitely a large market for transporting molasses by cargo tankers. There are already several orders for a molasses pumping system. Molasses seems to be a more complicated cargo pump then first assumed because of its big variations in viscosity due to temperature and different batches. There are many unknown factors involved in pumping molasses and as further it was dogged in to the problems new ones occurred. But the problems have been solved, some has been hard to solve. After three prototypes the customers requirements were finally achieved, and then all the hard work has finally given result. Even if the pump design is ready for the first order, many new question have arrived and this is the motivation to continue with the process that has already started. Especially interesting is the new technology that will be available next year regarding CFX a motivation factor to keep trying to rise the efficiency.

Increased knowledge of the degassing process in separation of gas from oil is important in connection with development of subsea separation and boosting units for heavy oil fields. The focus in the thesis is on theory and equipment design for two-phase separation of oil and gas. A review of gravitational separators and compact separation technology with a focus on subsea installations is given first. An extensive literature review related to theory governing the degassing process is further presented. The effectiveness of the degassing process depends on the gas’ ability to migrate out of the oil. Bubble dynamics theory, especially correlations for calculation of a bubbles velocity in a liquid is therefore examined. Bubble size, fluid properties, especially liquid viscosity, and gas volume fraction in the liquid is decisive factors for the bubble velocity. A comparison of several correlations obtained in various literature is made to determine the best available for modeling degassing. Most of the correlations have a limited range of validity in terms of bubble size and Reynolds number. It is verified that they are highly inaccurate outside this range. A correlation developed to be valid for a large range of bubble sizes seems to predict bubble velocities reasonably well. Because of its large range of validity, this is chosen to be used in the development of a separator model. Some experimental work is performed on two liquids with different viscosity. It is verified that separation of gas in viscous liquids requires significantly more retention time for the smallest bubbles reach the liquid surface. Occasional deviations from the examined theory are observed, especially for the more viscous liquid. Based the chosen correlation for bubble velocity a simplified model for horizontal and vertical gravity separators is developed. Separator size, fluid properties, flow rate and distribution of bubbles are input parameters. The model calculates how much of the initial gas volume fraction that remains in the liquid after separation. Consequence of high liquid viscosity and distribution of bubble size and bubble distribution in the liquid are evaluated by use of the model. When the oil becomes very viscous is it important that separator and internals are designed to optimize the conditions for degassing. This implies among others an inlet device which provides an ability to control the bubble distribution and keep the size of bubbles as large as possible. Methods are suggested for increased effectiveness in degassing of heavy oils, by reducing viscosity, increase the coalescence rate and affecting the flow pattern. Separation of other phases and undesirable components is also important and may make it difficult to optimize the design for the degassing process. However, a separator should be efficient in all respects, making knowledge of the degassing process anyhow important. The thesis gives an overview of important parameters in the degassing process. Much work still remains to develop correlations and models which can give a more exact description of real systems. Continuous development in separator components and not at least compact separation technology is important to effectively be able to produce heavy oil, especially in terms of subsea installations.

Kirne Power Plant is a planned expansion of Khimti I Hydro Power Plant in Nepal. During the monsoon period there is a lot of excess water, and the the plan is to utilize this water in an extra power plant during the monsoon. The same tunnel as for Khimti I is to be used for the whole volume flow. A new external pressure shaft is planned for the water down to the new power house of Kirne. The hydrology is studied in this thesis, and a flow of 11 m3/s can be utilized in Kirne through 80% of the monsoon, through the rest of the period, the flow is lower, on the average. The flow limit is found based on the head loss and surges in the water way. The sediment basin will have to be doubled in size to handle the doubling of the volume flow. The placing of the basin can be on the opposite riverbank of the existing settling basin. Another possibility is to build the planned power plant Khimti II upstream Khimti I, and handle the sediments there. Excavation of a volume of 170 m3 is necessary at the top of the surge shaft, to give room for the upsurges. The down-surges are reduced by prolonging the opening time of the turbines and valves. The new pressure shaft will be a 1800 meter long external shaft of steel, with an optimal pipe diameter of 2,16 meter. The shaft will be external due to difficult conditions in the rock, and experiences of the building of Khimti I. It will be shown that the best solution for Kirne is to install one Pelton turbine wiht five nozzles, or two Pelton turbines with three nozzles each, in the power plant. Two Pelton turbines will give a better production than one, but at the same time the costs of the power house, and the turbines will increase. The size of the turbine will be 64 MW for one turbine, and 32 MW each, if two smaller turbines are chosen. The production will be about 240 GWh depending of the flow through the year, which can be up to 30% less than the average. The income of Kirne will be about 13-14 MUSD, depending on the final choices. In order to finish this thesis, a lot of assumptions are made. The power evacuation and agreements with locals and national governments are not investigated. This is done to narrow the scope of the thesis, but at these points, the largest risks of the project are placed.

Spyling (Flushing) av gass med en væske kolonne er viktig i forbindelse med trykk testing av rørledninger. For å vurdere multifase simulatoren OLGA 6.0 sin evne til å predikere spyling av en rørledning har simuleringer i OLGA blitt sammenlignet med små skala forsøk. En test rigg har blitt satt opp med konfigurasjonen av en bølgeformet rørledning. Den viktigste variabelen var høyden på vannet i reservoaret. Forsøkene ble filmet med et video kamera. Slutt tilstanded ble logget ved å måle den vertikale høyden av væske kolonnene i de ulike rør seksjonene. Dette ble sammenlignet med slutt tilstanden i OLGA simuleringene. Et Matlab skripe ble utviklet for å gjøre bilde analyse av filmen. Bilde analysen ble brukt til å sammenligne det transiente forløpet av eksperimentene med simuleringene i OLGA. Slutt tilstanden i forsøkene hvor røret ikke ble spylt var i god overensstemmelse med simuleringene i OLGA. Det transiente forløpet var mye raskere i OLGA. Forholdet mellom tiden det tok væsken å nå utløpet i eksperimentet hvor røret ble spylt og simuleringen i OLGA var 2.5. Dette forholdet avtok med innløpstrykket. Grunnen til denne uoverensstemmelsen er vurdert å komme av at det ikke er noen modell for overflatespenning mellom fluid og vegg i OLGA. For å finne minste løftehøyde for at OLGA skulle predikere spyling av røret, ble en parameterstudie av innløpstrykket utført. Faktoren mellom løftehøyden som var nødvendig for å spyle røret i eksperimentene og OLGA simuleringen var 0.84. Dette var overraskende siden OLGA predikerte et mye raskere transient forløp med større hastighet og bevegelsesmengde. Grunnen til over prediksjonen av den nødvendige løftehøyden antaes å komme av at OLGA til en liten grad tar høyde for strømnings historikk. Effekten av dette er at væskeplugger forsvinner i overgangen mellom et oppover rør og et nedover rør.