Academic literature on the topic 'Prosess- og strømningsteknikk'

I denne oppgaven beskrives de aerodynamiske ustabilitetene kalt stall og surge. Oppgaven består hovedsakelig av tre deler. I første del gjennomgås noe fundamental teori på aerodynamikken i sentrifugalkompressorer, før funn gjort i tidligere eksperiment på ustabilitetene presenteres. I litteraturen er det bevist at stall og surge forekommer i flere former og med flere karakteristikker. Med tørrgass som arbeidsmedium kan disse karakteristikkene identifiseres ved hjelp av trykksensorer. Karakteristikkene har vist seg å være svært avhengig av kompressorens geometri.Visualiseringsmetoder som tidligere har vist seg å fungere godt på turbomaskineri gjennomgåes og det diskuteres rundt applikasjonen med våtgass. Laser Doppler Velocimetry ble prøvet ut, men det viste seg at denne måleteknikken er for ømfintelig til at den kan brukes med våtgasstrømning. En spesialløsning med pitot-prober er en mulig metode for fremtidige visualiseringsforsøk. Til slutt presenteres et eget eksperiment hvor en industriell kompressor utsettes for tørr- og våtgass. Formålet med eksperimentet var å dokumentere ustabiliteter, med hovedfokus på frekvens og størrelse. Karakteristikken til tørrgassustabilitetene ble kartlagt ved hjelp av dynamiske trykksensorer plassert i diffusoren. Resultatene ble sammenligning med resultat fra tidliger eksperiment funnet i litteraturen. Funnene stemte godt med tidligere forsøk gjort med tørrgass. Karakteristikken til våtgass lot seg ikke identifisere like lett. De dynamiske sensorene plukket ikke opp noen stallfrekvenser eller størrelser, selv om ustabiliteter var observert visuelt ved testkjøring. Det ble heller ikke funnet noe bevis på at maskinen gikk i surge.

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.

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.

Oppgaven tar utgangspunkt i anleggskonfigurasjonen til dampkjelkonseptet utviklet av Energos AS. Dampkjelen er en nøkkelkomponent i avfallsforbrenningsanlegg og har som oppgave å overføre termisk energi (varme) fra varm røykgass og til vann/damp under høyt trykk. Følgende hovedtemaer er jobbet med i oppgaven, hvor hovedvekten av besvarelsen er lagt til skjevfordelingsanalysen: Beregningsprogram: • Det er ferdigstilt et beregningsverktøy (Excel) for termisk-hydraulisk ytelse av en sammensatt dampkjel (fallkammer, røykrørskjel og ekonomiser). • Beregningsprogrammet viser akseptabel gyldighet da resultatverdiene viser god overenstemmelse med verdier fra tilsvarende beregningsresultater. Litteraturstudie – Rør med serraterte finner: • Brukes som varmeoverflate i rørbuntene hvor en kompakt design ønskes, siden finnene innehar et større varmeovergangsareal enn et glatt rør uten finner. • Serrateringene resulterer i en høy varmeovergangskoeffisient siden kuttgeometrien fører til en mer turbulent strømning på grunn av en hyppig oppbrytning av strømningens grensesjikt. I midlertidig vil trykktapet over enheten øke sammenliknet med bruk av rør uten finner. • Et litteraturstudie av publisert data etter 1995 på varmeovergang og trykktap for slike rørsatser er gjort, samt en databasestruktur for innsamlet forsøksdata er utarbeidet. Litteraturstudie – Kritisk varmefluks (CHF) ved koking i horisontale rør: • Asymmetrisk fordeling av vann- og dampfasen grunnet gravitasjonseffekten påvirker kokeprosessen siden lagdeling kan oppstå ved lave masseflukser og kan føre til overoppheting av rørets overside ved forholdsvis lave varmeflukser. • Orienteringseffekten for et rør, horisontalt kontra vertikalt, vil ha liten betydning for rørets CHF ved masseflukser over 3500 - 4000 kg/m2s. • CHF-korrelasjonene baseres på ulike definisjoner av CHF-fenomenet: 1) Lokalt fenomen: De lokale parameterne samsvarer med de kritiske verdiene. 2) Globalt fenomen: Et resultat av en helhetlig prosess som inkluderer kokelengden og strømningens historie i sin funksjon. Effekten av bølgeforstyrrelser, oppstrøms rørsvingninger og ujevn varmefluks, må tas hensyn til. Analyse - Skjevfordeling i fordamperpakker: Ujevn beleggdannelse (fouling) og fortetninger på røykgassiden i fallkammeret medfører skjevfordelt strømning på vannsiden i fordamperpakkene og mellom de ulike fordamperpakker-seksjonene, så lenge forebyggende tiltak (robustifiseringer) av systemet ikke er implementert. Skjevfordelingen er et resultat av en utligning av trykktapsdifferansen mellom rørene som hovedsakelig oppstår grunnet ulike fordampningsrater, massetettheter, og dermed ulike friksjon, - akselerasjon- og gravitasjonstrykktap. Et beregningsgrunnlag for vanndistribusjonen i en fordamperpakke er utviklet med utgangspunkt i Minzer sin seksjonsmetode, og innflytelsen av gjengroingen og skjevfordelingen er blitt kartlagt gjennom simuleringer med forskjellige temperatur- og foulingsituasjoner. Skjevfordelingen uttrykkes i prosent masseenheter, av den totale massestrømmen til fordamperpakken, som sendes til rørseksjonen med lav fouling (høy varmefluks), og rørseksjonen med høy fouling (lav eller ingen varmefluks). Rørpakkene nederst i fallkammeret har en lav risiko for skjevfordeling siden området domineres av moderate røykgasstemperaturer (ca. 500 °C) og varmeflukser, og den lave trykktaps-differansen mellom et gjengrodd rør og et utsatt rør resulterer derfor i en mindre kritisk skjevfordeling enn ved høyere temperaturer, ca. 35/65 %. Dette siden friksjonstrykktapet i røret med koking ikke er betydelig mye høyere sammenliknet med gravitasjonstrykktapet til det gjengrodde røret med enfase. Fallkammerets mest kritiske område er lokalisert og satt til de øverste rørene i den øverste fordamperpakken i fallkammeret, hvor røykgasstemperaturen varierer mellom 900 – 950 °C og de horisontalliggende rørene er utsatt for et ekstra stort strålingsbidrag og foulingpotensiale. I dette området registreres en skjevfordeling på 10/90 %, som resulterer i et strømningsmønster i det utsatte røret som gir en uakseptabel liten margin for CHF, tørrkoking og en mulig burnout. Fra litteraturstudiet av CHF ble Groeneveld sin beregningsmodell valgt og anvendt i CHF-analyser som funksjon av skjevfordelingsgraden i systemet. Robustifisering av systemet gjøres ved å påtvinge ytterligere trykktap i rørene i fordamper-pakkene, som da utjevner skjevfordelingen og gir større margin for CHF. Dette innebærer innsetting av innsnevringsdyser (hullboringer) fra innløpsmanifolden til de mange rørene internt i rørpakken, samt innsetting av innsnevringsdyser (metalldisker) i overgangen fra stigerøret og inn på innløpsmanifolden til rørpakkene. Med det kritiske området som utgangspunkt ble det funnet at med dyser (9 mm) vil marginen for CHF økes betraktelig, der den virkelige varmefluksen er ca. 40 % ifra å nå CHF-verdien til systemet, og med dyser (5 mm) økes marginen til ca. 50 %. Begge dysediameterne ansees som motstandsdyktige for en mulig oppnåelse av CHF i rørene, selv med en antatt usikkerhetsmargin på ± 30 % grunnet grovheten av beregningsgrunnlaget. Men med økt trykktap følger også økt nødvendig pumpekraft for vannkretsen, noe som må sees i sammenheng med robustheten oppnådd og det totale energibehovet til anlegget i en avveiing av endelig robustifiserings-strategi. Dyser på 9 mm resulterer i en 6 % økning av pumpekraften (0,2 bar), mens dyser på 5 mm resulterer i et ekstra pumpearbeid på 47 % (1,5 bar), med utgangspunkt i en typisk sirkulasjonspumpe anvendt for vannkretsen.

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.

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.

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.

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.