Scania works continuously to develop internal combustion engines and after treatment systems which can achieve low pollutant emissions and high efficiency. A major principal that Scania adopted for this goal is the Simulation Driven Development (SDD) process. Here computer aided simulations aid to develop designs and improve characteristics all the while reducing the iterative prototyping and testing process. Currently, parametric modelling and Design of Experiments (DoE) is a proven and major mode of exploring designs within the various stakeholder fields of development; namely structural, fluid mechanics and acoustics.  Topology optimisation in fluid flow is a new field which promises quick exploration of design spaces. The result of topology optimisation are unintuitive designs that could serve as baseline designs which can further reduce the design process. The objective of the thesis was to explore topology optimisation and investigate a way to incorporate topology optimisation in the design process at Scania CV AB. For this task Tosca Fluid by Dassault Systèmes was chosen for its optimisation capabilities, which uses back-flow as the criteria of optimisation. The case study was conducted based on the MTX diesel one box inlet end-plate which was used as reference. The dimensional constraints of the reference product were used to model and utilise the developed workflow. Since this task involved the use of substrates for exhaust gas filtration, it was imperative to explore uniformity of flow over the substrate as an additional optimisation criterion. The project studied modelling design spaces to satisfy the design criteria and the shortcoming the software currently poses have been documented in this report. The report also mentions the tasks involved in setting up simulation cases to work well with Tosca Fluid. In the current stage of the thesis work it was not possible to incorporate uniformity as an additional criterion and hence fails in using Tosca Fluid to optimise topology for turn volumes involving the use of substrates. / Scania arbetar kontinuerligt med att utveckla förbränningsmotorer och efterbehandlings system som kan uppnå låga föroreningar och hög effektivitet. En viktig princip som Scania antog för detta mål är processen Simulation Driven Development (SDD). Här hjälper datorstödda simuleringar att utveckla mönster och förbättra egenskaper samtidigt som den iterativa prototyp- och testprocessen reduceras. För närvarande är parametrisk modellering och Design of Experiments (DoE) ett beprövat och viktigt sätt att utforska konstruktioner inom de olika intressenternas utvecklingsområden; nämligen konstruktion, fluidmekanik och akustik. Topologioptimering i vätskeflöde är ett nytt område som lovar snabb utforskning av designutrymmen. Resultatet av topologioptimering är icke-intuitiva konstruktioner som kan fungera som baslinjedesigner som ytterligare kan minska designprocessen. Syftet med avhandlingen var att utforska topologioptimering och undersöka ett sätt att integrera topologioptimering i designprocessen på Scania CV AB. För denna uppgift valdes Tosca Fluid av Dassault Systèmes för sina optimeringsmöjligheter, som använder återflöddet som kriterier för optimering. Fallstudien genomfördes baserat på MTX diesel först låda inloppsändplatta som användes som referens. Referensproduktens dimensionella begränsningar användes för att modellera och använda det utvecklade arbetsflödet. Eftersom denna uppgift innebar användning av substrat för avgas filtrering, var det absolut nödvändigt att undersöka flödets enhetlighet som ett ytterligare optimerings kriterium. Projektet studerade modellerings designutrymmen för att uppfylla design kriterierna och den brist programvaran för närvarande har dokumenterats i denna rapport. Rapporten nämner också de uppgifter som är involverade i att skapa simuleringsfall för att fungera bra med Tosca Fluid. I det aktuella skedet av avhandlings arbetet var det inte möjligt att införliva enhetlighet som ett ytterligare kriterium och misslyckas därför med att använda Tosca Fluid för att optimera topologi för sväng volymer som involverar användning av substrat.

Les chantiers de maintenance et d’assainissement dans les centrales nucléaires nécessitent la mise en place d’enceintes ventilées autour des zones contaminées afin de limiter la propagation de la contamination à l’environnement extérieur. L’air rentre dans l’enceinte aux travers d’ouvertures sous la forme d’un écoulement directionnel, orienté de l’extérieur vers l’intérieur, assurant ainsi le confinement dynamique. En raison des opérations qui se déroulent à l’intérieur de l’enceinte et des perturbations externes, il est possible que l’écoulement de confinement dynamique aux ouvertures soit perturbé et subisse des inversions locales et instationnaires, conduisant ainsi à transporter la contamination à l’extérieur de l’enceinte. La présente étude s’intéresse aux petites ouvertures de type fentes minces rectangulaires où l’écoulement au droit de celles-ci est généralement turbulent. Les principaux objectifs de la thèse sont d’une part d’identifier les conditions aérodynamiques susceptibles de produire le phénomène de rétrodiffusion aux ouvertures, d’autre part d’évaluer la capacité des approches de modélisation de la turbulence URANS et LES à reproduire les instabilités liées à ce type d’écoulement. Il a été montré que l’apparition du phénomène de rétrodiffusion est principalement liée à la présence d’une perturbation aéraulique additionnelle, de type jet turbulent ou sillage, en compétition avec l’écoulement initial de confinement dynamique. Des expériences de traçage gazeux ont été mises en place sur une maquette expérimentale dans le but de quantifier la rétrodiffusion en fonction des différentes conditions aérauliques à l’ouverture et des caractéristiques de celle-ci. Des visualisations des écoulements à l’ouverture ont également été réalisées à l’aide d’un dispositif de tomographie laser. Enfin, l’analyse des résultats des simulations CFD a démontré que les approches de type RANS ou URANS ne permettaient pas de reproduire les instabilités de l’écoulement conduisant au phénomène de rétrodiffusion, contrairement aux simulations des grandes échelles de la turbulence (LES) qui reproduisent fidèlement les structures locales et instantanées à l’origine du phénomène. / Operations of decommissioning and decontamination in nuclear facilities require setting up depressurized enclosures around contaminated areas in order to prevent leakage of radioactive materials, to the surrounding environment. Air passes through openings which generates a directional airflow ensuring the aerodynamic containment of hazardous material inside the enclosure. Due to operating activities inside or outside the enclosure, the directional flow might be disturbed. Consequently, local and unsteady backflows may occur at the opening leading to the outward transport of contamination. The current study is focused on airflow dynamics through small openings, such as rectangular slits where the initial inflow stream is turbulent. The main purposes of this work are to identify the required aerodynamic conditions likely to generate unsteady flow inversions at the studied opening and also to verify the ability of CFD simulations to predict this type of flow by using URANS and LES approaches. Results have shown that an additional flow, such as a turbulent jet or a wake in competition with inward flow, is the main cause leading to the leakage at the opening. Experiments, using gas tracer detection techniques, are conducted in order to quantify outflow leakage in the near field of the opening under different aerodynamic configurations and openings characteristics. A laser tomography technique is also implemented to visualize the external leakage airflow in the middle plane of the opening. CFD simulations have shown that a qualitative description of instantaneous leakage flow patterns at the opening can be achieved. This is characterized by the occurrence of local coherent structures transporting passive tracer outwards. Moreover, velocities obtained from CFD results (Large Eddy Simulations) are compared to those obtained from experimental measurements.

The thesis deals with the topic of the Sanitation installations and gas installations in a gym. The core element of the theoretical part is the water saving while using the economical fixture in the building. The following point is the financial estimation. The thesis also deals with various options of solving the scheduled specialisation. Here, the two ways of proportioning and two ways of mixing the hot water for taking a shower are described in detail. The project part is trying to solve the sanitary technical and gas pipeline in a gym in the chosen version.

This Master’s thesis deals with sanitation installation in historic building. The theoretical part of the topic analysis deals with the issue waste water discharge from the building and ground floor. Furthermore, the theoretical solutions are processed sanitation installation and variants of it. Preferable variant is finalized the details of the implementation of the project.

Drinking water companies have the technology and responsibility to deliver safe and high-quality drinking water to the water distribution systems network (WDN). However, many events within the WDN, such as cross-connections and backflow, might degrade water quality and pose public health risks to consumers. Cross-connection and backflow events may occur if there is physical contact between the external non-potable water source and the drinking water. When the pressure in the external source is greater than in the WDN, and when there are inadequate cross-connections controls, cross-connections and backflows may occur. This project aimed to investigate the circumstances that influence cross-connection and backflow events and estimate the health risk of infection. The method used for this study included hydraulic and water quality modeling EPANET to simulate the fate and transport of pathogens in the WDN during the outbreak. Besides, the quantitative microbial risk assessment QMRA was used to evaluate the health risks associated with cross-connections and backflow events due to ingestion of contaminated water. The modeled events included four reference pathogens (viruses: Norovirus and Rotavirus, bacteria: Campylobacter, and protozoa: Cryptosporidium) from four water types (wastewater, greywater, treated wastewater, and treated greywater). The simulation considered three potential pathogen load risk levels entering WDN: extreme, evaluated, and endemic. The results indicate that the factors that influence pathogen intrusion and consequently the risk of infection were the duration and intensity of the low-pressure event, the location of the cross-connection, and the pathogen concentration in water sources. The estimated daily risk of infection from cross-connection and backflow events generally exceeded the acceptable target level of 10−6 per person per day for all reference pathogens and modeled events. The exception was for the endemic risk level during the cross-connections with treated wastewater and greywater, where the risk was 10−7 and 10−10. Several measures can be implemented to manage and mitigate the risk of cross-connections, such as demanding plumbing installation procedures and backflow prevention devices and developing an early detection system to predict the cross-connection earlier before the outbreak happens to the system, for instance, by applying a machine learning system. / Vattenreningsindustrin har tekniken och ansvaret för att leverera säkert och högkvalitativt dricksvatten till nätverket för vattendistributionssystem (WDN). Däremot många händelser inom WDN, såsom korskopplingar och återflöde, kan försämra vattenkvaliteten och utgöra folkhälsorisker för konsumenterna. Korskoppling och återflödeshändelser kan inträffa om det finns fysisk kontakt mellanden externa vattenkällan för icke dricksvatten och dricksvattnet. När trycket i den externa källan är högre än i WDN, och när det finns otillräckliga korskopplingskontroller, kan korskopplingar och återflöden inträffa. Syftet med detta projekt var att undersöka omständigheterna som påverkar korskopplings- och återflödeshändelser samt uppskatta hälsorisken för infektion. Metoden som användes för denna studie inkluderade hydraulisk och vattenkvalitetsmodellering med EPANET för att simulera transporten och förekomsten av patogener i WDN under utbrottet. Dessutom användes kvantitativ mikrobiell riskbedömning (QMRA) för att utvärdera hälsoriskerna i samband medkorskopplingar och återflödeshändelser på grund av intag av förorenat vatten. De modelleradehändelserna inkluderade fyra referenspatogener (virus: Norovirus och Rotavirus; bakterier:Campylobacter; och protozoer: Cryptosporidium) från fyra vattentyper (avloppsvatten, gråvatten, renatavloppsvatten och renat gråvatten). Simuleringen beaktade tre potentiella patogenbelastningsrisknivåer som kommer in i WDN: extrem, utvärderad och endemisk. Resultaten tyder på att de faktorer som påverkar patogenavbrott och följaktligen risken för infektionvar lågtryckshändelsens varaktighet och omfattning, platsen för korskopplingen och patogenkoncentrationen i vattenkällor. Den uppskattade dagliga risken för infektion från korskopplingoch återflödeshändelser översteg i allmänhet den acceptabla målnivån på 10e6 per person och dag föralla referenspatogener och modellerade händelser. Undantaget var den endemiska risknivån vidkorskopplingarna med renat avloppsvatten och gråvatten, där risken var 10e7 och 10e10. Flera åtgärder kan implementeras för att hantera och minska risken för korskopplingar, såsom atttillämpa krav på installationsprocedurer för VVS och anordningar för att förhindra återflöde samt attutveckla ett system för tidig upptäckt för att förutsäga korskopplingen tidigare innan utbrottet inträffarmed systemet, till exempel genom att tillämpa ett maskininlärningssystem.

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Für eine effiziente und nachhaltige Nutzung von Georeservoiren sind bestmögliche Reservoirmanagementverfahren erforderlich. Oft setzen diese Verfahren auf Tracer-Tests. Dabei enthalten die aufgezeichneten Tracersignale integrale Informationen der Reservoireigenschaften. Tracer-Tests bieten somit eine leistungsfähige Technik zur Charakterisierung und Überwachung der bewirtschafteten Georeservoire. Im Gegensatz zu Tracer-Tests mit konservativen Tracern, welche bereits etablierte Testroutinen zur Verfügung stellen, ist die Verwendung von reaktiven Tracern ein neuer Ansatz. Aufgrund unpassender physikalisch-chemischer Modelle und/oder falschen Annahmen ist die Analyse und Interpretation von reaktiven Tracersignalen jedoch oft verzerrt, fehlinterpretiert oder sogar unmöglich. Reaktive Tracer sind dennoch unersetzbar, da sie durch die gezielte Ausnutzung selektiver und spezifischer Reaktionen mögliche Metriken von Reservoirtestverfahren auf einzigartige Weise erweitern. So liefern reaktive Tracer für ein integriertes Reservoirmanagement geforderten Aussagen über Reservoirmetriken wie z.B. Wärmeaustauschflächen oder in-situ Temperaturen. Um Unsicherheiten bei der Auswertung von Tracerexperimenten zu reduzieren, werden theoretische und experimentelle Untersuchungen zu hydrolysierenden Tracern vorgestellt. Diese Tracer sind durch ihre Reaktion mit Wasser charakterisiert. Einerseits können sie als thermo-sensitive Tracer Informationen über Temperaturen und abgekühlte Anteile eines beprobten Reservoirs liefern. Für die Interpretation von thermo-sensitiven Tracerexperimenten sind die Kenntnis der zugrunde liegenden Reaktionsmechanismen sowie bekannte Arrhenius-Parameter Voraussetzung, um die verwendete Reaktion pseudo erster Ordnung nutzen zu können. Darüber hinaus ermöglichen die verwendeten Verbindungen durch ihre Fluoreszenzeigenschaften eine Online-Messung. Um die Empfindlichkeit und praktischen Grenzen thermo-sensitiver Tracer zu untersuchen, wurden kontrollierte Laborexperimente in einem eigens dafür entwickelten Versuchsaufbau durchgeführt. Dieser besteht aus zwei seriell geschalteten Säulen, die beide mit Sand gefüllt sind und jeweils auf eine eigene Temperatur eingestellt werden können. Somit ist es möglich, verschiedene thermische Einstellungen zu betrachten. Die untersuchten experimentellen Szenarien imitieren größtenteils Feldanwendungen: Durchflussexperimente sowie auch Experimente mit einer Umkehr der Fließrichtung. Darüber hinaus wurde untersucht, ob thermo-sensitive Tracer auch sensitiv gegenüber der Position der Temperaturfront sind. Dabei wurden die Tracer kontinuierlich oder gepulst injiziert. Die Ergebnisse bestätigen die zugrunde liegende Theorie experimentell. Wenn die pH-Abhängigkeit der Hydrolyse bei der Analyse berücksichtigt wird, kann eine Temperaturschätzung mit einer Genauigkeit und Präzision von bis zu 1 K erreicht werden. Die Schätzungen sind von Verweilzeit und gemessenen Konzentrationen unabhängig. Weiterhin lässt sich eine Schätzung über den ausgekühlten Anteil des Systems erhalten. Durch die steuerbaren und definierten Laborbedingungen ist es erstmals möglich, die geforderte Anwendbarkeit von thermo-sensitiven Tracern belastbar nachzuweisen. Des Weiteren wird eine zweite Anwendung hydrolysierender Tracer vorgeschlagen. Beim Lösen von CO2 für „Carbon Capture and Storage“-Anwendungen hängt die Effizienz maßgeblich von der Grenzfläche zwischen CO2 und der Sole in tiefen Reservoiren ab. Somit ist diese Metrik wichtig, um die Effizienz der CO2 Auflösung in Wasser zu bewerten. Die gezielt entwickelten Kinetic-Interface-Senitive-Tracer (KIS-Tracer) nutzen, zusätzlich zur Hydrolyse an der Grenzfläche, die unterschiedlichen Lösungseigenschaften von Tracer und Reaktionsprodukt im entsprechenden Fluid. Somit lassen sich potentiell Aussagen über die Dynamik der Grenzfläche machen. Neben dem grundlegenden Konzept sowie den theoretischen Tracer-Anforderungen wird eine erste Anwendung im Laborexperiment vorgestellt. Diese zeigt das erfolgreiche, zielorientierte Moleküldesign und bietet eine experimentelle Basis für ein makroskopisches numerisches Modell, mit welchem numerische Simulationen verschiedener Testszenarien durchgeführt werden, um das Zusammenspiel von KIS-Tracer und dynamischer Grenzfläche zu untersuchen. Aufgrund der Temperaturabhängigkeit der Reaktionsgeschwindigkeit hydrolysierender Tracer werden in der Regel auch thermische Signale aufgezeichnet. Der letzte Teil prüft die Möglichkeit, Informationen aus den aufgezeichneten Temperaturen zu extrahieren. Für ein idealisiertes Einzelkluftsystem wird eine Reihe von analytischen Lösungen diskutiert. Aus thermischen Injektion-/Entzugsversuchen können damit räumliche und zeitliche Profile abgeleitet werden. Mit der Verwendung von mathematisch effizienten Inversionsverfahren wie der iterativen Laplace-Transformation lassen sich rechentechnisch effiziente Realraum-Lösungen ableiten. Durch die Einführung von drei dimensionslosen Kennzahlen können die berechneten Temperaturprofile auf Bruchbreite oder Wärmetransportrate, wechselnde Injektions-/ Pumpraten und/oder auf in der Nähe beobachtbare räumliche Informationen analysiert werden. Schließlich werden analytische Lösungen als Kernel-Funktionen für nichtlineare Optimierungsalgorithmen vorgestellt. Zusammenfassend bearbeitet die vorliegende Arbeit den Übergang zwischen Tracerauswahl und Traceranwendung. Die Ergebnisse helfen Planungs- und Analyseunsicherheiten zu reduzieren. Dies wird bezüglich der Empfindlichkeit gegenüber Temperaturen, Kühlungsanteilen, flüssig/flüssig-Grenzfläche, Kluftbreite und Wärmetransportrate gezeigt. Somit bieten die vorgestellten Tracerkonzepte neue Metriken zur Verbesserung von Reservoirmanagementverfahren. Die experimentellen Ergebnisse und die neuen analytischen Modelle ermöglichen einen tiefen Einblick in die kollektive Rolle der Parameter, welche die Hydrolyse und den Wärmetransport in Georeservoiren kontrollieren.

Draft tube is very important part of hydraulic turbines. Only optimum work together with turbine can bring highest performance of this machine set. Hence it is necessary to deal with character of flow in the draft tube for different operating conditions. Efficiency of the draft tube depends on many phenomena of flow. Observing these phenomena and finding their relation with energetic transformation in the draft tube is a suitable tool to judge quality of draft tube performance. Incorrect design of the draft tube can sometimes cause lower efficiency of whole machine set. The goal of this thesis is finding the main reasons causing draft tube efficiency drop for given operating conditions.