This Master Thesis, written in collaboration with CorPower Ocean, serves as the finalization of the author’s master degree education at KTH (Royal Institute of Technology) Stockholm. The purpose has been to characterize the Cascade gearbox which is used to convert vertical motion induced by waves to rotational motion which powers generators in the company’s future wave energy power plant. The purpose was also to suggest future improvements and shed light on any problems discovered. The method for characterizing the Cascade gearbox was to conduct physical measurements of the load sharing in the inherently overdetermined geometrical design. These data were then used to calibrate a static as well as a dynamic model also developed for this thesis. Focus has been on determining that the novel load sharing method is sufficient and that no gear takes more than the 2,5% overload during max load the gearbox is dimensioned for at any time. Also included in the thesis is an analysis of the tolerances effect on the performance of the Cascade gearbox. Results showed that the current design perform within the expected dimensioning limits. However some unexpected characteristics were discovered after analysis of the results. Because of deliberate geometric decisions half of the gears trail behind initially in one direction causing uneven load sharing and unwanted lateral forces on the rack. Also discovered was the importance of equal stiffness of the flex units, used to divide the load evenly between the gears, since the load sharing factor converges towards values directly proportional to the stiffness ratios in between them. As a conclusion it can be said that although the current design is sufficient, there is still room for improvements which could enhance life expectancy as well as load sharing performance of the Cascade gearbox. / Detta examensarbete utfört i samarbete med CorPower Ocean, är det slutgiltiga steget i författarens utbildning på masternivå på KTH (Kungliga Tekniska Högskolan) Stockholm. Syftet med arbetet är att karakterisera en kaskadväxellåda som används för att omvandla vertikal rörelse från vågor till rotation som driver generatorer i företagets framtida vågkraftverk samt att utifrån resultat föreslå möjliga förbättringar och belysa eventuella problem. Den metod som använts för att karakterisera kaskadväxellådan var att via fysiska mätningar, på den testrigg placerad på KTH (Kungliga Tekniska Högskolan) i Stockholm, erhålla data för lastfördelningen i den geometriskt överbestämda konstruktionen. Dessa data användes sedan för att kalibrera en statisk och en dynamisk modell som också utvecklades för det här projektet. Huvudfokus för arbetet har legat i att ta reda på om den konstruktion som används för att fördela lasten mellan kugghjulen fungerar tillfredställande samt att säkerställa att inget kugghjul tar mer än de 2,5% överlast vid fullast växellådan är dimensionerad för vid något tillfälle. Examensarbetet inkluderar även feltoleransers inverkan på lastfördelningen i kaskadväxeln. Resultaten visade att den nuvarande konstruktionen presterar inom de specificerade dimensioneringsintervallen. Några oväntade karaktärsdrag upptäckdes dock vid analys av resultaten. På grund av en avsiktlig geometrisk oregelbundenhet släpade hälften av kugghjulen efter åt ena hållet vilket i sin tur resulterade i en ojämn lastfördelning och oönskade sidokrafter på kuggracken. Flexenheterna som används för att fördela lasten likvärdigt mellan kugghjulen skilde sig åt i styvhet. Den inverkan spridningen av dessa har på lastfördelningen belystes också eftersom lastfördelningen konvergerar mot värden direkt proportionella mot styvhetsförhållandet mellan dem. Slutsatsen från examensarbetet är att den nuvarande konstruktionen, även om den fungerar tillfredställande, lämnar utrymme för förbättringar som potentiellt kan förbättra både livslängd och lastfördelningsprestanda.

Biokatalys medför ett alternativt tillvägagångsätt för att kunna utforska och utveckla kemiskt syntetiserade vägar för produktionen av eftertraktade kemikalier, där hållbarhet och miljön tas till beaktan. I denna studie undersöktes potentialen av en enzymatisk kaskad för produktion av 5-hydroximetylfurfurylamin (HMFA). HMFA är en förening med tillämpningar inom flera industrier som till exempel jordbruks- och läkemedelsindustrin. Den enzymatiska kaskaden består av två reaktioner, varav den första involverar dekarboxylering av lysin med användning av lysindekarboxylas för att producera en så kallad ”smart amindonator” kadaverin. Den andra reaktionen i kaskaden består utav ett transaminas från Silicibacter pomeroyi (SpTA) som konverterarar 5-hydroximetylfurfuryl (HMF) till HMFA med hjälp av det framkallade kadaverinet från den första reaktionen i kaskaden. En enzymatisk kaskad tillåter mildare reaktionsbetingelser, mindre avfall och energisnål användning som därmed minskar miljöpåverkan samtidigt som det beaktar några av dem 12 principerna av grön kemi. Det uppstod utmaningar som hindrade slutförandet av den enzymatiska kaskaden, men trots detta erhölls värdefulla insikter. Denna studie belyser de invecklade reaktionsmekanismerna och några av de svårigheterna med immobilisering av enzym på EziG bärare. Trots att den avsedda kaskaden inte slutfördes, gav lärdomarna nya perspektiv samt potentiella områden att fortsätta undersöka för framtida framsteg inom biokatalys. / Biocatalysis is a promising alternative to chemical synthesis routes for high value chemicals which considers the sustainability and environmental aspect. In this study the feasibility of utilizing an enzymatic cascade for the production of 5-hydroxymethylfurfurylamine (HMFA) was explored. HMFA is a compound with diverse applications in industries such as agriculture and pharmaceuticals. The cascade consists of two main reactions, the first of which involves the decarboxylation of lysine using a lysine decarboxylase to produce cadaverine. The cadaverine produced will then be utilized as an amine donor in the second reaction, which involves the use of a transaminase derived from Silicibacter pomeroyi (SpTA) together with 5-hydroxymethylfurfural (HMF). This cascade considers the principals of green chemistry such as milder reaction conditions and less waste, hence aiming to reduce the environmental impact. Although there were challenges preventing the completion of the enzymatic cascade, valuable insights were gained. The contribution of this study sheds light on the intricate reaction mechanisms and some of the key difficulties with enzyme immobilisation. While the intended cascade was not finalized, the lessons learned will provide for new perspectives and potential future advancements in biocatalysis.

Outdoor artificial light at night (ALAN) is raising concern as a possible cause of the loss of insect diversity. Due to a diurnal bias in standard methods in environmental monitoring and urban ecosystem service assessments, the issue has remained in the dark and especially relevant for nocturnal pollination, which is less well known. This umbrella review analyses the effects of light pollution on pollination services at night through a cascade framework. The report aims to gather understanding of the state of scientific knowledge to date of the combined interdisciplinary field of pollination, ecosystem services and light pollution. Findings show that outdoor lighting works as barriers and habitat fragmentation for nocturnal pollinators reducing flower visitation and pollen transport affecting plant reproduction. Integrating the understanding of stressors of light pollution and the benefits of darkness into urban land use planning have the possibility of improving the abilities of pollination services in a nightscape usually overlooked. Case studies on the benefits of darkness in the management of urban ecosystem services are of interest in future studies together with the mapping on the values of nocturnal pollination networks. / Nattbelysning utomhus har väckt oro som möjlig orsak till förlusten av insektsmångfalden. Det är särskilt relevant för nattliga pollinatörer, som är mindre känt. På grund av en partiskhet till att metoder för miljöövervakning och bedömningar av urbana ekosystemtjänster sker främst på dagen har problemet förblivit skymt i mörkret. Denna paraplygranskning analyserar effekterna av ljusföroreningar på pollineringstjänster på natten genom ett kaskadramverk. Rapporten syftar till att samla förståelsen för det vetenskapliga kunskapsläget inom det kombinerade tvärvetenskapliga området pollinering, ekosystemtjänster och ljusföroreningar. Resultat visar att utomhusbelysning fungerar som barriärer och fragmentering av livsmiljöer för nattaktiva pollinatörer, vilket minskar blombesök och pollentransport och i sin tur växternas reproduktion. Att integrera förståelsen för stressorer av ljusföroreningar och fördelarna med mörker i urban markanvändningsplanering ger möjligheter att stärka förmågan hos pollineringstjänster i ett nattlandskap som annars blivit förbisett. Fallstudier om fördelarna med mörker i förvaltningen av urbana ekosystemtjänster är av intresse i framtida studier tillsammans med kartläggningen av värdena av nattliga pollineringsnätverk.

As one of the key components of aero engines, compressor is required to endure higher pressure,  possess  higher  efficiency  and  wider  operating  range. Intensive studies have been made on tip leakage flow and researchers find that by reasonably organizing tip leakage flow, aero engines are  more likely to achieve better performance and reliability. Conventional flow controlling methods  like casing treatment and micro jet could substantially modify tip leakage flow, unfortunately with  a price of additional loss, not to mention the difficulty in manufacturing such structure. Whereas  plasma actuation  flow control method  uses  plasma actuators,  such equipment is easy  to  build,  responses  fast  and  has  a  wide  excitation  bandwidth.  This  method  has  become  a  new  trend  in  internal flow active control field.  In this research, a phenomenological model is adopted to simulate DBD plasma actuation in the  flow field inside a compressor cascade. The aim is to find out how plasma actuation will influence  tip  leakage  flow.  Meanwhile  possible  means  to  improve  plasma  actuation  performance  are  discussed.  First of all, numerical simulation of flow inside a compressor cascade without plasma actuation is  conducted to validate accuracy of the numerical methodology adopted and then determine one  numerical  approach  that  satisfies  specific  needs  sufficiently.  Meanwhile,  influence  of  casing  movement on tip leakage flow as well as possible mechanism of tip leakage vortex core generation  is investigated in detail. The results indicate:    1. Generating position of tip leakage vortex moves towards leading edge with increasing moving  speed of shroud.  2. As shroud moving speed increases, trajectory of tip leakage vortex moves away from suction  side of blade and closely towards shroud.  3. Casing movement  tends  to  transform  tip leakage vortex  from  circular  to  oval  shape  due  to  circumferential shearing.  4. Casing  movement  has  little  influence  on  total  pressure  field  concerning  absolute  pressure  value. While total pressure loss does reduce slightly with increasing moving speed of shroud.  5.Vorticity  transport  from  tip  clearance  into  passage  may  be  contributing  significantly  to  generation of tip leakage vortex inner core.  Secondly, a simplified model of DBD plasma actuation based on literature [1] is derived and applied  through  UDF  function  of  commercial  software  Fluent  into  the  flow  field.  Different  actuation  positions,  voltages  and  frequencies  are  applied  in  simulation  and  compared.  After  that  casing  movement is included. Main conclusions are as follow:    6. Plasma  actuation  shows  significant  suppressing  effect  on  tip  leakage  vortex  on  both  size,  trajectory and strength.  7. The suppressing effect on tip leakage vortex grows stronger as actuator moves towards leading  edge.  8. Increasing actuation voltage results in stronger suppressing effect on tip leakage vortex.  9. Plasma actuation can effectively improve total pressure loss situation near shroud region with  increasing actuation power.  10. Increasing actuation frequency results in stronger suppressing effect on tip leakage vortex as  well. Additionally, frequency performs slightly better than voltage. 11. Casing  movement  tends  to  weaken  suppressing  effect  of  tip  leakage  vortex  by  plasma  actuation. More  actuation  power  is  needed  to  achieve  sufficient  suppressing  effect  in  real  compressors. / Som en av de viktigaste komponenterna i flygmotorer krävs det att kompressorn utsätts för högre  tryck, har högre effektivitet och  större driftsintervall. Intensiva  studier har gjorts om  skovlarnas  toppspel  läckageflöde  och  man  anser  att  det  är  mer  sannolikt  att  flygmotorer  uppnår  bättre  prestanda  och  tillförlitlighet  genom  att  på  ett  rimligt  sätt  reglera  läckageflödet  i  toppspelet.  Konventionella metoder  för reglering av flödet, som behandling av “casing” och mikrojet, skulle  kunna  ändra  läckageflödet  avsevärt,  men  medför  tyvärr  ytterligare  förlust,  för  att  inte  tala  om  svårigheten att tillverka en sådan struktur. Samtidig flödeskontroll med hjälp av plasma aktuatorer  som är relativt lätta att bygga, reagerar snabbt och har en bred excitationsbandvid. Denna metod  har blivit en ny trend inom det interna flödesaktiva kontrollområdet.  I  denna  forskning  antas  en  modell  för  att  simulera  plasmaaktivering  av  DBD  i  flödesfältet  i  en  kompressorskaskad. Man försöker ta reda på hur plasmaaktivering påverkar läckageflödet. Möjliga  sätt att förbättra effekten av plasmaaktivering diskuteras.  För  det  första  genomförs  numerisk  simulering  av  flödet  i  en  kompressorskaskad  utan  plasmaaktivering för att validera noggrannheten i den numeriska metoden. Därefter undersöks i  detalj vilken inverkan den relativa rörelsen av ”casing” har på läckageflödet genom toppspelet och  mekanismen för toppspelsvirvel analyseras. Resultaten visar:    1. Startposition för läckagevirveln rör sig mot skovelns framkant när man introducerar och ökar  den relativa hastigheten för ”casing”.    2. I takt med att den relativa hastigheten ökar, kretsbanan för    läckage virveln rör sig bort från  skovelns sugsida och närmare mot ”casing”.  3. Den  relativa  rörelsen  tenderar  att  omvandla  virveln  från  cirkulär  till  oval  form  på  grund  av  skjuvkrafter.  4. Den relativa rörelsen av ”casing” påverkar inte det totala tryckfältet när det gäller det absoluta  tryckvärdet. Samtidigt som den totala tryckförlusten minskar något med ökad hastighet.  5. Virveltransport från toppspelet till huvudkanalen kan på ett betydande sätt bidra till att skapa  virvelns inre kärna.  I senare delen av arbetet utvecklas och tillämpas en förenklad modell för plasmaaktivering av DBD  baserad  på  litteratur  [1],  genom  att  använda  UDF‐funktionen  i  kommersiell  CFD  programvara  Fluent.  Olika  aktuatorläge,  spänningar  och  frekvenser  prövas  i  simuleringen  och  jämförs.  De  viktigaste slutsatserna är följande:    6. Aktuering av plasma visar en betydande dämpningseffekt på läckagevirveln i toppspelet både  va det gäller dess storlek, bana och styrka.  7. Den  dämpande  effekten  på  läckagevirveln  blir  starkare  när  aktuator  monteras  närmare  skovelns framkant.  8. Ökad aktuatorspänning leder till en starkare dämpande effekt på läckagevirveln.  9. Ökad aktuatorfrekvens leder till starkare dämpningseffekt på läckagevortex också.mDessutom  fungerar frekvensen något bättre än spänningen.  10. Den  relativa  rörelsen  av  ”casing”  försvagar  effekten  av  plasmaaktuering.  För  att  uppnå  tillräcklig dämpningseffekt i riktiga kompressorer krävs mer effekt till aktuatorn.

In axial compressor, corner separation phenomenon can occur between the blade surface and the hub. This leads to high total pressure losses, blockage and may worsen to surge. Various studies on NACA65-009 blade were previously performed experimentally and numerically to predict the corner separation. The LMFA showed that RANS simulations tend to overestimate it while the Wall-Resolved LES (WRLES) was able to well capture it. The conclusions drawn on RANS are validated here with another solver software. An extensive parametric study is performed on RANS which highlights the good performance of two non-linear turbulence models k − ω Wilcox QCR and EARSM k − kl for for predicting the topology and the intensity of corner separation. They are however very dependent on the mesh and the numerics. A Wall-Modeled LES (WMLES) is then computed. It reproduces well the topology of the separation given by the experiments and predicts similar anisotropy to the WRLES. Nevertheless it shows high sensitivity to the level of turbulence close to the endwall and the boundary layer profile of the upstream flow. Finally, this confirms that the WMLES is a promising alternative to the WRLES in order to study the corner separation on more costly geometries (several blades for instance). / I axiell kompressor kan hörnseparationsfenomen uppstå mellan bladytan och navet. Konsekvenserna är stora totala tryckförluster och kompressor blockering. Olika studier på NACA65-009 bladet utfördes tidigare experimentellt och numeriskt för att förutsäga hörnseparationen. LMFA visade att RANS simuleringar tenderar att överskatta den hörnseparationen medan Vägg-Löst LES (WRLES på engelska) kunde fånga bra den. Slutsatserna som dras om RANS valideras här med en annan lösningsprogramvara. En omfattande parametrisk studie utförs på RANS som belyserde goda prestandan för två icke-linjära turbulensmodeller k − ω Wilcox QCRoch EARSM k − kl för att förutsäga topologin och intensiteten för hörnseparation. Dock är de mycket beroende av nät och numerik. En Vägg-Modell LES (WMLES på engelska) beräknas sedan. Det reproducerar väl topologin för separationen som ges av experimenten och förutsäger liknande anisotropi som WRLES. Dock visar det hög känslighet för turbulensnivån nära ändväggen och gränsskiktsprofilen för uppströmsflödet. Slutligen bekräftar detta att WMLES är ett lovande alternativ till WRLES för att studera hörnseparationen på dyrare geometrier (till exempelflera blad).