The aim of this diploma thesis is to create a thermodynamic computational model of a single cylinder IC engine for the Formula SAE car. The single cylinder SI engine KTM 500 EXC is considered as a powertrain unit. The intake manifold of the serial enduro motorcycle is modified according to the Formula SAE 2014 rules. Analysis of the one dimensional flow is performed by using Lotus engine simulation software.

Urban emissions of antibiotics into the environment have the potential to adversely affect terrestrial and aquatic organisms. Developed standardized test methods allow the quantification of the resulting ecotoxicological risk, which strongly relies on a comprehensive situation analysis by predicting or measuring a representative antibiotic concentration of interest. Predicting the input loads of antibiotics to wastewater treatment plants using secondary input data (e.g. prescriptions) is a reasonable method if no analytical data is available. The absence of such data poses the question of an aquired reasonable sample quantity to capture local seasonal differences in prescriptions as well as flow conditions within the catchment area. Both, the theoretical and measurement based determination of environmental concentrations have been scarcely verified in practice. Hence, high resolution prescription data in combination with an extensive monitoring campaign at the wastewater treatment plant Dresden-Kaditz (WWTP) were used as a basis to evaluate the reliability of predicting and measuring urban antibiotic emissions. As expected, the recovery of antibiotic input loads strongly varies among substances. The group of macrolides as well as sulfamethoxazole and trimethoprim were almost fully recovered whereas nearly all substances of the beta-lactam family exhibit high elimination rates during the wastewater transport in the sewer system. Yet other antibiotics (e.g. fluoroquinolones) show distinct fluctuations through the year, which was not obvious from relatively constant prescriptions. The latter substances are an example that available data are not per se sufficient to predict the actual release into the environment which, in certain cases, emphasizes the necessity of adequate measuring campaings. The extensive data pool of this study was hence used to calculate the necessary number of samples to determine a representative annual mean load to the WWTP. Based on the applied approach, a minimum number of 20 to 40 samples per year is proposed to reasonably estimate a representative annual input load of antibiotics and other micropollutants. Regarding the WWTP, the mass flow analysis revealed that macrolides, clindamycin/ clindamycin-sulfoxide and trimethoprim were mainly released with the effluent, while penicillins, cephalosporins as well as sulfamethoxazole were partly degraded in the studied WWTP. Levofloxacin and ciprofloxacin are the only antibiotics under investigation with a significant mass fraction bound to primary, excess and digested sludge. In this context, the sludge concentrations are considered to be highly inconsistent which leads to questionable results. It remains unclear whether the inconsistencies are due to insufficiencies in sampling and/or analytical determination or if the fluctuations can be considered reasonable for digesters. Subsequently, verified antibiotic loads were evaluated regarding their ecotoxicological effects in the aquatic environment. Two approaches were applied (1) to address the ecological impact on individual trophic levels algae, daphnia and fish, and (2) to assess the possible synergistic potential of antibiotic combinations. Ciprofloxacin, levofloxacin and the group of cephalosporins showed to significantly affect the aquatic environment. They either have the highest impact on (one of) the lowest trophic level(s) or disproportionately increase the ecotoxicological risk due to their synergistic characteristics. In this regard, the deficiencies regarding the input prediction of these antibiotics is of particular concern. The underestimation of such critical mass flow conditions weakens the approach of assessing environmental risks on the basis of secondary data like prescriptions. Hence, efforts must be made to further develop the projection model by improving the quality of secondary data, identifying additional emitters and understanding possible retention and degradation dynamics of antibiotics within the sewer system.:Abstract 2 Danksagung 1 Table of Contents 1 Chapter 1 – Introduction 1 Scope 1 Goals and structure 3 Approach and Methods 5 Chapter 2 – Representative input load of antibiotics to WWTPs: Predictive accuracy and determination of a required sampling quantity 11 Introduction 14 Materials and Methods 16 Results and discussion 24 Conclusion 38 References 39 Chapter 3 – Mass flow of antibiotics in a wastewater treatment plant focusing on removal variations due to operational parameters 41 Introduction 45 Materials and Methods 47 Results and discussion 52 Conclusions 65 References 66 Chapter 4 – Species-related risk assessment of antibiotics using the probability distribution of long-term toxicity data as weighting function – a case study 71 Introduction 74 Materials and Methods 75 Results and discussion 86 Conclusions and summary 93 References 95 Chapter 5 – Environmental risk assessment of antibiotics including synergistic and antagonistic combination effects 99 Materials and Methods 104 Results 113 Discussion 120 Conclusions and summary . 125 References 126 Chapter 6 – Results and conclusions 129 Individual results 131 Aggregation of results 133 Final conclusions 134 References 139 Annex 1 – Supplementary material Chapter 2 141 Annex 2 – Supplementary material Chapter 3 147 Annex 3 – Supplementary material Chapter 4 159 Annex 4 – Supplementary material Chapter 5 177 / In der Humanmedizin eingesetzte Antibiotika werden im menschlichen Körper nicht vollständig metabolisiert und gelangen über die Ausscheidungen in das kommunale Abwasser. In der Kläranlage erfolgt nur eine unvollständige Elimination dieser Stoffe, so dass der Kläranlagenablauf einen Hot Spot für Antibiotikaemissionen in die Umwelt darstellt. Das induzierte ökotoxikologische Risiko kann anhand standardisierter Testverfahren und allgemein anerkannter Bewertungsansätze für Einzelsubstanzen abgeschätzt werden. Erfolgt jedoch die Betrachtung von Antibiotikagemischen, wie es für den gereinigten Ablauf einer Kläranlage sinnvoll ist, sind aufgrund zumeist unspezifischer Wirkmechanismen und dem Mangel an repräsentativen Daten eine Reihe von Vereinfachungen und Annahmen zu treffen. Es besteht in der Folge die Gefahr einer Unterschätzung des durch Substanzgemische hervorgerufenen ökotoxikologischen Risikos. Eine vielversprechende Möglichkeit den Entscheidungsprozess über mögliche Vermeidungs- und Eliminationsmaßnahmen zu unterstützen besteht in der Priorisierung von Antibiotika entsprechend ihres Effektpotentials. Hierbei sind Substanzen zu identifizieren, die den größten Einfluss auf die Nahrungskette im Gewässer bzw. das höchste (negative) Synergiepotential mit anderen Substanzen aufweisen. Die Verringerung dieser Substanzen führt zu einer hohen ökologischen Effektivität und Effizienz der eingesetzten Mittel. Wie im Fall des klassischen Bewertungsansatzes, ist auch für den Priorisierungsansatz eine umfängliche und zuverlässige Situationsanalyse die Grundvoraussetzung für verwertbare Ergebnisse. Die Situationsanalyse beruht auf der analytischen Bestimmung bzw. der Abschätzung von emittierten Antibiotikafrachten zur Berechnung von repräsentativen Umweltkonzentrationen. Analytisch ermittelte Umweltkonzentrationen vieler Antibiotika weisen aufgrund saisonaler Verschreibungsmuster eine hohe zeitliche und räumliche Variabilität auf. Die für eine adäquate Erfassung der Situation notwendigen Messkampagnen sind kostenintensiv, wobei die tatsächlich notwendige Häufigkeit der Probenahme von zumeist nicht hinreichend bekannten substanzspezifischen Informationen, wie der chemischen Stabilität im Rohabwasser und der saisonal beeinflussten Applikation, abhängt. Alternativ können Antibiotikaeinträge in die Kanalisation anhand von Verschreibungsdaten abgeschätzt und mit Hilfe von Stoffflussanalysen (SFA) zur ökotoxikologischen Bewertung herangezogen werden. Eine vom Umfang befriedigende, direkte Gegenüberstellung von prognostizierten und analytisch ermittelten Frachten ist bisher jedoch nicht erfolgt, so dass die Verifizierung dieses Ansatzes noch aussteht. Für den Fall einer bestehenden Verschreibungspflicht für Antibiotika besitzen Verschreibungsdaten eine vergleichsweise hohe zeitliche und räumliche Informationsgüte. In Verbindung mit einer an diese Datenqualität angepassten Messkampagne, ergibt sich die Möglichkeit einer detaillierten SFA mit substanzspezifischer Bewertung der Eignung des Prognoseansatzes. Die am Beispiel der Stadt Dresden durchgeführte Bewertung des Prognoseansatzes fußt auf einer 15-monatigen Messkampagne und den für das Einzugsgebiet der Zentralkläranlage Dresden-Kaditz verfügbaren Verschreibungsdaten der AOK PLUS. Erwartungsgemäß ergibt der Abgleich von erwarteten und analytisch ermittelten Frachten eine starke Variation der für den Zulauf der Kläranlage ermittelten Wiederfindungsdaten verschiedener Substanzen. Die analytisch ermittelten Frachten von Sulfamethoxazol, Trimethoprim sowie der Gruppe der Makrolid-Antibiotika entsprechen nahezu den prognostizierten Mengen. Die Beta-Laktam-Antibiotika unterliegen bereits während des Abwassertransports einer umfänglichen, zumeist biologisch bedingten, Elimination, was zu hohen Unterbefunden im Zulauf der Kläranlage führt. Andere Substanzen hingegen (z.B. Fluorchinolone) weisen messtechnisch eine signifikante Jahresdynamik auf, die aufgrund der weitgehend konstanten Verschreibung in dieser Ausprägung nicht zu erwarten ist. Die Auswertung zuletzt genannter Substanzen zeigt deutlich, dass die Nutzung von Verschreibungsdaten nicht per se ausreicht, um die Emission von Antibiotika (und anderer Pharmazeutika) sowie die sich daraus ergebenden Umweltkonzentrationen mit ausreichender Sicherheit prognostizieren zu können. Für eine nachgelagerte ökotoxikologische Bewertung ist in diesen Fällen die Durchführung von Messungen unumgänglich. Zur effizienten Planung derartiger Kampagnen wurde der umfassende Datenpool dieser Studie hinsichtlich der erforderlichen Probenanzahl zur Bestimmung einer repräsentativen mittleren Jahresfracht ausgewertet. Es ergibt sich ein Minimum von 20 bis 40 homogen über das Jahr verteilten Proben, um die jährlich in die Kläranlage eingetragene Fracht an Antibiotika bzw. anderer Mikroschadstoffe mit ausreichender Sicherheit abschätzen zu können. Im Rahmen der SFA in der Kläranlage Dresden-Kaditz wird deutlich, dass Makrolide, Clindamycin und dessen Humanmetabolit Clindamycin-Sulfoxid sowie Trimethoprim in der nahezu keiner Elimination unterliegen, wohingegen Penizilline, Cefalosporine und auch Sulfamethoxazol teilweise bis vollständig abgebaut werden. Mit Levofloxacin und Ciprofloxacin handelt es sich um die einzigen untersuchten Antibiotika, welche zu einem signifikanten Massenanteil an Primär-, Überschuss- und Faulschlamm gebunden vorgefunden werden. Aufgrund der hohen Relevanz dieses Eliminationspfades für die zuvor genannten Antibiotika bedarf die Beobachtung von z. T. widersprüchlichen Schwankungen einer kritischen Betrachtung der Ergebnisse. Es ist nicht abschließend geklärt, ob die beobachteten Fluktuationen auf eine unzureichende Qualität der Probenahme und/oder der Analytik zurückzuführen sind oder sich die Schwankungen in einem für Faulbehälter tolerierbaren Bereich befinden. Im Anschluss an die verifizierten Antibiotikaemissionen erfolgte die Priorisierung der betrachteten Antibiotika nach ihrem ökotoxikologischen Effektpotential. Zum einen wurde der ökologische Einfluss auf verschiedene, die Nahrungskette bildende trophische Ebenen (Alge, Daphnie, Fisch) untersucht. In Anlehnung an die humanmedizinische Kombinationstherapie erfolgte im zweiten Ansatz die Beurteilung der Antibiotika hinsichtlich ihres möglichen Potentials zur Verstärkung von negativen Effekten durch das gleichzeitige Auftreten mit anderen Substanzen. Für Ciprofloxacin, Levofloxacin und die Gruppen der Makrolide und Cefalosporine konnten signifikante Beeinträchtigungen der aquatischen Umwelt nachgewiesen werden. Diese Stoffe und Stoffgruppen führten im Rahmen der untersuchten Substanzen entweder zur höchsten Schadwirkung gegenüber der niedrigsten trophischen Ebene oder besitzen das höchste Synergiepotential in Kombination mit anderen Substanzen. Die Auswertung der SFA bestätigt die grundsätzliche Eignung der Verschreibungsdaten sowie des entwickelten Prognosemodells zur Vorhersage von Antibiotikaemissionen im urbanen Raum. Die Stoffflussanalyse stellt somit ein strategisches, im Vergleich zur Messung kostengünstiges Instrument zur Identifikation von Hot Spots der Antibiotikaemission dar und erleichtert die Entscheidungsfindung für monetär aufwendige Reduktionsmaßnahmen am Ort der Entstehung oder in der Kläranlage (z.B. 4. Reinigungsstufe). Die Vorgehensweise zur Priorisierung von Substanzen hinsichtlich ihres ökotoxikologischen Effektpotentials eignet sich sehr gut, Antibiotika mit dem höchsten Schadpotential zu identifizieren. Die Verschneidung der Kenntnis dieser Substanzen mit den Ergebnissen der SFA macht deutlich, dass mit Ausnahme der Makrolide, alle ökotoxikologisch priorisierten Antibiotika eine mangelhafte Prognosefähigkeit aufweisen. Die unvollständige Abbildung kritischer Stoffströme, wie z.B. Frachtspitzen, führt insbesondere im Fall der ökotoxikologisch priorisierten Substanzen zu einer Minderung der Aussagekraft des auf Verschreibungsdaten beruhenden Prognoseansatzes. An diesem Punkt ist in zukünftigen Betrachtungen anzusetzen, um die Qualität von Verschreibungsdaten zu verbessern, potentiell nicht erfasste Emittenten in die Betrachtungen einzubeziehen, sowie die Dynamik der Rückhalte- und Eliminationsprozesse in der Kanalisation adäquat beschreiben zu können. Die ergänzende Betrachtung weiterer Anlagentechnologien (z.B. Festbettreaktoren) kann zur Bestätigung der am Beispiel der Kläranlage Dresden-Kaditz gewonnenen Ergebnisse beitragen bzw. Unterschiede bei der Elimination von Antibiotika das Potential, die Problematik der Antibiotika und anderer Mikroschadstoffe bereits während der Planung von Abwasseranlagen berücksichtigen zu können.:Abstract 2 Danksagung 1 Table of Contents 1 Chapter 1 – Introduction 1 Scope 1 Goals and structure 3 Approach and Methods 5 Chapter 2 – Representative input load of antibiotics to WWTPs: Predictive accuracy and determination of a required sampling quantity 11 Introduction 14 Materials and Methods 16 Results and discussion 24 Conclusion 38 References 39 Chapter 3 – Mass flow of antibiotics in a wastewater treatment plant focusing on removal variations due to operational parameters 41 Introduction 45 Materials and Methods 47 Results and discussion 52 Conclusions 65 References 66 Chapter 4 – Species-related risk assessment of antibiotics using the probability distribution of long-term toxicity data as weighting function – a case study 71 Introduction 74 Materials and Methods 75 Results and discussion 86 Conclusions and summary 93 References 95 Chapter 5 – Environmental risk assessment of antibiotics including synergistic and antagonistic combination effects 99 Materials and Methods 104 Results 113 Discussion 120 Conclusions and summary . 125 References 126 Chapter 6 – Results and conclusions 129 Individual results 131 Aggregation of results 133 Final conclusions 134 References 139 Annex 1 – Supplementary material Chapter 2 141 Annex 2 – Supplementary material Chapter 3 147 Annex 3 – Supplementary material Chapter 4 159 Annex 4 – Supplementary material Chapter 5 177

Mass flow models for gaseous media describe the relationship between gas flow through throttle elements depending on pressure, temperature and type of medium. These models are used to calculate pneumatic components, to simulate pneumatic systems or to plan facilities. The known flow models are verified for ideal gases, such those as according to ISO 6358-1 (International Standard ISO 6358- 1: pneumatic fluid power – Determination of flow-rate characteristics of components using compressible fluids: General rules and test methods for steady-state flow, 2013). But they fail with real gases, especially at higher pressures. The objective of this contribution is to recommend a simple-touse model for the mass flow calculation of real gases. The advantage of the C and b model is the use of only two parameters. A testbench for high pressure up to 300 bar was used for model verification with air and hydrogen. The Library for standard dry air and hydrogen up to 1000 bar was used for the state variables of the real gases. The parameters C and b are obtained, applied and verified in the state space of real gas. With the C and b parameter it is possible to simulate not only the single component (valve, throttle, nozzle and so on) but also the whole system with a complete system simulation, like such as hydrogen filling stations.

In order to contribute to reducing the CO2 emissions related to heating in housing buildings, PVT+GSHP systems appear to be interesting solutions and therefore need to be further investigated to optimise their design and increase their deployment on the field. This thesis focused on building PVT model, using the ISO9806:2017, to be integrated in a PVT+GSHP model and determining optimal PVT design parameters for this system. The most determining coefficient being the peak collector efficiency η0 it seems important to maximize it, which would mean a higher quality of solar energy collected by the collector.  The mentioned different coefficients need to be determined using labratory tests detailed in the ISO standard. The choice of the test conditions is important in order to increase the accuracy of the results, mainly when it comes to choosing the mass flow rate which should be clolse to the use conditions. If the PVT module is to be used with another mass flow rate, a correction factor would need to be applied to the coefficients to reflect the behaviour of the PVT in the use conditions.  Finding the optimal PVT array mass flolw rate is important as it enables greater energy saves. In the case presented in the thesis, a mass flow of about 60 l/(h.m²) seems to be the optimal value. A PVT oriented to the South would also guarantee higher saves. / För att bidra till att minska koldioxidutsläppen i samband med uppvärmning av bostadshus verkar PVT+GSHP-system vara intressanta lösningar och behöver därför undersökas ytterligare för att optimera deras utformning och öka deras användning på fältet. Denna avhandling fokuserade på att bygga en PVT-modell, med hjälp av ISO9806:2017, som ska integreras i en PVT+GSHP-modell och bestämma optimala PVT-designparametrar för detta system. Den mest avgörande koefficienten är den maximala solfångareffektiviteten η0 och det verkar viktigt att maximera den, vilket skulle innebära en större mängd solenergi som samlas in av solfångaren.  De olika koefficienterna måste bestämmas med hjälp av laboratorietester som beskrivs i ISO-standarden. Valet av testförhållanden är viktigt för att öka resultatens noggrannhet, främst när det gäller att välja massflödeshastigheten som bör ligga nära användningsförhållandena. Om PVT-modulen ska användas med ett annat massflöde måste en korrigeringsfaktor tillämpas på koefficienterna för att återspegla PVT-modulens beteende under användningsförhållandena.  Det är viktigt att hitta det optimala massflödet för PVT-modulen eftersom det möjliggör större energibesparingar. I det fall som presenteras i avhandlingen verkar ett massflöde på cirka 60 l/(h.m²) vara det optimala värdet. En PVT som är orienterad mot söder skulle också garantera högre besparingar.

This project was carried out for a Company in the mining and construction business, and focused on the development of a radar based material monitoring solution for conveyor belts. A minor prestudy showed that there are possible customer values related to material monitoring solutions for equipment relevant for the Company, and that such solutions using radar possibly can fulfil the application requirements. The main focus of the project was chosen based on this prestudy. The methods used were mainly experiments with the developed prototype, and a study of literature. The prototype was developed with an aim to measure mass flow and to monitor the material surface for deviances. Millimeter-wave pulsed coherent radar sensors were used, and data processing approaches included Kalman filtering. Results showed that mass flow can be calculated using the tested senors and data processing models, as the calculated mass flow was well in line with a belt scale reference, but that additional data is needed to prove consistency in the results. Results also showed that trends in the material surface can be observed in the radar data, indicating the possibilities to detect deviances. From a technical perspective, results and the possibilities for further development and improvement show that radar based solutions can be used for applications relevant for the Company. / Detta examensarbete genomfördes för ett företag inomgruv- och anläggningsbranschen och handlade om utvecklingen av en radarbaserad prototyp för mätningar av materialet på transportband. En mindre förstudie visade på möjliga kundvärden relaterade till sådana mätningar, samt att radar har potentialen att uppfylla kravspecifikationen för flera applikationer. Huvudfokuset för projektet valdes sedan utifrån denna förstudie. Metoderna som användes var främst experiment med den utvecklade prototypen samt litteraturstudier. Prototypen utvecklades med syfte att mäta massflöde samt att upptäcka avikelser i materialets yta. Radarsensorer med en frekvens på 60GHz användes, och för databehandling användes bland annat ett Kalman-filter. Resultaten visade att massflöde kan beräknas med de testade sensorerna och databehandlingsmodellerna, eftersom det beräknade massflödet låg i linje med referensdata från en bandvåg. Ytterligare data behövs emellertid för att visa hur resultaten påverkas av förändrade omständigheter, såsom storleken på fragmenten som mäts. Studien visade också att mönster i materialytan kan observeras i radardatan, vilket indikerar att det också är möjligt upptäcka avvikelser. Ur ett teknisktperspektiv visar resultaten och möjligheterna till vidareutveckling tillsammans att radarbaserade lösningar kan användas för applikationer relevanta för företaget.

The potential of Solid Oxide Fuel Cell Gas Turbine (SOFC/GT) hybrid systems for fuel flexibility makes this technology greatly attractive for system hybridization with various fuel processing units in advanced power generation systems and/or polygeneration plants. Such hybrid technologies open up the possibility and opportunities for improvement of system reliabilities and operabilities. However, SOFC/GT hybrid systems have not yet reached their full potential in term of capitalizing on the synergistic benefits of fuel cell and gas turbine cycles. Integrating fuel cells with gas turbine and other components for transient operations increases the risk for exposure to rapid and significant changes in process dynamics and performance, which are primarily associated with fuel cell thermal management and compressor surge. This can lead to severe fuel cell failure, shaft overspeed, and gas turbine damage. Sufficient dynamic control architectures should be made to mitigate undesirable dynamic behaviours and/or system constraint violations before this technology can be commercialized. But, adequate understanding about dynamic coupling interactions between system components in the hybrid configuration is essential. Considering this critical need for system identification of SOFC/GT hybrid in fuel flexible systems, this thesis investigates the dynamic performance of SOFC/GT hybrid technology in response to fuel composition changes. Hardware-based simulations, which combined actual equipment of direct-fired recuperated gas turbine system and simulated fuel cell subsystem, are used to experimentally investigate the impacts of fuel composition changes on the SOFC/GT hybrid system, reducing potentially large inaccuracies in the dynamic study. The impacts of fuel composition in a closed loop operation using turbine speed control were first studied for the purpose of simplicity. Quantification of safe operating conditions for dynamic operations associated with carbon deposition and compressor stall and surge was done prior to the execution of experimentation. With closed loop tests, the dynamic performance of SOFC/GT hybrid technology due to a transition in gas composition could be uniquely characterized, eliminating the interactive effects of other process variables and disturbances. However, for an extensive system analysis, open loop tests (without turbine speed control) were also conducted such that potential coupling impacts exhibited by the SOFC/GT hybrid during fuel transients could be explored. Detailed characterization of SOFC/GT dynamic performance was performed to identify the interrelationship of each fuel cell variable in response to fuel composition dynamics and their contributions to operability of the system. As a result of lowering LHV content in the fuel feed, which involved a transition from coal-derived syngas to humidified methane composition in the SOFC anode, the system demonstrated a dramatic transient increase in fuel cell thermal effluent with a time scale of seconds, resulting from the conversion of fuel cell thermal energy storage into chemical energy. This transient was highly associated with the dynamics of solid and gas temperatures, heat flux, heat generation in the fuel cell due to perturbations in methane reforming, water-gas shifting, and electrochemical hydrogen oxidation. In turn, the dramatic changes in fuel cell thermal effluent resulting from the anode composition changes drove the turbine transients that caused significant cathode airflow fluctuations. This study revealed that the cathode air mass flow change was a major linking event during fuel composition changes in the SOFC/GT hybrid system. Both transients in cathode air mass flow and anode composition significantly affected the hybrid system performance. Due to significant coupling between fuel composition transitions and cathode air mass flow changes, thermal management of SOFC/GT hybrid systems might be challenging. Yet, it was suggested that modulating cathode air flow offered promise for effective dynamic control of SOFC/GT hybrid systems with fuel flexibility. / Thesis / Doctor of Philosophy (PhD)

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La diminution de la cylindrée ou le downsizing du moteur est potentiellement l'une des stratégies les plus efficaces pour améliorer la consommation de carburant et diminuer les émissions polluantes. Dans le domaine de la suralimentation, la simulation est limitée par les caractéristiques de fonctionnement des turbines fournies par les constructeurs. Une extrapolation précise et fiable des cartographies turbine est donc l’objectif de cette thèse. Une étude expérimentale sur une turbine radiale d’un turbocompresseur est effectuée avec différentes techniques pour mesurer la cartographie turbine la plus large possible. Les mesures sont effectuées sur un banc turbocompresseur classique avec différentes températures d'entrée turbine. Puis une technique de gavage en entrée et en sortie compresseur est testée. Le compresseur est ensuite remplacé par un autre compresseur à roue inversée qui peut aider la turbine à tourner et même l’entrainer. Les débits les plus faibles et même les débits négatifs sont mesurés. Un banc turbine électromécanique a également été développé, mais n’a pas pu donner de résultats satisfaisants à cause de problèmes techniques mais des évolutions à venir restent prometteuses. Les diverses techniques expérimentales testées ont aussi permis de mesurer le rendement isentropique de la turbine et le rendement mécanique du turbocompresseur. Finalement, plusieurs modèles d’extrapolation des courbes caractéristiques turbine ont été testés et confrontés aux résultats expérimentaux. / Engine downsizing is potentially one of the most effective strategies being explored to improve fuel economy and reduce emissions. In the field of turbocharging,simulation is limited by the operating characteristics of turbines supplied by the manufacturers. An accurate and precise extrapolation of the turbine performance maps is the main aim of this study. An experimental study was done on a radial turbine of a turbocharger with different techniques to measure the wider turbine performance map possible. Measurements were done on a classic turbocharger test bench with different turbine inlet temperatures. Then air was blown to the compressor inlet and exit: it is the compressor “gavage”. The compressor is then replaced with another one with are versed rotor: this compressor can help the turbine turn and even drive it itself. The lowest mass flow rates are measured even the negative ones. An electromechanical turbine test bench was developed but did not work correctly because of technical problems but future developments are promising. The various experimental techniques used allowed also the measurement of the turbine isentropic efficiency and the turbocharger mechanical efficiency. Finally, many extrapolation models of the turbine performance maps were tested and compared to the experimental results.

För att kunna prediktera fel under processen precisionsgjutning, används simulering som ett verktyg att bestämma hur detaljer skall gjutas. Det finns flertalet parametrar som är möjliga att manipulera eller ändra. För att komma så nära ett verkligt scenario som möjligt behöver dessa parametrar optimeras mot verkligheten. Syftet med detta arbete är att analysera faktorer som påverkar värmeöverföring för att sedan presentera optimeringsförslag åt TPC Components AB mot de gjorda mätningarna. Detta görs för att kunna förutsäga till exempel hur snabbt ett föremål kyls i processen och hur det påverkar det slutgiltiga resultatet. Resultat från de optimerade simuleringarna jämförs mot ett praktiskt försök och även TPC Components tidigare standard utvärderas mot arbetets optimerade simuleringar. En viktig fråga är att undersöka varför simuleringsprogrammet inte blir identiskt med verkligheten och hur detta undersöks. Känslighetsanalyser utgör därmed en stor del av arbetet och det är av vikt att undersöka enskilda parametrar för att få en uppfattning om vad som påverkar resultatet och vad som går att bortse från. Resultatet av arbetet visar att ändrade parametrar för indata vid precisionsgjutning i TPC Components AB:s vakuumprocess har resulterat i en mer pålitlig simulering. Simuleringen bygger nu på vetenskapliga bevis och faktiska uppmätningar under processen för att kunna simulera så likt verkligheten som möjligt. Arbetet resulterar i att färre gjutförsök innan godkänt tillvägagångssätt för nya detaljer behövs, då simulering kommer att visa resultat närmare verkligheten. Arbetet har förbättrat TPC Components simuleringsarbete vilket kommer påverka både arbetstid, kostnader och miljö på ett positivt sätt. / Simulation of investment casting play a big role for prediction of problems in the process. TPC Components AB need their simulations to be optimised against the practical process in order to get results as close as possible to the results from real practice. This thesis is mapping the parameters sensitivity against TPC’s earlier standards to put forward what parameters the result is depending on. The optimization of the parameters is towards measurement of heat and time and practical trial in order to get a scientific ground. The heat transfer for complicated structure needs to be simulated in order to get a reasonable value to work with. Results shows that TPC’s earlier model of simulation have lack of measurement and important parameters are based on assumptions. The work done gave TPC a model closer to the real practice which can both mean faster decisions of how to cast new products and less costly practical trials.