A series of former small scale experiments on unstable gas lift conducted at the NTNU multiphase laboratory have become subject to numerical simulations with two different multiphase one-dimensional flow simulators. In the experimental setup the injected gas accumulates in a riser inlet bend configuration and then discharges into the riser due to expansion driven flow acceleration in the riser. This gives a cyclic flow, resulting in unstable production with characteristics similar to those associated with density wave instability. No similar experimental contributions have been found in the literature. Simulations with and without slug tracking have been performed with the commercially available simulator OLGA. The simulations without slug tracking have been conducted on a fine grid with a cell length in the order of one pipe diameter, thus representing a slug capturing approach. The OLGA simulations with slug tracking have been conducted on a coarser grid. The SLUGGIT simulator is a non-commercial in-house NTNU slug tracking simulator based on a moving grid formulation. This simulator exists in several versions which are all implemented in C++ by use of object oriented techniques. One of these versions has been modified to handle a gas source at any location along the pipeline. Both OLGA without slug tracking as well as the SLUGGIT have proven capable of reproducing the unstable expansion driven flows shown inthe experiments.

Flerfasestrømning er et komplekst forskningsområde med mange usikkerheter. Kompleksiteten gjør at litteraturen består av mange modeller med vilt forskjellige innfallsvinker for hvordan fasefraksjoner, trykkfall og strømningsmønsteroverganger i slike strømninger skal modelleres. Forskjellene mellom disse modellene gjør at det er et behov for en enkel måte å sammenligne de med hverandre og med eksperimentelle data. I denne oppgaven er et rammeverk og et program som muliggjør slike sammenligninger planlagt, skrevet og dokumentert.Ved oppgavens start eksisterte det et program for MATLAB laget av en tidligere masterstudent for beregning av flerfase strømningsmodeller. Programmets funksjoner var nokså begrenset og kildekodens dårlige kvalitet gjorde det vanskelig å legge til nye modeller. Målet var derfor å lage et program og rammeverk fra grunnen av i C++ med større fleksibilitet, større grad av objektorientering og bruk av moduler. En tredeling ble derfor valgt med et hovedprogram som tar imot inn-data, sender disse til beregningsprogramtilleggene og viser resultatene, et sett med uavhengige programtillegg hvor alle beregninger foregår og til slutt et støttebibliotek for å koble sammen de to førstnevnte delene.Grensesnittene mellom hovedprogrammet og programtilleggene er slike at nye programtillegg kan utvikles uten endringer i kildekoden til hovedprogrammet. Etter at et programtillegg er lagt i korrekt mappe vil hovedprogrammet automatisk laste inn dette ved neste programstart og beregninger kan utføres med en gang.Fem forskjellige typer programtillegg for ulike beregninger er støttet, disse står for beregning av friksjon mellom fasene og veggen, slipp-forhold, utregning av regimeoverganger og beregningsmetoder for hvert av regimene. Resultatet er et fleksibelt program som raskt kan utføre mange typer beregninger og sammenligninger.

Denne rapporten fokuserer på en eksperimentell undersøkelse av fase inversjon for olje-vann blandinger. Undersøkelsen har blitt utført ved batch forsøk og direkte strømnings forsøk (uten å øke den dispergerte fasen), og både rå-olje og modell-olje har blitt brukt. Når modell-olje har blitt brukt, har også hydrofobe surfaktanter blitt brukt for å prøve å få oljen til å oppføre seg som en rå-olje og forsøke å kontrollere inversjons prosessen. Spesiell fokus har blitt rettet mot formasjon av multiple emulsjoner (w/O/W), og hvordan dette kan føre til fase inversjon. Visuelle bevis er presentert. Den første delen av denne rapporten er teoretisk, og inneholder den nødvendige teorien for å kunne tolke de eksperimentelle resultatene. Den inneholder også en beskrivelse av det eksperimentelle oppsettet som er brukt, og hvilke forsøk som er utført. Den siste delen av rapporten inneholder en seksjon med resultatene fra forsøkene. Denne delen inneholder trykkfall kurver, korde lengde målinger, visuelle bevis, og en samling av oppdagede, eller bekreftede relasjoner fra de utførte batch forsøkene. Resultatene er diskutert og konklusjoner er gjort, basert på det eksperimentelle arbeidet og eksisterende teorier. Resultatene er drøftet og det er konkludert med at fase inversjon kan skje i direkte strømnings forsøk med råolje (fra Grane feltet) som et resultat av at det dannes multiple emulsjoner over tid. Ved å bruke en korrekt mengde surfactant kan dette også skje når man bruker modell olje (Primol 352).Det blir også konkludert med at Cryo ESEM tekonologi kan bli brukt til å dokumentere formasjonen av multiple emulsjoner med større sikkerhet enn ved metoder brukt i tidligere arbeid forfatterne kjenner til.

Denne rapporten fokuserer på en eksperimentell undersøkelse av fase inversjon for olje-vann blandinger. Undersøkelsen har blitt utført ved batch forsøk og direkte strømnings forsøk (uten å øke den dispergerte fasen), og både rå-olje og modell-olje har blitt brukt. Når modell-olje har blitt brukt, har også hydrofobe surfaktanter blitt brukt for å prøve å få oljen til å oppføre seg som en rå-olje og forsøke å kontrollere inversjons prosessen. Spesiell fokus har blitt rettet mot formasjon av multiple emulsjoner (w/O/W), og hvordan dette kan føre til fase inversjon. Visuelle bevis er presentert. Den første delen av denne rapporten er teoretisk, og inneholder den nødvendige teorien for å kunne tolke de eksperimentelle resultatene. Den inneholder også en beskrivelse av det eksperimentelle oppsettet som er brukt, og hvilke forsøk som er utført. Den siste delen av rapporten inneholder en seksjon med resultatene fra forsøkene. Denne delen inneholder trykkfall kurver, korde lengde målinger, visuelle bevis, og en samling av oppdagede, eller bekreftede relasjoner fra de utførte batch forsøkene. Resultatene er diskutert og konklusjoner er gjort, basert på det eksperimentelle arbeidet og eksisterende teorier. Resultatene er drøftet og det er konkludert med at fase inversjon kan skje i direkte strømnings forsøk med råolje (fra Grane feltet) som et resultat av at det dannes multiple emulsjoner over tid. Ved å bruke en korrekt mengde surfaktant kan dette også skje når man bruker modell olje (Primol 352).Det blir også konkludert med at Cryo ESEM tekonologi kan bli brukt til å dokumentere formasjonen av multiple emulsjoner med større sikkerhet enn ved metoder brukt i tidligere arbeid forfatterne kjenner til.

SammendragAnalyse av konsekvenser ved tiltak for bygging av hus med særlig lavt energiforbrukDenne oppgaven er knyttet til planlegging og utvikling av lavenergi bolighus. Spesielt gjelder dette de nye kravene som ersatt i den norske standarden NS 3700:2010 Kriterier for passivhus og lavenergihus - Boligbygninger. Standarden er utviklet forsertifisering av tre forskjellige klasser med lavenergiboliger for norske forhold. Denne oppgaven omhandler i hovedsakpassivhusspesifikasjonen, som er den strengeste klassifiseringen.Det er blant annet utført beregninger på forholdet mellom energibruk og gulvareal. Disse tyder på at varmetransport vedtransmisjon er den dominerende parameter for energitap i et lavenergibygg, på samme måte som for en normal standard bygning.Dette innebærer at den lineære korreksjon for energibehov som er gjort i NS 3700 vil lette kriteriene for å kvalifisere små bygningermed samme bygningsstandard som større bygninger. Likevel, siden beregningene viser at forholdet mellom gulvflate og spesifikkenergibruk ikke er lineært, vil kravene være strengere for små bygninger.Standarden gjør videre bruk av lokale klimadata for kontrollberegninger mot energikravene. Da det er mangel påstandardiserte timebaserte data for de fleste norske steder, er det i dette arbeidet undersøkt hvordan interpolerte data, generert fraulike klimadatabaser, samsvarer med standardiserte offisielle værdata. Undersøkelsene viser at de interpolerte dataene avviker frastandardiserte måledata, spesielt for dimensjonerende forhold. Dette indikerer at energiberegninger med lokale timebaserteklimadata blant annet kan underestimere bygningens oppvarmingsbehov.For kravene til netto oppvarmingsbehov er det også gitt en klimakorreksjon basert på årsmiddeltemperatur for angittlokalisering. Undersøkelser på ulike klimasteder viser at denne gjennomsnittsbaserte parameteren ikke er den beste indikatoren pågitt varmelast for ulike lokaliseringer. Beregningene viser også at det er mulig å sertifisere en passivkvalifisert bygning for Osloklimaogså i kaldere klima.Det er videre undersøkt varmtvannets andel av varmebehovet i en lavenergibygning og effekten av varmegjenvinning avventilasjonsluft. Disse undersøkelsene viser at varmtvann representerer det dominerende energibehovet i energieffektive boliger,samt viktigheten av fungerende varmegjenvinningssystemer med høy virkningsgrad.Avslutningsvis konkluderes arbeidet med at den nye standarden er mer fokusert på detaljerte spesifikasjoner enn denoriginale standarden og implementeringene i Sverige og Finland. Likevel er de resulterende kravene til oppvarmingsbehov mindrekrevende enn for de andre nordiske standardene med tilsvarende bygningsutforming og klima, og varierer ikke alltid forutsigbart forde ulike forhold.Una Myklebust Halvorsen, Trondheim juni 2010

In a refrigerated seawater (RSW) system using carbon dioxide (CO2) as the refrigerant, a variable bypass valve was installed in front of a suction gas heat exchanger (SGHX). A simulation tool was developed and utilized to optimize the systems transcritical performance (COP) with respect to the gas cooler pressure and choke valve inlet temperature for cooling and combined cooling and water heating. The simulations indicate that the RSW system performance can be increased compared to running a system with a traditional non-variable suction gas heat exchanger, but only when the cooling water temperatures are high (above ~25°C) or where air is used as the cooling medium, for instance commercial or mobile refrigeration. It is strongly recommended that a system to be used for simultaneous cooling and heating should have an improved design compared to the current setup, as this mode of operation shows low cooling capacity and poor energy efficiency.

This thesis gives a detailed evaluation of the integration of power plants and post-combustion CO2 capture based on absorption. The study looks at natural gas combined cycles and pulverized coal power plants. Also the absorption process has been evaluated separately, aiming at reducing energy requirements in the capture process. In the first part of the thesis a theoretical part was given on fundamentals of CO2 capture by absorption, power generation, and process integration. Based on this theory, several case studies were defined for each of the three main processes. Simulation models were built accordingly and investigated. Simulation results from the capture process showed that there was a reboiler energy saving potential of 29% and 27% for NGCC and PC plant, respectively, when including vapor compression and absorption intercooling in the capture process. Another interesting observation made was reduced cooling duty in the overhead condenser of the stripper when applying vapor compression.Analysis of steam extraction from the NGCC plant showed it was possible to cover 1 MJ/kg CO2 directly from the HRSG. This steam can be provided directly from the LPB. For duties above 1 MJ/kg CO2 a secondary extraction point was required. In this study the IP/LP crossover was considered the most appropriate point to extract the remaining steam. The efficiency penalty when integrated with the different CO2 capture cases ranged from 7-8%, giving a net plant efficiency of 49.6-50.5%. At part load it was shown that the LPT should be throttled in order to secure constant pressure at the extraction point.For the PC plant the feedwater heat system showed potential in terms heat recovery in the return stream from the capture process. By integrating the return stream with FWH2, energy savings of 11.9% compared to the base case plant were found. Also it was found that the IP/LP crossover pressure should be set to 4.5 bar, since the IPT has the highest efficiency and therefore power production in this unit should be maximized. The final results for the PC plant efficiency range from 30-31.7% and the percentual efficiency penalty was 10-11.7% for the four capture case studies. As was the case for the NGCC plant, the LPT should be throttled when operating at part load.

Hammerfest LNG plant, located at Melkøya outside Hammerfest, is supplied with heat and power from an on-site combined heat and power (CHP-) plant. This natural gas fired CHP emits more than one million tons of CO2 per year, which makes it one of Norway’s largest point emissions. Melkøya is therefore of large interest when it comes to reducing the national CO2 emissions. Previous work has identified import of renewable electricity from the national grid to power the LNG plant as the most promising solution to reduction in the CO2 emissions from Melkøya.This report assesses different heat generation alternatives when co-generation is no longer applicable, in order to find the optimal solution for Melkøya, with respect to CO2 emission and operability. The most promising alternatives were subject to simulation, where CO2 emission, fuel/ power demand etc. were identified.Heat pumps are found to be the thermodynamically most favourable alternative. It is not able to cover the entire heat demand at Melkøya, but used in combination with other methods of heat generation, the result is significantly reduced fuel and power consumption, as well as CO2 emissions.Further investigation of use of heat pumps as heat providers at Melkøya is therefore recommended.

Det er gjennomført målinger av energibruken til ulike formål i fem leiligheter i Løvåshagen borettslag i Bergen. Tre av leilighetene er av lavenergistandard, mens de to siste er av passivhusstandard. Hovedmålsetningen med oppgaven har vært å framskaffe data for virkelig energibruk i norske passiv- og lavenergihus, slik at det kan gjøres sammenligninger med planlagte verdier. Resultatene viser til dels store variasjoner i energiforbruket i leilighetene. Energiforbruket til oppvarming av varmt tappevann var blant energipostene som viste størst variasjoner. I en av passivhusleilighetene var tappevannsforbruket omtrent dobbelt så stor som i enkelte av lavenergileilighetene. Energitilskuddet fra solfangerne i passivhusleilighetene så også ut til å være mindre enn forventet.Energiforbruket til ventilasjon viste seg å være markant større i lavenergileilighetene enn i passivhusleilighetene. Årsaken til dette er ulikt ventilasjonsaggregat i de to leilighetstypene. Årlig spesifikt energiforbruk i leilighetene er blitt estimert på grunnlag av måleresultatene. Energiforbruket i de to passivhusleilighetene ville gitt henholdsvis karakter C og D på energimerkeskalaen, mens lavenergileilighetene trolig ville endt opp med karakteren C. Forbruket ser generelt ut til å ligge over det som var forventet. Dette gjelder spesielt for leilighetene av passivhusstandard.De store variasjonene i det totale energiforbruket og variasjonen i forbruket til oppvarming av varmt tappevann, viser at energiforbruket i passiv- og lavenergihus i stor grad er brukeravhengig.

Rapporten tar for seg design, bygging og utføring av målinger på en forsøksrigg som skal simulere en passiv varmeveksler til bruk i subsea varmeveksling. Målet med forsøkene er å undersøke varmeovergangen ved forskjellige rørtemperaturer og vannstrømninger.Forsøksriggen som blir designet og bygget består av et vertikalt rør plassert i en vannrenne som har justerbar vannhastighet. Røret blir varmet opp ved hjelp av termoelementer og avgir varme til vannet rundt. Rørveggtemperaturen blir målt ved forskjellige effekter for å finne varmeovergangstallene.Målingene fra forsøkene stemmer godt overens med teorien for naturlig konveksjon ved stillestående vann, men avviker fra teorien allerede ved liten vannhastighet. De målte varmeovergangstallene ved strømning er mye høyere enn de teoretiske beregnede varmeovergangstallene for naturlig og tvungen konveksjon.Det blir oppdaget store usikkerhetsmomenter ved modellen, der hovedproblemet er ujevn varmefluks. Det antas også at det er stor usikkerhet i strømningshastighetsmålingene.På grunn av usikkerhetsmomentene blir det anbefalt å jobbe videre med modellen for å eliminere disse, eller å bygge en ny modell basert på erfaringene fra denne rapporten.