No description available.

Med stigande elpriser har det blivit allt viktigare att effektivisera processer som använder sig av elektricitet. Ett område inom pappers- och massaindustrin med stora möjligheter till besparing av elenergi är pumpning. I ett tidigare projekt genomfört av värmeforsk har ett Excelbaserat program för att analysera hela system av pumpar och förbrukare tagits fram. Programmet heter PumpAnalys och med hjälp av detta skall onödigt höga tryck och onödiga strypningar i system gå att visualisera på ett enkelt sätt. Systemet som analyserat är det såkallade sekundärvärmesystemet vid Iggesunds Bruk, vilket har till uppgift att tillvarata värme från terpentin- och tunnlutsflöden.   Den största besparingspotentialen har inte bestått i resultat från PumpAnalys utan i de låga verkningsgraderna (28-65%) hos de pumpar som ingår i systemet. Diagrammet i figur 1 visar energiåtgången i systemet i nuläget samt efter de tre olika effektiviseringsförslagen som tagits fram. Mellan nuläget och förslag 1 har enbart nya pumpar med bättre verkningsgrader föreslagits medan det i förslag 2 och 3 finns med trycksänkning hos startpumpen samt montering av fler pumpar.   Skillnaden i besparing mellan förslag 1 och 2 är marginell trots att en extra tryckförstärkarpump monterats. I förslag 3 ger två extra tryckförstärkarpumpar upphov till ytterligare besparing. Om Effektiviseringsförslag 3 genomförs blir besparingen 612 MWh/år, vilket motsvarar ca 50 % av nuvarande energianvändning i systemet. Denna besparing motsvarar ca 305 000 kr/år. Dock står tryckförändringen endast för ca 131 MWh/år (ca 20 %) av besparingen medan förbättrade verkningsgrader hos pumparna står för resterande besparing. På grund av den extra kostnad som inköp av ytterligare två tryckförstärkarpumpar i förslag 3 åstadkommer är det främst på förslag 1 som fokus för genomförande bör vara. / With rising electricity prices, it has become more important to increase efficiency of processes that use electricity. A place in the pulp and paper industry with high potential for saving of electric energy is pumping. In a previous project conducted by värmeforsk has an excel-based program to analyze systems of pumps and consumers been developed. The program is called PumpAnalys and by using this program it’s possible to visualize excessive and unnecessary pressure throttling in the system in a simple manner. The analyzed system is the so-called secondary heat system at Iggesunds bruk, which is used for recycling heat from turpentine and black liquor flows. The biggest savings have not been a result from PumpAnalys but from the low efficiency (28-65%) of the pumps included in the system. The diagram in Figure 1 shows the energy consumed in the system at present and after the three different efficiency increasing recommendations. The only difference between the present situation and suggestion 1 is that new pumps with better efficiencies have been installed instead of the old ones. In suggestion 2 and 3 the pressure differences over the pumps has been altered and more pumps have been installed. The difference between suggestions 1 and 2 is marginal, despite the extra booster pump. Two additional booster pumps in suggestion 3 cause additional savings. If efficiency suggestion 3 will be implemented it will save 612 MWh / year, representing about 50% of current energy use in the system. This saving is equivalent to approximately 305 000 SEK / year. However, pressure alteration only stands for about 131 MWh / year (about 20%) of savings while the improved efficiencies of pumps account for the rest. As a result of the additional cost of purchasing two additional booster pumps in suggestion three, the focus should be mainly on suggestion one.

No description available.

Examensarbetet är utfört på uppdrag av Scandymet AB. Huvudsyftet med arbetet är att undersöka om deras kalkylprogram överdimensionerar tryckfallet vid produktionen av värmeväxlare. Scandymets värmeväxlare används ofta i tuffa industrimiljöer och har höga krav på effektivitet för uppvärmning eller nedkylning, samt att materialet är korrosionsbeständig. För att utföra denna undersökning konstruerades en flödesrigg som hanterar uppvärmning och cirkulation av varmvatten. Till flödesriggen konstruerades även en datalogger, som via en Arduino Uno samlar in information från temperatur- och tryckgivare.  Scandymet har tillverkat fyra olika modeller av värmeväxlare som undersöktes med olika hastigheter på värmebäraren. Ett Exceldokument behandlar informationen på minneskortet och beräknar det laborativa tryckfallet för varje testomgång. Det laborativa resultatet jämförs därefter med företagets kalkylark som kontroll beräknas teoretiskt i ett separat Exceldokument. Sammanställningen resulterar i att kalkylarket överdimensionerar tryckfallet med 26–53% beroende på modell av värmeväxlare och hastighet. För att utreda överdimensioneringen analyseras kalkylarket, där det visade sig att faktorerna för tryckstötmotståndet ζ och rörfriktionskoefficienten λ har antagits vara betydligt högre än vad empiriska data visar.

SAAB Dynamics producerar och utvecklar flertalet produkter som innehåller krutraketmotorer. Krutraketmotorers prestanda är kraftigt beroende av en effektiv upptändning och det är önskvärt att kunna prediktera detta förlopp numeriskt med god noggrannhet. Ingen etablerad simuleringsmetodik existerar i dagsläget. Detta examensarbete är ett första steg mot att undersöka hur anfyrningsförloppet kan modelleras med Computational Fluid Dynamics. Den komersiella mjukvaran Ansys Fluent har använts som simuleringsverktyg. Anfyrningsförloppet är ett transient förlopp och involverar flertalet komplicerade värmeöverföringsmekanismer. Några av de viktigaste mekanismerna är konvektiv värmeöverföring från anfyrningsgaser, värmeledning från anfyrningspartiklar och termisk strålning från både gaserna och partiklarna. Tre modeller presenteras. De modellerar en approximativ geometri från tidigare experimentella undersökningar och simulerar 2,4 millisekunder av anfyrningsförloppet. Inga kemiska reaktioner modelleras. Modell 1 simulerar konvektiv värmeöverföring från heta förbränningsgaser. Modell 2 inkluderar termisk strålning från förbränningsgaserna som modelleras med Planck-medelvärdes absorptionskoefficienter och Discrete Ordinates modellen. Totalt värmeflöde och slutgiltig temperaturfördelning längs krutranden redovisas. Modellerna predikterar liknande värmeflöden och temperaturfördelningar, med något förhöjda nivåer för modell 2. Ett experimentellt uppmätt tryck används för att validera trycknivåer i simuleringarna. Fysikalisk rimlighet av anfyrningsgasens temperatur bedöms även med den adiabatiska flamtemperaturen. Båda modeller presterar väl med avseende på dessa mått. En tredje modell som försöker modellera anfyrningspartiklar med hjälp av Discrete Phase Model presenteras även. Modellen anses inte tillförlitlig då den lider av numeriska problem för det simulerade fallet. Avslutningsvis diskuteras felkällor och fortsatt arbete för samtliga modeller. / SAAB Dynamics produces and develops several products that use solid-propellant rocket engines. The performance of these rocket engines is heavily dependant upon an efficient ignition. It is desirable to be able to predict this sequence numerically with good accuracy. No established simulation methodology exists as of today however. This master thesis is a first step towards the investigation of how the initial ignition sequence can be modelled using Computational Fluid Dynamics. The commercial software Ansys Fluent has been used as a tool for simulation. The initial heat transfer during ignition is a transient sequence and involves several complex heat transfer mechanisms. Some of the most important ones include convective heat transfer from ignition gases, conduction from ignition particles as well as thermal radiation from both the gases and particles. Three models are presented. They model an approximate geometry from earlier experimental investigations and simulate 2.4 milliseconds of the initial ignition sequence. No chemical reactions are modelled. Model 1 simulates convective heat transfer from hot ignition gases. Model 2 includes thermal radiation from the ignition gases that is modelled using Planck-mean absorption coefficients and the Discrete Ordinates model. Total heat transfer rates and final temperature distributions along the surface of the propellant are reported. The models predict similar total heat transfer rates and final temperature distributions, with somewhat elevated levels for model 2. An experimentally measured pressure is used to validate the simulated pressure levels. Physical validity is also evaluated by comparing the temperature of the ignition gas to the adiabatic flame temperature. Both models perform satisfactorily with regards to these metrics. A third model that attempts to model the ignition particles using the Discrete Phase Model is also presented. The model is deemed unreliable due to numerical problems for the simulated case. Finally sources of error and possible future work is discussed.

Att minska energianvändningen är något det pratats mer och mer om de senaste åren. Det finns olika sätt att minska energianvändningen på och ett av dessa är att återvinna värmeenergi. Det kan gälla både spillvärme och nyttig värme. Detta går att tillämpa i industrin, transportsektorn, hushåll och till vardags. Gemensamt för dessa processer är att det används stora mängder energi vilket till stor grad består av förluster till omgivningen eller att processerna inte optimeras. På senare tid har det forskats kring teknologi som kan ta vara på denna värmeenergi och på så vis minska förlusterna. En teknologi för detta är termoelektriska generatorer (TEG) som bygger på Seebeckeffekten för att generera elektricitet från temperaturskillnader. När ett TEG-element utsätts för värme på en sida och kyla på den andra sidan så genereras en elektrisk spänning. En elektrisk ström och effekt kan tas ur kretsen om elementet kopplas till en elektrisk last. Materialet i elementet består av halvledarmaterial med låg värmeledningsförmåga och en hög elektrisk ledningsförmåga. Teknologin har funnits länge men aldrig tillämpats i någon större grad. Nu på senare år har intresset ökat och kommersiella produkter med TEG-element har tagits fram. I detta arbete har en sådan produkt testats för att se hur lämpligt det skulle vara att använda dessa vid hushåll som inte är anslutna till elnätet och har en vedkamin för uppvärmning. TEG-enheten testas på en värmeplatta där ställbara temperaturer är möjliga för att testa prestandan vid temperaturerna 150° C, 200° C och 230° C. En krets sätts ihop för att kunna mäta av värden på spänning och ström vid olika laster som sätts med resistorer. Mätningarna görs med en ökning på 0,1 A vid varje mätning. Resultatet från dessa tester visar att maximal effekt på 14 W uppnås hos produkten vid 230° C. När modifiering av produkten görs för att öka temperaturskillnaden uppnås 17,8 W vilket tyder på att effekten ökar när delta T ökar. Den spänning som uppnås vid öppen krets var som högst 31 V och vid maximal effekt var den 17,8 V. Strömmen var då 1 A. De resultat som testerna gav levde inte upp till de 25 W som produkten sägs kunna ge. Produkten saknar även viktiga komponenter så som spänningsreglerare.Det går av både teori och tester avgöra att det är ett lämpligt sätt att använda sig av TEG-enheter för att generera små mängder elektricitet vid hushåll utan koppling till elnätet. / In recent years the topic of reducing the energy usage has been on the agenda. There are several ways of reducing the energy usage and one of these is to recycle heat energy. It could be both waste heat and useful heat. This can be implied to the industry, transport sector, households and on daily activities. The common factor between these is that large quantities of energy is used and to a large extent consists of losses to the surrounding or from processes that are not optimized. In recent time there has been done research around technology that can recycle and use this heat energy and in return reduce the energy usage. One technology to do this is thermoelectric generators (TEG) that are implementing the Seebeck effect to generate electricity from temperature differences. When a TEG-element have one side that is exposed to a heat source and one side being cooled down an electric voltage is being generated. An electric current and power can then be used from the circuit if the element is connected to an electric load. The material in the element exists of semiconductive materials with low heat conductivity and high electric conductivity. The technology has existed for a long time but has never been implemented to a larger extent. It is only in recent years that the interest has grown and some commercial products with TEG-elements has been developed. In this thesis one of these products has been tested to see how viable it would be to use these within a household that is not connected to the electrical grid and where the house is heated with a wood-burning stove. The TEG-product is tested on a heat plate where it is possible to set a desired temperature. The temperatures of 150° C, 200° C and 230° C are chosen for testing the performance of the product. A circuit is put together to be able to read the values of the voltage and current at different loads that are set with resistors. The measurements are done with an increase of 0,1 A for every measurement. The result from these tests shows that the maximum power of 14 W is achieved at 230° C on the hot side. But when modification of the product is made to increase the temperature difference a value of 17,8 W is attained. This indicate that the power is increasing when the temperature difference is increasing. The attained voltage at open circuit was as highest 31 V and at maximum power it was 17,8 V. The current was then 1 A. The results that the testing gave did not match the value of 25 W that the datasheet says the product can deliver. Also, the product is missing important components such as voltage regulator.It is possible from both the theory and the testing to see that it is suitable to use a TEG-product to generate small amount of electricity to households that are not connected to the electrical grid.

Background Nuclear reactors utilizing molten fuels rather than solid fuels show a massive advantage in energy yield, waste handling and safety features. The only successful reactor utilizing a molten fuel was called the ‘Molten Salt Reactor Experiment’ (MSRE), built and operated in the Oak Ridge national laboratory (ORNL) in Tennessee, U.S.A. during the 1960s. The molten salts in question are fluoride compounds under the name of “FLiBe”. In this thesis, the heat exchangers of the MSRE are modelled and simulated, with the aim to test whether current computational fluid dynamics (CFD) software and mathematical models can accurately predict molten salt heat transfer behaviour.  Methods All programs used are open-source and/or free-access to facilitate open collaboration between researchers in this growing field. All models and findings produced in this thesis are free to use for future research. The program Onshape was used to draw CAD-models based on hand-drawn technical documents released by ORNL. Several programs, e.g., Simscale and Salome, were used to create high detailed meshes of the heat exchangers. The CFD software Simscale and OpenFOAM have been used to simulate the heat exchangers, using the 𝑘 − 𝜔 𝑆𝑆𝑇 Reynolds averaged Navier-Stokes (RANS) turbulence model to perform a multiregion conjugate heat transfer (CHT) analysis. The program Paraview has been used for all post-processing on the large datasets.  Results A working toolchain with open-source programs for CFD has been identified. Highly detailed, full-scale and accurate CAD-drawings of the two heat exchangers have been produced. Models have been finely meshed, containing tens of millions of cells, with good quality measures. The simulations produced physically sound and valuable data: Great heat transfer predictive capability with high accuracy to the data presented by ORNL. Pressure data showed a consistent over-prediction with a factor of ~2. Possibility of error within the MSRE measurement.  Conclusions CHT using modern turbulence methods work well for the intended purpose and can be used by industry to simulate molten salt heat transfer. Open-source programs perform well and can be used by researchers to share ideas and progress. Doubts around certain measurements from the MSRE, showing large uncertainties. Future projects have been outlined to continue the work performed in this thesis. Molten salt reactors show fantastic promise as an energy generation method and should be seriously considered for the future of clean, reliable energy.