Diss. (sammanfattning) Uppsala : Univ., 2003. / Härtill 6 uppsatser.

Diss. (sammanfattning) Uppsala : Univ., 2003. / Härtill 7 uppsatser.

Szilárdmaskinen har länge förbryllat många fysiker. Det verkar som att det är möjligt att utvinna arbete enbart från värme. Något som enligt termodynamikens andra lag ska vara omöjligt. För att förklara hur Szilárdmaskinen fungerar behövde fysiker använda sig av informationsteori. Med kombinationen av termodynamik och informationsteori var det möjligt att rädda termodynamikens andra lag. Under de senaste åren har ett nytt teoretiskt ramverk utvecklats för att förklara termodynamiska fåpartikelsystem. Detta forskningsområde kallas för stokastisk termodynamik och ska visa sig mycket användbar för analyser av Szilárdmaskinen. I detta arbete användes Markovkedjor för att simulera Szilárdmaskinen genom en brownsk partikel i en tidsberoende potential. Först undersöktes möjligheten att utvinna arbete från Szilárdmaskinen. Sedan jämfördes de simulerade värdena med informationstermodynamik för att undersöka hur bra simulationen stämmer överens med teorin, exempelvis den generaliserade Jarzynskilikheten. Szilárdmaskinen lyckas under kontrollerade förhållanden att utvinna arbete och simulationsresultaten stämmer bra överens med teorin vilket stödjer kopplingen mellan stokastisk termodynamik och informationsteori. Det leder till intressanta slutsatser som exempelvis en modifiering av termodynamikens andra lag. Arbetet har även studerat hur Szilárdmaskinen påverkas av systemets egenskaper. Temperaturen i maskinen påverkar partikeln så att bara vissa intervall av temperaturer gör Szilárdmaskinen verkningsbar. Det visar sig också att processen som utgör Szilárdmaskinen måste vara tillräckligt långsam för att det ska vara möjligt att utvinna arbete.

The thesis starts by giving a motivation to materials modeling as a way to increase profitability but also a possibility decrease the environmental impact. Fundamental concepts of relevance for this work are introduced, this include the materials genome, ICME and of course the CALPHAD method. As a demonstration promising results obtained by an ICME approach using genetic algorithms and CALPHAD on the vacuum degassing process are presented. In order to make good predictive calculations and process models it is important to have good thermodynamic descriptions. Thus most part of the work has concerned the thermodynamic assessments of systems of importance for steelmaking, corrosion and similar processes. The main focus has been the assessment of sulfur-containing systems and thermodynamic descriptions of the Fe-Mn-Ca-Mg-S, Fe-Ca-O-S, Fe-Mg-O and Mg-Mn-O systems are presented. In addition, heat capacity measurements of relevance for the Mg-Mn-O system have been performed. To summarize the efforts some application examples concerning thermodynamic calculations related to steelmaking and inclusion formation are shown. / <p>QC 20160829</p> / COMPASS

Vid förbränning av bränslen med hög vatten- eller vätehalt följer mycket av förbränningsenergin med denfuktiga luften som lämnar skorstenen vid anläggningen. Ett vanligt exempel är förbränning av trädbränsleeller hushållsavfall i kraftvärmeverk. För att öka anläggningens verkningsgrad och samtidigt rena luftenfrån svaveldioxid och metaller kan en rökgaskondensering av skrubbertyp användas. Svalt vatten sprutasin i en fyllkroppsbädd och möter där de heta rökgaserna. När rökgaserna kyls frigörs energi genom attvattnet i rökgaserna övergår från ångfas till vätskefas, energi som t.ex. kan användas för att värmafjärrvärmenätets returledning. Det här arbetet har utförts på uppdrag av Hifab DU-teknik som det senaste året har utfört studier ochberäkningar på rökgaskondenseringen vid Kraftvärmeverket Torsvik vilket har lett till förbättradeffektivitet. Genom simuleringar och beräkningar i bl.a. Matlab har författarna till den är rapportenförsökt verifiera de siffror för optimalt kondensatflöde som DU-teknik beräknat samt tittat på hur anläggningen påverkas av förändrade flöden och temperaturer i fjärrvärmereturen. En stor del av arbetet har legat i att förstå teorin kring värmeväxlare samt energi i fuktig luft på djupet.Det teoretiska ramverket vi satt upp kan ses som en grundlig introduktion till ämnena och en fördjupningav det vanliga kursinnehållet under Högskoleingenjörsutbildningen i maskinteknik vid Linköpingsuniversitet. Målet med det förberedande metodarbetet har varit att hitta uttryck för de olika temperaturerna ianläggningen som gör det möjligt att simulera förändringar i anläggningen. Modeller har tagits fram för attmed hjälp av de ingående temperaturerna i en värmeväxlare kunna simulera och beräkna de utgåendetemperaturerna givet olika massflöden. Modellen har visat sig fungera väl för värmeväxlaren som ärkopplad mot fjärrvärmenätet. Vid beräkningarna av temperaturer ut ur fyllkroppsbädden har två metodertestats. Författaren har studerat vad som händer om kondensattemperaturen ut ur fyllkroppsbädden sättstill daggtemperaturen för rökgaserna. Försök har också gjorts att betrakta fyllkroppsbädden som en sortsvärmeväxlare. Resultatet av författarnas beräkningar av kondensatflöde avviker till viss del från DU-tekniks beräknadekondensatflöden för ändrad pannlast i anläggningen. För att helt hamna på samma resultat behövde denvarma kondensattemperaturen anta en något högre temperatur än enbart daggtemperaturen. Antagandetär rimligt att göra men i vilken storleksordning är svårt att dra några slutsatser kring. Vad gäller metoden med att betrakta fyllkroppsbädden som en värmeväxlare finns där både framgångaroch brister. Framgångarna ligger i att trenden för de olika temperaturerna tycks stämma överens med denteori som författarna har lagt fram för värmeväxlare och vad som händer när de olika flödena går upp ochner i en värmeväxlare. Bristerna ligger dock i att metoden ej tar hänsyn till den värme som frigörs vidkondenseringen utan bygger helt på att medierna i bädden ej genomgår fasomvandlingar. Två viktiga förslag på fortsatt arbete lyfts fram i slutet av rapporten. Författarna ser dels att man iframtiden studerar möjligheten att betrakta fyllkroppsbädden som två separata värmeväxlare där de torrarökgaserna möter en delström av kondensatet och fukten i rökgaserna möter en annan delström avkondensatet. Vidare framförs en önskan om att man i framtiden testkör rökgaskondenseringen vid olikakondensatflöden under en längre tid för att uppnå stationära förhållanden i temperaturerna vilka senarekan användas för att ta fram matematiska uttryck för vad som händer med de utgående temperaturerna utur fyllkroppsbädden när kondensatflödet förändras eller när den ingående temperaturen tillfyllkroppsbädden ökar eller minskar. / When burning fuels with high water or hydrogen content, much of the combustion energy follows themoist air that leaves the chimney at the plant. A common example is the combustion of wood fuel orhousehold waste in CHP-plants. In order to increase the plant's efficiency and at the same time clean theair from sulfur dioxide and metals, a flue gas condensation of scrubber-type can be used. Cool water isinjected into a filling bed and meets the hot flue gas. When the flue gases are cooled, energy is released bythe water in the flue gases when vapor turns into liquid form, energy that can be used e.g. to heat thedistrict heating network's return line. This work has been carried out on behalf of Hifab DU-teknik, which in the past year has carried outstudies and calculations of the flue gas condensation at the Torsvik CHP plant, which has led to improvedefficiency. Through simulations and calculations in Matlab, this report tries to verify the optimalcondensate flow calculated by DU technology and study how the plant is affected by changed flows andtemperatures in the district heating network’s return line. The authors of this work have put a lot of effort into understanding the theory of heat exchangers andenergy in moist air in depth. The theoretical framework we set up can be seen as a thorough introductionto the subjects and an in-depth study compared to the usual course content during the Bachelor's degreeprogram in mechanical engineering at Linköping University. The goal of the preparatory method work has been to find expressions of the different temperatures inthe plant that make it possible to simulate changes in the plant. Models have been developed to be able tosimulate and calculate the outgoing temperatures given different mass flows using the ingoingtemperatures in a heat exchanger. The model has proven to work well for the heat exchanger, which isconnected to the district heating network. In the calculations of temperatures out of the filling bed, twomethods have been tested. The authors’ has studied what happens if the condensate temperature out ofthe filling bed is set to the dew temperature of the flue gases. Attempts have also been made to considerthe filling bed as a kind of heat exchanger. The result of the authors' calculations of condensate flow differs to a certain extent from the DU-teknik’scalculated condensate flows during a changed boiler load in the plant. To end up at the same result, thehot condensate temperature needed to take a slightly higher temperature than the dew temperature. Theassumption is reasonable to make, but it is difficult to draw any conclusions about the magnitude. Regarding the method of considering the filling bed as a heat exchanger, there are both successes andshortcomings. The success lies in that the trend for the different temperatures seems to be in line with thetheory that the authors have presented for heat exchangers and what happens when the massflowsincrease or decrease in a heat exchanger. However, the shortcomings lie in the fact that the method doesnot take into account that heat is released during the condensation, but is based entirely on the fact thatthe fluid in the filling bed do not undergo phase transformations. Two important proposals for continued work are highlighted at the end of the report. It would beinteresting to study the possibility of considering the filling bed as two separate heat exchangers, where thedry flue gases encounter a partial current of the condensate and the moisture in the flue gases meetsanother partial current of the condensate. Furthermore, a desire is made to test the flue gas condensationin the future at different condensate flows for a longer period of time in order to achieve stationaryconditions in the temperatures. The data can later be used to produce mathematical expressions of whathappens to the outgoing temperatures of the filling bed when the condensate flow changes or when theingoing temperature of the filling bed increases or decreases.

<p>Denna studie fokuserar på materialåtervinning av polymera material i form av hårda termoplaster och gummi från uttjänta fordonsdäck. Med anledning av låg och begränsad materialåtervinning, hög energiutvinning och delvis deponering av hårda termoplastfraktioner respektive uttjänta däck har det funnits behov att studera förutsättningar för ökad materialåtervinning.</p><p>Syftet med denna explorativa studie har varit att undersöka möjligheter och förutsättningar för ökad materialåtervinning av hårda termoplastfraktioner och uttjänta däck. Detta övergripande syfte har uppnåtts genom en intervjustudie med respondenter vars företag använder återvunnen termoplast samt gummi från uttjänta däck i tillverknings- och bearbetningsprocesser. Möjligheterna för ökad materialåtervinning har även betraktats från en termodynamisk synvinkel.</p><p>Företagens anledningar till arbete med materialåtervinning grundas i ekonomiska incitament men även miljöhänsyn. Förutsättningarna för ökad materialåtervinning återfinns i sorterade och ickekontaminerade, termoplastfraktioner samtidigt som en marknad för produkter tillverkade av gummi från uttjänta däck behöver utvecklas. Fraktionerna bör hållas isär och sorteras om de är blandade för att därmed inte begränsa materialens möjligheter till återvinning i nya produkter. Denna slutsats bekräftas även av termodynamiska principer. Framtidsperspektivet kännetecknas av förhoppningar om mer tillgängligt material och mindre råvarukostnader. Ökade mängder termoplaster betraktas i framtiden härstamma från uttjänta personbilar. Tillverkning av fordonskomponenter, baserade på gummi från uttjänta däck, kan i framtiden vara ett alternativ inom bilindustrin.</p>

Denna studie fokuserar på materialåtervinning av polymera material i form av hårda termoplaster och gummi från uttjänta fordonsdäck. Med anledning av låg och begränsad materialåtervinning, hög energiutvinning och delvis deponering av hårda termoplastfraktioner respektive uttjänta däck har det funnits behov att studera förutsättningar för ökad materialåtervinning. Syftet med denna explorativa studie har varit att undersöka möjligheter och förutsättningar för ökad materialåtervinning av hårda termoplastfraktioner och uttjänta däck. Detta övergripande syfte har uppnåtts genom en intervjustudie med respondenter vars företag använder återvunnen termoplast samt gummi från uttjänta däck i tillverknings- och bearbetningsprocesser. Möjligheterna för ökad materialåtervinning har även betraktats från en termodynamisk synvinkel. Företagens anledningar till arbete med materialåtervinning grundas i ekonomiska incitament men även miljöhänsyn. Förutsättningarna för ökad materialåtervinning återfinns i sorterade och ickekontaminerade, termoplastfraktioner samtidigt som en marknad för produkter tillverkade av gummi från uttjänta däck behöver utvecklas. Fraktionerna bör hållas isär och sorteras om de är blandade för att därmed inte begränsa materialens möjligheter till återvinning i nya produkter. Denna slutsats bekräftas även av termodynamiska principer. Framtidsperspektivet kännetecknas av förhoppningar om mer tillgängligt material och mindre råvarukostnader. Ökade mängder termoplaster betraktas i framtiden härstamma från uttjänta personbilar. Tillverkning av fordonskomponenter, baserade på gummi från uttjänta däck, kan i framtiden vara ett alternativ inom bilindustrin.

Analogiskt tänkande är en central kognitiv förmåga som vi använder i vardagslivet, såväl som i mer formella sammanhang, såsom i forskning och undervisning. Föreliggande avhandling behandlar hur analogier och analogiskt tänkande, uppmärksamhet på semantik och förståelse för vetenskaplig modellering kan användas för att hantera utmaningar i naturvetenskapsundervisningen, särskilt inom området termodynamik. Dessutom presenteras ett teoretiskt ramverk över hur analogiskt tänkande förhåller sig till semantik och vetenskaplig modellering, tre ämnesområden som alla utgår ifrån att finna motsvarigheter mellan två olika domäner. Mot denna bakgrund fokuserar avhandlingen på följande forskningsfrågor: I vilken utsträckning används analogier för att koppla olika representationer av ett fenomen till varandra och till det representerade fenomenet? Hur relaterar självgenerade analogier till vetenskaplig modellering? Avhandlingen består av fyra publicerade tidskriftsartiklar och en kappa. Den första artikeln är en semantisk utredning av ordet ’entropi’, den andra artikeln är en empirisk undersökning av synen på vetenskaplig modellering i olika kunskapstraditioner, och de tredje och fjärde artiklarna är empiriska undersökningar av fysiklärarstudenters respektive förstaklassares självgenererade analogier för termiska fenomen. Från ett metodperspektiv utfördes de empiriska studierna i en huvudsakligen kvalitativ tradition, där centrala resonemang exemplifieras genom analys av dialogutdrag. I de två studierna av självgenererade analogier fick deltagarna olika former av stöttning i form av social interaktion med varandra, gemensam erfarenhet av naturfenomen och diskussion kring deras representationer av fenomenen. I kappan utvecklas det teoretiska ramverket och mot den bakgrunden görs en omanalys av artiklarnas resultat. En central ståndpunkt i avhandlingen är att varje fenomen kan representeras på många olika sätt, som alla kan vara lämpliga och användbara i olika sammanhang med tyngdpunkt på olika aspekter av fenomenet. Rörande analogiskt tänkande anförs att elever och studenter kan skapa flera egna analogier för att få en rikare, kompletterande bild av ett fenomen, snarare än att undervisas utifrån en enda förment bästa analogi. Med utgångspunkt från vetenskaplig modellering kan olika representationer eller modeller lyfta fram olika aspekter av ett fenomen, med olika grad av idealisering och inom olika kunskapstraditioner. Slutligen, från ett semantiskt perspektiv kan ett ord svara mot flera, distinkta, men relaterade betydelser – fenomenet polysemi. Dessa tre perspektiv kan erbjuda konstruktivistiska ansatser till begreppsförståelse inom naturvetenskapsundervisningen, genom att elever och studenter uppmuntras att i dialog knyta till sin vardagsföreställning av de begrepp och fenomen de möts av, snarare än att byta ut den mot ett enda, förmodat korrekt vetenskapligt begrepp. Dessutom hävdas att den naturvetenskapsdidaktiska forskningen kan komma långt med ett strukturellt fokus på analogiskt tänkande och vetenskaplig modellering, där man försöker finna motsvarigheter mellan domäners beståndsdelar och deras relationer och helst isomorfism, en perfekt  överensstämmelse, men att beaktande av andra dimensioner, såsom en insikt i kognitionens förankring i kroppen och varseblivningen, de pragmatiska, kontextuella sammanhangen mot vilken bakgrund tänkande sker och språkets särskilda karaktär, krävs för en mer heltäckande bild. / Analogical reasoning is a central cognitive ability that is used in our everyday lives, as well as in formal settings, such as in research and teaching. This dissertation concerns how analogies and analogical reasoning, attention to semantics and insight into scientific modelling may be recruited in order to come to terms with challenges in science education, in particular within the field of thermodynamics. In addition, it provides a theoretical framework of how analogy relates to semantics and the practice of scientific modelling, three fields of study which all strive to map correspondences between two different domains. In particular, the dissertation addresses the following research questions: To what degree is analogy involved in connecting different representations of a phenomenon to each other and to the represented phenomenon? How do students’ selfgenerated analogies relate to the practice of scientific modelling? The dissertation comprises four published journal articles and a cover story. The first article is a semantic investigation of the word ‘entropy’, the second article is an empirical study of the view on scientific modelling in different traditions of knowledge, and the third and fourth articles are empirical studies of self-generated analogies for thermal phenomena among preservice physics teachers and first-graders, respectively. From a methodological point of view, the empirical studies were conducted in a primarily qualitative tradition, where central lines of reasoning are exemplified by analysis of dialogue excerpts. The two studies on self-generated analogies provided the participants with extensive scaffolding in the form of social interaction among peers, interaction with physical phenomena and discussion of their representations of the phenomena. The theoretical framework is developed in the cover story, which provides a background to the individual studies and reanalyses of the findings. A key claim of the dissertation is that any phenomenon can be represented in many different ways, all potentially adequate and useful in different contexts, emphasising different aspects of the phenomenon. Applied to the field of analogical reasoning, it is argued that students can generate several analogies themselves in order to get a richer, complementary view of a phenomenon, as opposed to be provided with a presumed best analogy. As for scientific models, many different representations or models may bring across different aspects of a phenomenon at varying degrees of idealisation and within different traditions of knowledge. Finally, in semantics, one word may correspond to several distinct, yet related, meanings: the phenomenon of polysemy. These three perspectives may provide constructivist approaches to conceptual development in science teaching, in which students are encouraged to connect to and enrich their everyday understanding of encountered concepts and phenomena in dialogue, rather than merely abandoning them for one single, supposedly correct, scientific concept. In addition, science education research can come quite far with structural approaches to analysing analogical reasoning and scientific modelling, establishing correspondences between entities in different domains, ultimately striving for isomorphism, perfect matches, but other dimensions, such as the perceptual, embodied nature of our cognition, the pragmatic, contextual circumstances in which any act of reasoning is performed, and the specificities of language, should also be taken into account for a fuller view.

Kemi läses som ämne på de högskoleförberedande naturvetenskapliga och tekniska gymnasieprogrammen, men kemiundervisningen måste även förhålla sig till den aktuella läroplanen och ta hänsyn till andra syften än det högskoleförberedande. Med utgångspunkt från detta var syftet med studien att undersöka hur studenter och lärare upplever studenternas förkunskaper i kemi i relation till högskolestudier. Arbetet innefattar dels enkätundersökningar, där studenter tillfrågades om upplevelse och värdering av sina förkunskaper vid introduktionen till högskolestudier, dels enskilda intervjuer med både högskole- och gymnasielärare. Svaren användes för att identifiera ämnesområden och förmågor som ansågs särskilt viktiga för studenter att få med sig som förkunskaper från gymnasiet inför högskolestarten. Därutöver undersöktes bakomliggande faktorer i gymnasieutbildningen, som lärarnas förhållningssätt till läroplan och läromedel samt deras kunskapssyn, vilka starkt påverkar förutsättningarna för elevernas tillägnande av kunskap. Resultaten visar att majoriteten av studenterna i undersökningen kände sig väl förberedda inför sina högskolestudier, men inom framförallt termodynamik önskades mer förkunskaper. En slutsats som kan dras av undersökningen är att det finns vissa möjligheter att underlätta övergången till universitetsstudier i kemi genom att som enskild lärare göra justeringar i innehållet i kemikurserna eller den tidsmässiga fördelningen mellan dem till förmån för de områden som nyblivna studenter upplever som särskilt problematiska.

Denna rapport utgör dokumentationen av ett examensarbete utfört på Atlas Copco Secoroc i Fagersta under handledning av Maskinkonstruktions före detta universitetslektor Håkan Wettergren och Fluid &amp; Mekaniksystems professor Karl-Erik Rydberg och på Atlas Copco Secoroc konstruktör Risto Wisakanto, avdelningschef Thomas Greijer, båda avdelning DTH, samt Secorocs utvecklingschef Lars Holmgren.   Arbetet syftar till att utveckla en simuleringsmodell vilken ska användas vid utveckling av pneumatiska sänkborrmaskiner. Målsättningen var att göra en så bra modell som möjligt, en modell som skulle kunna användas vid utveckling av nya sänkborrmaskiner, och att stegvis förfina en i grunden enkel modell. Första modellen var dock lite för enkel och baserad på teori för slutna system så den gick inte bygga vidare på utan det var enklare att göra en helt ny modell baserad på teori för öppna system. Det var dock inte förgäves att bygga den första modellen utan de geometriska villkoren som använts i den enkla modellen kunde återanvändas i den mer avancerade som tack vare detta relativt snabbt kunde skapas.  Den mer avancerade modellen ger värden som stämmer mycket bra överens med mätresultat vid höga tryck, i detta fall 16 bar. Att modellen inte stämmer överens så bra vid låga tryck kan bero på flera saker, naturligtvis på att faktorer som försummats kanske har stor inverkan vid låga tryck eller att mätvärdena helt enkelt är fel. Maskinen går inte stabilt 6 respektive 10,5 bar utan gör det först vid 16 bar vilket gör att det är relevant att jämföra simulerade värden med mätvärden först vid 16 bar, en annan felkälla kan vara att givarna inte hänger med i det snabba förloppet samt att de inte är helt exakta (Greijer, 2002).     Kartläggning av en befintlig maskins geometrier, studier av termodynamiska lagar samt provborrningsresultat har legat till grund för modellen. / This report constitutes the documentation of a master thesis performed at Atlas Copco Secoroc in Fagersta under supervision by the division of Machine Design’s former lecturer (PhD) Håkan Wettergren and the division of Fluid &amp; Mechanical Engineering System’s professor (PhD) Karl-Erik Rydberg and at Atlas Copco Secoroc design engineer Risto Wisakanto, head of department Thomas Greijer, both department DTH, and Secorocs head of research and development Lars Holmgren. The purpose with this work is to develop a simulation model which will be used at development of pneumatic down-the-hole hammers.  Mapping of an existing machines geometry, studies of thermodynamic laws and test results is the basic sources used during development of this model.