Lic. (sammanfattning) Kalmar : Högskolan i Kalmar, 2007. / Härtill 3 uppsatser.

<p>This thesis presents results from a longitudinal study of students in compulsory school. The project started in spring 1997 when the students were about six years old, and finished in spring 2006 when they left compulsory school. One aim of the study was to follow individual students' development of conceptions about evaporation during their year in scool. Another aim has been to study how the students used a simplified particle model in their explanations of evaporation. The particle model was introduced early, in their first year. Teaching episodes focused on water, and its changes of state connected to everyday phenomena was taught. The students were interviewed before and after the teaching interventions and the explanations were analysed in order to find a comprehensive description of each student. In my analysis I have among other things found that heat is an important factor for evaporation when students are young but its importance seems to decrease when they get older. I have also seen that particle model has been helpful for the students in their explanations of evaporation.</p> / <p>Denna avhandling presenterar resultat från en longitudinell studie i grundskolan. Projektet startade våren 1997 då eleverna var omkring sex år och avslutades våren 2006 då eleverna lämnade grundskolan. Ett mål med studien var att följa individuella elevers begreppsutveckling kring avdunstning under deras år i skolan. Ett annat mål har varit att studera hur eleverna har använt en tidigt introducerad förenklad partikelmodell i sina förklaringar av avdunstning. Undervisningsinsatser som fokuseras på vatten och dess fasändringar kopplat till vardagsfenomen har genomförts. Eleverna har intervjuats före och efter varje insats och förklaringarna har analyserats för att få en heltäckande beskrivning vad gäller begreppsutvecklingen hos varje elev. I min analys har jag bl.a. funnit att värme är av stor betydelse för de yngre eleverna i deras förklaringar av avdunstning men att denna betydelse minskar då eleverna blir äldre. Jag har också sett att den tidigt introducerade partikelmodellen har varit ett bra hjälpmedel för eleverna i deras förklaringar av avdunstning.</p>

This thesis presents results from a longitudinal study of students in compulsory school. The project started in spring 1997 when the students were about six years old, and finished in spring 2006 when they left compulsory school. One aim of the study was to follow individual students' development of conceptions about evaporation during their year in scool. Another aim has been to study how the students used a simplified particle model in their explanations of evaporation. The particle model was introduced early, in their first year. Teaching episodes focused on water, and its changes of state connected to everyday phenomena was taught. The students were interviewed before and after the teaching interventions and the explanations were analysed in order to find a comprehensive description of each student. In my analysis I have among other things found that heat is an important factor for evaporation when students are young but its importance seems to decrease when they get older. I have also seen that particle model has been helpful for the students in their explanations of evaporation. / Denna avhandling presenterar resultat från en longitudinell studie i grundskolan. Projektet startade våren 1997 då eleverna var omkring sex år och avslutades våren 2006 då eleverna lämnade grundskolan. Ett mål med studien var att följa individuella elevers begreppsutveckling kring avdunstning under deras år i skolan. Ett annat mål har varit att studera hur eleverna har använt en tidigt introducerad förenklad partikelmodell i sina förklaringar av avdunstning. Undervisningsinsatser som fokuseras på vatten och dess fasändringar kopplat till vardagsfenomen har genomförts. Eleverna har intervjuats före och efter varje insats och förklaringarna har analyserats för att få en heltäckande beskrivning vad gäller begreppsutvecklingen hos varje elev. I min analys har jag bl.a. funnit att värme är av stor betydelse för de yngre eleverna i deras förklaringar av avdunstning men att denna betydelse minskar då eleverna blir äldre. Jag har också sett att den tidigt introducerade partikelmodellen har varit ett bra hjälpmedel för eleverna i deras förklaringar av avdunstning.

I min uppsats har jag undersökt hur lärares undervisning om avdunstning på partikelnivå påverkar elevernas uppfattningar av fenomenet. Undersökningen genomfördes i fem niondeklasser i Etiopien.Som teoretisk grund har jag utgått från fenomenografin och variationsteorins perspektiv – i vilka man utgår från att lärande är synonymt med förändring i människors sätt att erfara världen. Enligt dessa teorier är variation av perspektiv och aspekter av det aktuella objektet avgörande för vilket lärande som kan ske.Studier om elevers uppfattningar om avdunstning på mikroskopisk nivå visar att partikelbegreppet är viktigt för elevers förståelse för avdunstning. Elever vet ofta att materia är uppbyggt av partiklar men inte hur de ska förklara det, de äger inte partikelbegreppet.Med hjälp av kvalitativa halvstrukturerade intervjuer före och efter undervisningssituationen tog jag reda på hur elevernas uppfattningar förändrades av lektionen. Resultatet av intervjuerna relaterades sedan till den grad av variation som kunde uppmärksammas i de observationer som gjordes av undervisningen.Studien visade att det var få elever vars uppfattningar förändrades av lektionen, oberoende av hur mycket variation som kunde uppmärksammas. I de fall lärande kunde påvisas fanns dock samband med graden av variation.

Syftet med detta examensarbete är att undersöka om det går att minska frånluftsventilationen till tvättapparater för pappersmassaindustrin. Genom att mäta flödet för frånluftsventilationen och mätinstrument vid ångläckaget har undersökningar gjorts om det går att minska frånluftsventilationen.  Examensarbetet har utförds för företaget Metso i Sundsvall som bl.a. tillverkar hela systemlösningar till pappersmassaindustrin. Mätningarna har gjorts på SCA Östrand i Timrå som är en pappersmassa tillverkare.  Inledningsvis ges en presentation över hur pappersmassatillverkning går till och sedan ges en mera genomgående beskrivning av hur Twinroll tvättapparat, spädskruv och standpipe fungerar. I teori delen tas det upp vilka saker som påverkar ångläckaget för tvättapparaten. Det som påverkar är sambanden i ideala gaslagen, fukt och avdunstning. För att beräkna hastigheten med pitotrör har Bernoullis ekvation härleds i teoridelen.   Mätningarna gick ut på först att fastställa frånluftsventilationsflödet från tvättapparaten. Dessa mätningar gav problem i början eftersom frånluften hade hög temperatur och ånghalt men sedan kunde flödet mätas. För mätningarna användes pitotrör och vinghjulsmätare.  För att fastställa vilket det minsta frånluftsventilationsflöde är innan det bildas ångläckage från tvättapparaten användes för det mänskliga ögat. Det visade att det inte gick att visa hur ångläckage ändrades genom tiden. Mätningar av temperatur- och RH-givare gav dåliga värden förutom när en tillfällig produktionsstörning inträffade. Då fastställs att när produktionen, temperaturen på pappersmassan- och spritsen går ner minskas ångläckaget. RH-givaren visade felvärden pga att inte synbart ångläckage inträffar och att spritsen går i intervaller.  Konceptgeneringen visade att minskade av kåpansluftvolym och ångläckagearean troligtvis är dem bästa lösningarna. Dem andra lösningarna kan testas om energipriserna går upp och då lär dem bli lönsamma.

Tillverkning av papper och pappersmassa är en energikrävande process och industrin står för över 51 % av energiförbrukningen inom Sveriges industrisektor. Vid tillverkningen av kemisk pappersmassa används sulfatprocessen och då tillsätts lut i kokeriet som därefter kan återbildas i brukets lutcykel. I lutcykeln förvaras lut i cisterner och från dessa sker avdunstningsförluster. Syftet med examensarbetet var att lokalisera de största avdunstningsförlusterna i lutcykeln i kausticeringsprocessen på Södra Cells pappersmassabruk i Mönsterås. Dessutom gavs förslag på hur energiförlusterna kan minskas och hur den sparade energin kan nyttjas. Mätningar på avdunstningsförlusterna genomfördes för att kunna beräkna energiförlusterna. Dessutom togs cisterntemperaturer och lutflöden fram från Södras loggningssystem. De beräknade energiförlusterna var störst i kalkmjölkcisternen på 1,58 MW och vitlutscistern 1 på 0,97 MW. Den totala energiförlusten genom avdunstning från cisternerna i kausticeringsprocessen beräknades till 6,01 MW. Lösningar som undersökts för att minska energiförlusterna har varit att installera en ”breather valve”, nyttja ångorna i en Organic Rankine Cycle eller använda dem för att producera fjärrvärme. Det har även studerats vart den sparade energin kan användas i det undersökta massabruket.

Today, the concrete industry stands for a very large amount of the world’s total carbondioxide emissions. In order to accomplish the goal in the Paris agreement, to limit the global temperature increase to 2°C, the search for environment friendly concrete mixes has begun. One of the solutions, that has proven to reduce the carbon dioxide emissions of concrete, is the replacement of parts of the cement with limestone powder. The purpose of the thesis is to contribute to the research regarding how the substitution of cement with limestone powder affects its properties. In this thesis, a total of 8 different concrete types have been mixed, 4 containing superplasticizer and 4 without. Furthermore, in each mix, a gradual 5 % substitution of concrete with the limestone powder Limus 40 has been made. The different mixes’ slump losses, strength, air content and evaporation have been tested. The results showed that the use of limestone powder lowered the concrete’s strength and air content. However, the limestone powder did not show any significant effect on the slump loss, the pH value nor the evaporation. The extent of the results however seemed to depend on other factors as well, such as whether the mixes contained superplasticizer or not. The conclusion of the thesis was that the limestone powder affected some of the concretes’ properties, but that the extent of the effects could be mitigated by other properties such as the w/c ratio, as well as the use of superplasticizer.

En endimensionell SVAT-modell (Soil-Vegetation-Atmosphere) användes för att simulera avdunstning och uppskatta den kritiska vattenpotentialen där reduktionen av vattenupptaget börjar. Detta gjordes i en blandad tall- och granskog i norra Uppland för perioden 1 maj - 31 oktober 1994. Denna period var ovanligt varm och torr och gav därför en unik chans att studera vattenupptag och upptorkning. Som indata till modellen användes markfysikaliska egenskaper och dagliga meteorologiska data. Modellen kalibrerades med TBR-, tensiometer- och grundvattenståndsmätningar för samma period. Den kritiska vattenpotentialen uppskattades till -100 hPa och visade sig vara en känslig parameter i modellen. Reduktionen av vattenupptaget började i slutet av juni. Ytresistansen beräknades med hjälp av Lohammarekvationen och bladyteindex. De markfysikaliska egenskaperna hade stor betydelse för simuleringsresultaten. Dessa egenskaper var mycket osäkert bestämda på grund av svårigheterna att mäta i inhomogen moränmark. Modellsimuleringarnas överenstämmelse med markvattenmätningarna varierade mellan olika djup i marken. / A one-dimensional SVAT-model (Soil-Vegetation-Atmosphere) was used to simulate evaporation and estimate the critical soil water potential where the reduction of the water uptake begins. This was done in a mixed pine and spruce forest in the north of Uppland, Sweden for the period 1 May to 31 October 1994. This period was unusually warm and dry and gave a unique chance to study the water uptake and the drought. Driving variables to the model were daily meteorological data and soil physical properties. The model was calibrated with TDR- (Time-Domain Reflectometry), tensiometer and ground water level measurements from the site for the same period. The critical water potential was estimated to -100 hPa and appeared to be a sensitive parameter in the model. The reduction of the water uptake began at the end of June. The surface resistance was calculated from the leaf area index and the Lohammar equation. The soil physical properties were shown to be significantly affecting the results of the simulation. The determination of these properties was uncertain because of the problems to measure in an inhomogenous till soil. The model simulations agreed generally well with the soil moisture measurements in some layers but a good agreement for all layers was not possible to obtain.

In this thesis we derive a coupled system of Cahn-Hilliard equations posed in a domain with moving boundary using arguments from thermodynamics. The physical setting we have in mind is a ternary solution observed during one species evaporation as a moving boundary problem. The mixture is made of two types of polymers blended in a solvent that is allowed to evaporate at part of the surface of the domain. After formulating the evolution system as a moving-boundary problem with kinetic interface condition, we fix the moving boundary to facilitate a suitable numerical approximation. We project the resulting model equations on a finite element space and then integrate the obtained system in Python using FEniCS. We show numerically the formation of morphologies and track the evolution of the remaining solvent and of the moving boundary position. The conjecture is that such a system would produce phase separation and that the resulting morphologies are mappable to the observations of organic solar cells. Finally, we study the effect of the most relevant parameters on the output of our Cahn-Hilliard system, particularly on the speed of the moving boundary and of the morphology formation. / I denna tes härleder vi ett kopplat system av Cahn-Hilliard ekvationer fomulerad i en tidsberoende domän med hjälp av termodynamiska argument. Den fysiska miljön vi tänker oss är en trekomponents lösning observerad under avdunstning med hänsyn till en tidsberoende domän. Blandningen består av två polymerer utspädda i ett lösningsmedel som tillåts förånga vid en av domänens gränser. Efter att vi formulerat evolutions ekvationerna i en tidsberoende domän med kinetiska gränsvillkor så utförs en transformation till en tidsoberoende domän för att underlätta en lösning med finita elementmetoden. Vi projicerar de resulterande ekvationerna på ett diskret rum skapat m.h.a. finita elementmetoden för att sedan integrera systemet med hjälp av FEniCS platformen skrivet i Python. Vi visar nummeriska lösningar för morfologiformationen och följer evolutionen av lösningsmedlet samt positionen för den rörliga gränsen. Vår förmodan är att ett sådant system kommer producera fas-seperation och den resulterande morfologin kommer vara jämnförbar med det som observeras hos organiska solceller. Slutligen studerar vi hur variationer av dom mest relevanta parametrarna påverkar på vårt Cahn-Hilliard system, i synnerhet positionen som en funktion av tid hos den rörliga gränsen samt morfologiformationen.

Water is essential for human well-being and healthy ecosystems, but population growth and changes in climate and land-use are putting increased stress on water resources in many regions. To ensure water security, knowledge about the spatiotemporal distribution of these resources is of great importance. However, estimates of global water resources are constrained by limitations in availability and quality of data. This thesis explores the quality of both observational and modelled data, gives an overview of models used for large-scale hydrological modelling, and explores the possibilities to deal with the scarcity of data by prediction of flow-duration curves. The evaluation of the quality of observational data for large-scale hydrological modelling was based on both hydrographic data, and model forcing and evaluation data for basins worldwide. The results showed that a GIS polygon dataset outperformed all gridded hydrographic products analysed in terms of representation of basin areas. Through a screening methodology based on the long-term water-balance equation it was shown that as many as 8–43% of the basins analysed displayed inconsistencies between forcing (precipitation and potential evaporation) and evaluation (discharge) data depending on how datasets were combined. These data could prove disinformative in hydrological model inference and analysis. The quality of key hydrological variables from a numerical weather prediction model was assessed by benchmarking against observational datasets and by analysis of the internal land-surface water budgets of several different model setups. Long-term imbalances were found between precipitation and evaporation on the global scale and between precipitation, evaporation and runoff on both cell and basin scales. These imbalances were mainly attributed to the data assimilation system in which soil moisture is used as a nudge factor to improve weather forecasts. Regionalisation, i.e. transfer of information from data-rich areas to data-sparse areas, is a necessity in hydrology because of a lack of observed data in many areas. In this thesis, the possibility to predict flow-duration curves in ungauged basins was explored by testing several different methodologies including machine learning. The results were mixed, with some well predicted curves, but many predicted curves exhibited large biases and several methods resulted in unrealistic curves. / Vatten är en förutsättning för människors och ekosystems hälsa, men befolkningsökning och förändringar av klimat och markanvändning förväntas öka trycket på vattenresurserna i många regioner i världen. För att kunna säkerställa en god tillgång till vatten krävs kunskap om hur dessa resurser varierar i tid och rum. Tillförlitligheten hos skattningar av globala vattenresurser begränsas dock både av begränsad tillgänglighet av och kvalitet hos observerade data. Denna avhandling utforskar kvaliteten av såväl observations- som modellbaserade data, ger en överblick över modeller som används för storskalig hydrologisk modellering och utforskar möjligheterna att förutsäga varaktighetskurvor som ett sätt att hantera bristen på data i många områden. Utvärderingen av observationsbaserade datas kvalitet baserades på hydrografiska data och driv- och utvärderingsdata för storskaliga hydrologiska modeller. Resultaten visade att en uppsättning data över hydrografin baserad på GIS-polygoner representerade avrinningsområdesareorna bättre än alla de som byggde på rutor. En metod baserad på långtidsvattenbalansen identifierade att kombinationen av drivdata (nederbörd och potentiell avdunstning) och utvärderingsdata (vattenföring) var fysiskt orimlig för så många som 8–43 % av de analyserade avrinningsområdena beroende på hur olika datauppsättningar kombinerades. Sådana data kan vara desinformativa för slutsatser som dras av resultat från hydrologiska modeller och analyser. Kvaliteten hos hydrologiskt viktiga variabler från en numerisk väderprognosmodell utvärderades dels genom jämförelser med observationsdata och dels genom analys av landytans vattenbudget för ett flertal olika modellvarianter. Resultaten visade obalanser mellan långtidsvärden av nederbörd och avdunstning i global skala och mellan långtidsvärden av nederbörd, avdunstning och avrinning i både modellrute- och avrinningsområdesskala. Dessa obalanser skulle till stor del kunna förklaras av den data assimilering som görs, i vilken markvattenlagret används som en justeringsfaktor för att förbättra väderprognoserna. Regionalisering, som innebär en överföring av information från områden med god tillgång på mätdata till områden med otillräcklig tillgång, är i många fall nödvändig för hydrologisk analys på grund av att mätdata saknas i många områden. I denna avhandling utforskades möjligheten att förutsäga varaktighetskurvor för avrinningsområden utan vattenföringsdata genom flera metoder inklusive maskininlärning. Resultaten var blandade med en del kurvor som förutsas väl, och andra kurvor som visade stora systematiska avvikelser. Flera metoder resulterade i orealistiska kurvor (ickemonotona eller med negativa värden).