L’objectif de ce travail est d'étudier expérimentalement la formation du capillaire durant le perçage et le soudage par faisceau laser, et de développer une simulation numérique permettant de reproduire la dynamique de formation et d'évolution du capillaire. Nous avons fait le choix d’utiliser comme matériau test le Zinc, en raison de ses propriétés thermodynamiques. Afin de simplifier le problème, nous avons étudié dans un premier temps le mécanisme de perçage. Deux méthodes expérimentales ont été utilisées pour caractériser l'évolution de la géométrie du capillaire : La méthode DODO (Direct Observation of Drilled hOle ) permet de visualiser le capillaire après perçage pour différentes durées et la méthode Zn-Quartz permet d’observer directement son évolution temporelle par camera rapide à travers une lame de quartz. Puis nous avons utilisé cette évolution pour mettre au point une simulation du mécanisme de perçage. Après avoir étudié le dépôt de puissance à l’intérieur d’un capillaire en tenant compte des réflexions multiples et estimé l'importance de la perte d'énergie et de matière lors du processus, nous avons développé une simulation en utilisant le logiciel Comsol Multiphysics couplant l'équation thermique, l'équation de Navier Stokes et prenant en compte le déplacement du métal fondu sous l’action de la pression de recul. Dans ce cas, on observe la formation d’un bourrelet important au bord du trou et une augmentation de la profondeur du capillaire. Ensuite nous avons étudié la formation du capillaire durant le soudage laser, c'est-à-dire avec déplacement de la source. A partir des techniques mises en œuvre pour l’étude du perçage nous avons obtenu l’évolution de la forme du capillaire dans le cas du soudage Zn/Quartz. Nous avons réalisé une simulation relativement simple en supposant la géométrie et la température du capillaire connues a priori. Nous avons constaté qu’un modèle simple, modélisant uniquement les transferts thermiques par conduction, permet de bien simuler la forme de la zone fondue pour les couples Zn/Zn et Zn-quartz. / The aim of the present work is to study experimentally the formation of the capillary during the drilling and welding by laser beam and to develop the numerical simulation which allows following the dynamics and the evolution of the keyhole. The zinc was chosen as a test material because its thermodynamical properties are well known. To simplify the problem, in the first place the drilling mechanism was studied. Two experimental methods were used to characterize the evolution of the keyhole: the Direct Observation of Drilled Hole method, which allows the visualization of the keyhole after the application of laser pulses of different durations, and Zn-Quartz method, which allows the direct observation of keyhole evolution with CCD camera through the layer of quartz. Then, the information on keyhole evolution was used to develop the simulation of drilling mechanism. After studying the beam power deposition inside the capillary with taking in account the multiple photon reflections, and after estimation of the energy and matter loss during the process, we developed the simulation with FEM software COMSOL Multiphysics, which contains coupled heat transfer, fluid flow and free surface problem allowing considering the effect of recoil pressure on liquid phase ejection. We could observe the formation of an important bolster surrounding the keyhole and the increase of keyhole depth with time. Next, we studied the formation of the keyhole during the laser welding, in other words, during the displacement of the heat source. Using the same technique that was developed for laser drilling, we have obtained the information on keyhole evolution during zinc-quartz welding. We have created the simple simulation, where keyhole temperature and profile were considered as known a priori. We have stated that this model, which takes in account only conduction heat transfer problem, allows to reproduce well the shape of the melted zone both for zinc-zinc and zinc-quartz couples

No description available.

I dagens samhälle ligger stort fokus på att bygga miljövänliga och energieffektiva byggnader. För att möta de allt mer skärpta energikraven måste hela klimatskalet beaktas där köldbryggor utgör en betydande del. Examensarbetet går ut på att göra en sammanställning av linjära köldbryggor (ψ) för vanligt förekommande konstruktionsdetaljer där köldbryggor finns. Sammanställningen där olika isoleringsmaterial på fasadskiva och isolertjocklekar tabelleras, ska underlätta för framtida projektering. Två simuleringsprogram för beräkning av köldbryggor har jämförts och utvärderats med varandra. Utvärderingen har gjorts med avseende på vilket program som var mest lämpat för att lösa frågeställningen. De två simuleringsprogrammen som används vid detta arbete är HEAT2 och COMSOL Multiphysics. Arbetet har resulterat i en lathund som finns tillgänglig på ELU:s intranät. Lathunden innehåller U-värde och ψ-värde med illustrering av konstruktionsdetaljerna och i detta arbete redovisas tillvägagångssätt och utförandet. En utvärdering av det lämpligaste program för utförandet av uppgiften finns också redovisad. / Currently there is a lot of focus on environmentally friendly and energy efficient buildings in our society. To face the more toughen energy requirements, the entire climate shell of the building has to be considered there thermal bridges constitute a significant part. This bachelor dissertation intends to create a compilation for Ψ-values of common construction details where thermal bridges are to be found. The compilation with a chart that includes insulating material and insulation thickness shall simplify in future projecting. Furthermore, two simulating programs for calculations of thermal bridges have been compared with each other. The two simulation programs that have been used in this dissertation are HEAT2 and COMSOL Multiphysics. This dissertation has resulted in a quick reference guide which is available at ELU`s internal network. This quick reference guide includes U-values and Ψ-values with an illustration of every construction detail and the procedure and execution is reported in this dissertation. An evaluation of which of the two programs that has been used was more appropriate for this purpose is presented as well.

Heavy forestry machines have great immediate effect on soil properties. This increases the interest to develop approaches that help understanding better the interaction between the forest machines and the terrain and consequently develop the forwarders to be gentle to the environment. The most predominant indications of soil disturbances caused by harvesting are mainly rutting and soil compaction. It is critical to understand and evaluate these damages to be able to protect the remaining trees and improve their tree growth rate. Comprehending the bearing capacity of the soil and the interaction between tire and soil are the key issues to develop forest machines that preserve the terrain. The first step to accomplish this goal is to compare the rut depth theoretical data from empirical models with the rut depth data from a full scale field test, the models suitable to predict rut depth is descripted. Tree roots reinforce the forest floor and significantly increase the bearing capacity of the soil. The contribution from root layer to the soil bearing capacity depends on the number, diameter, orientation of the roots and their mechanical properties. To improve the root tensile strength model, a root bending and stretching laboratory test has been carry out and compared with FEM-based results. The existing Valmet 860. 3 Adams MBS model is finally used to study the suitability of the model to predict rut depth. A comparison between several existing methods to predict rut depth is also shown. / Tunga skogsmaskiner har stor omedelbar effekt på markens egenskaper. Detta ökar intresset för att utveckla strategier som underlättar förståelsen av samverkan mellan skogsmaskiner och terrängen och därmed utveckla framdrivning av dessa maskiner som är skonsam mot miljön. De dominerande indikationerna på markstörningar orsakade av hjulbaserade skogsmaskiner är främst spårbildning och jordkompaktering. Det är viktigt att förstå och utvärdera dessa skador för att kunna skydda de kvarvarande träden och förbättra deras tillväxt. Att förstå markens bärighet och samspelet mellan däck och mark är de viktigaste frågorna för att utveckla skogsmaskiner som skonar terrängen. Det första steget för att uppnå detta mål är att jämföra spårdjup vilka är framtagna med empiriska modeller med data för spårdjup från ett fullskaligt fälttest, där de modeller som lämpar sig för att förutsäga spårdjup är beskrivna. Trädrötter förstärker skogsmarken och ökar avsevärt jordens bärighet. Bidraget från rotlagret till jordens bärförmåga beror på antalet rötter, deras diameter samt rötternas orientering och deras mekaniska egenskaper. För att förbättra modellen för rötternas mekaniska egenskaper har rotböjning och rottöjning studerats i ett laboratorietest och vidare jämförts med FEM-baserade resultat. Den befintliga MBS modellen av skotaren Valmet 860.3 har slutligen används för att studera lämpligheten av modellen för att förutsäga spårdjup. En jämförelse mellan flera olika metoder för att förutsäga spårdjup visas också.

The construction of infrastructures such as dams requires for the foundations to lay on stable ground. One way to do so is to grout the rock fractures present in the bedrock using concrete, and this also ensures that lower amounts of groundwater reach the infrastructure itself. However, the continuous flow of groundwater carrying various dissolved chemical compounds, will trigger over time the deterioration of the concrete grout by dissolving the mineral phases resulting from the hydration process. This study aims at determining the variations in porosity and hydraulic conductivity induced by the dissolution of portlandite content present in the grout following the groundwater flow. Eight different cases have been simulated in COMSOL Multiphysics®, based on various combinations of fracture geometry (rough and smooth), hydraulic gradient, and inflowing groundwater composition. Each model has two main components, one for the flow simulation and one for the reactive transport. The modules implemented from COMSOL Multiphysics® are Darcy’s Law, Chemistry, and Transport of Diluted Species in Porous Media. The software PHREEQC has been used to determine the chemical species concentration for both the initial and boundary conditions. The results show that, at the end of a 100-day period, the mineral concentration decreases from 56.27% to 61.27% depending on the simulation considered. This leads to an increase in porosity ranging from 1.94% to 2.23%, while hydraulic conductivity displays a minimum growth of 6.42% and a maximum of 7.43%. The sensitivity analysis results reveal that the most influencing factor on the degradation is the hydraulic gradient, which is followed by the fracture geometry, while the inflowing groundwater composition impact is not as high as the previous ones. / Byggandet av infrastrukturer som dammar kräver att grunden läggs på stabil mark. Ett sätt att uppnå detta är att fylla sprickor i berggrunden med betong, vilket också säkerställer att mindre mängder grundvatten når infrastrukturen. Det kontinuerliga flödet av grundvatten, som bär med sig olika lösta kemikalier, kan dock med tiden leda till att betongen bryts ner genom att mineralfaserna som bildas vid hydratiseringsprocessen löses upp. Denna studie undersöker hur porositeten och den hydrauliska ledningsförmågan förändras när portlandit i betongfogar löses upp av grundvattenflödet. Åtta olika scenarier har simulerats i COMSOL Multiphysics® med olika kombinationer av sprickgeometri (grov och slät), hydraulisk gradient och inkommande grundvattensammansättning. Varje modell består av två huvuddelar: en för flödessimulering och en för reaktiv transport. Modulerna från COMSOL Multiphysics® som används är Darcys lag, kemi och transport av utspädda ämnen i porösa medier. Programvaran PHREEQC har använts för att fastställa koncentrationen av kemiska ämnen för både initiala och gränsvillkor. Resultaten visar att efter 100 dagar minskar mineralkoncentrationen med mellan 56,27% och 61,27%, beroende på simuleringen. Detta leder till en ökning av porositeten med 1,94% till 2,23%, medan den hydrauliska ledningsförmågan ökar med minst 6,42% och högst 7,43%. Känslighetsanalysen visar att den hydrauliska gradienten är den mest påverkande faktorn för nedbrytningen, följd av sprickgeometrin. Sammansättningen av det inkommande grundvattnet har inte lika stor påverkan.

Les interactions entre des gouttes ou des bulles sont rencontrées dans de nombreuses applications industrielles et/ou environnementales. Ici, nous nous intéressons à l’électro-coalescence qui a des applications importantes comme par exemple la séparation eau/pétrole (coalescence de gouttelettes d'eau dans du pétrole). L’étude a été consacrée à l’élaboration et à la mise point de modèles basés sur les équations de Navier-Stokes et les équations régissant les champs électriques au niveau d’une seule goutte ainsi que l’interaction entre deux gouttes et plus particulièrement l’effet des forces hydrodynamiques et électrostatiques sur le mécanisme d’amincissement du film séparant les deux gouttes. Selon les cas traités, le suivi de l’interface est réalisé soit à l’aide de la méthode LS (Level Set) ou bien à l’aide de la méthode MM (Moving Mesh). Les solutions numériques ont été obtenues à l’aide du code de calcul COMSOL Multiphysics. Dans une première étape, nous avons analysé l’effet d’un champ électrique sur la déformation d’une seule goutte suspendue dans un autre fluide visqueux, pour différentes propriétés physiques et électriques des deux fluides. Le modèle a été testé et validé par confrontation avec les solutions analytiques existantes et avec des études numériques de la littérature. Nous avons examiné aussi l’influence du champ électrique sur la génération d’une goutte secondaire lors de la coalescence entre une goutte et une interface liquide-liquide déformable. Dans une seconde étape, nous avons étudié le drainage et la déformation de deux gouttes en interaction sous l’action d’une force constante. Contrairement à la théorie de lubrification basée entre autre sur l’hypothèse d’une petite déformation de l’interface, aucune hypothèse simplificatrice n’a été utilisée pour la résolution des équations, ce qui a permis d’obtenir des solutions numériques aussi bien pour les petites que pour les grandes déformations. Dans une troisième étape, nous avons examiné l’ascension d’une goutte isolée ou de deux gouttes de n-butanol dans l’eau sous l’influence de la force de flottabilité. L’évolution des vitesses terminales d’ascension des gouttes (goutte de tête/goutte suiveuse) et le drainage du film séparant les deux gouttes ont été analysées en présence et en l’absence de champ électrique. / Drops and bubbles interactions are encountered in various industrial and environmental applications. In this work, we focus on the electro-coalescence which has important industrial uses such as the destabilization of water / oil emulsions (coalescence of water droplets in oil). This study was devoted to the development and the elaboration of numerical models based on the Navier-Stokes equations and those describing the electrical field on a single drop as well as the interaction between two drops, and more particularly the effect of hydrodynamic and electrostatic forces on the thinning mechanism of the film separating the two drops. According to the treated cases, the interface tracking is achieved either by using the LS method (Level Set) or using the MM method (Moving Mesh). Numerical solutions were obtained using the commercial CFD software COMSOL Multiphysics. During the first step, we analyzed the effect of an electrical field on the deformation of a single suspended drop in another viscous fluid, for different physical and electrical properties of the two fluids. The model was tested and validated by comparison with existing analytical solutions and numerical studies found in the literature. We also analyzed the influence of the electric field on the generation of a secondary drop during the coalescence between a drop and a deformable liquid-liquid interface. In a second step, we investigated the drainage and deformation of two drops in interaction under the effect of a constant force. Unlike the lubrication theory which is based among others, on the assumption of a small interface deformation, in this work, no simplifying assumptions were used for the solution of equations, which allowed us to obtain numerical solutions for both small and large deformations. For the third step, we examined the rise of two drops of n-butanol in water under the influence of buoyancy force. The evolution of the drops terminal ascension velocity (leading drop/trailing drop), and the drainage of the film separating the two drops were analyzed in the presence and in the absence of electrical field.

The program COMSOL Multiphysics was used to simulate a flow of helium gas transporting ionized fission products out of an ion guide. Two important parameters to study from the simulation was the evacuation time and velocity of the ions. The mean evacuation time was shown to be 0.1173s, and the velocity of a single particle peaked at 2500m/s, 1000-1500m/s being more common.

Aktuellt examensarbete är en fallstudie som utförts på en miljonprogramsbyggnad i Andersberg ägd av AB Galvegårdarna vilka även är uppdragsgivarna. Då miljonprogramsbyggnader är dåligt värmeisolerade och har stora värmeläckage är det idag av stort intresse att se över eventuella förbättringsåtgärder då dessa byggnader har en potential att minska energianvändningen med 50 procent. Syftet med detta projekt är att få en kalibrerad och validerad modell med hjälp av den BES-modell (Building Energy System) som kommer att tas fram i detta examensarbete. Genom litteraturstudie, platsbesök samt inhämtning av protokoll, ritningar och uppmätta data för byggnaden kunde modellen skapas och kalibreras i simuleringsprogrammet IDA Indoor Climate and Energy. Ritningar och data tillhandahölls från AB Gavlegårdarna och platsbesök gjordes för att komplettera dessa genom att göra mätningar av temperaturer i de allmänna utrymmena. På plats kunde även byggnadens mått mätas för att säkerställa att byggnaden inte hade uppdaterats sedan tilldelade ritningarna skapats. När samtlig information ansågs ha införskaffats lades all data in i IDA ICE där även en modell av byggnaden byggdes upp. För köldbryggorna användes simuleringsverktyget COMSOL Multiphysics för att ta fram de enskilda köldbryggornas psi-värden vilka därefter användes som input i byggnadsmodellen i IDA ICE. Den kalibrerade modellen framtagen i detta projekt visade sig stämma med uppmätta värden så när som på +- 10% då den ställdes mot det uppmätta energibehovet för byggnaden. Mot en nyutvecklad energisignatursmodells byggnadsförlustkoefficient blev skillnaden 19.6% vilket kan bero på att fel från simuleringsverktygen samt osäkerheter angående omätbara parametrar. Slutsastsen utav detta arbete var att ”performance gap” även inträffade på den framtagna modellen i detta arbete. Vilket verkar vara svårt att undvika. På platsbesöket upptäcktes vattensamlingar på taket på byggnaden vilket var en förvåning för författarna då det fanns dokument som sade att ytskiktet var bytt 2015 och att det fanns indikeringar på att detta kunde få omfattande konsekvenser om det inte åtgärdas vilket tas upp under diskussion Framtida arbete om varför boendes bettendemönster underskattas vore något att gå vidare med i framtida studier för att kunna minska ”performance gap” på BES modeller. / This thesis is a case study carried out on a Million Homes Program (MHP) building in Andersberg owned by AB Galvegårdarna, whom are also the clients. Since MHPbuildings are poorly insulated and have major heat leaks, it is of great interest today to investigate any improvement measures as these buildings have a potential to reduce their energy use by 50 percent. This is possible with the help of the calibrated model in a building energy performance simulation (BEPS) tool, which is the purpose of developing in this thesis. Through a literature study, visit in the building and gathering protocols, drawings and measured data, a model could be built and calibrated in IDA Indoor Climate and Energy was started. Drawings and data were provided from AB Gavlegårdarna and site visits were made to supplement these by taking measurements of temperatures in the common areas. On site, the dimensions of the building were also measured to ensure that the building had not been upgraded since the assigned drawings were created. When all the information was considered to have been obtained, all data was entered into IDA ICE where a model of the building was also built up. For the thermal bridges, the COMSOL Multiphysics simulation tool was used to generate their individual linear heat loss coefficient which were used as input in the building model of IDA ICE. The calibrated model developed in this project turned out to have a deviation of 10 % against annual district heating energy. The simulated building heat loss coefficient differed with 19.6 % compared to the one produced with a newly developed energy signature method for the corresponding year which may be caused by errors in the simulation tools and uncertainty concerning immeasurable parameters. The final conclusion of this work was that the performance gap also occurred on this model developed in this work, which seems to be hard to avoid. During the site visit, water collections on the roof of the building were discovered which was a surprise to the authors as there were documents that said that the surface layer had been changed in 2015 and that there were indications that this could have significant consequences if not addressed which is mentioned in the chapter of discussion. Future work on why residents’ behavioral patterns are underestimated would be something to continue with in future studies in order to reduce the “performance gap” in BES models.

This thesis deals with design of optimal parameters of a relative displacement sensor, working on the electrodynamics principle. The sensor is based on the voltage induction to the coil placed in changing magnetic field. Thesis is divided into three parts: introductory, theoretical and practical. The introductory part provides basic relationships between displacement, velocity and acceleration sensors. The theoretical part contains physical concepts and describes relationships necessary for calculations and creating a model of permanent magnet in COMSOL Multiphysics. In thesis further presents patent research of electrodynamic sensors. The practical part describes the creation of the permanent magnet model and the subsequent calculation of the induced voltage in the coil in Matlab. A description of laboratory measurements follows, presenting the final comparison of the simulation and measurement results. There were found some differences, which might have been caused by incorrect calculation of the induced voltage. The final part of the thesis presents general recommendations for the design of sensor, resulting from simulations and measurements.

Den här studien handlar om att undersöka värmemotståndet för ett vattenrutschbaneelement för att se om det finns en skillnad mellan schablonmässiga och uppmätta värden för värmekonduktiviteten hos materialen men även undersöka hur stor påverkan de längsgåendeflänsarna har på transmissionsförlusten. Det finns ofta en skillnad mellan det schablonmässiga och faktiska värden när matningar genomförs på färdigställda konstruktioner. Syftet med studien är att undersöka riktigheten av schablonmässigt bestämt värmemotståndet för ett vattenrutschbaneelement (banmodell typ-1000) som produceras av Hydro Sport AB. Studien kommer även att undersöka materialens temperaturberoende utifrån värmekonduktivitet. En laboratoriemätning utfördes i ett klimatkammarskåp med värmeflödesmätare och termoelement för att bestämma värmekonduktiviteten för glasfiberlaminatet (GFRP) och mäta värmemotståndet för den sammansatta konstruktionen och genom att subtrahera glasfiberlaminatet värmemotstånd för att erhålla värmekonduktiviteten för Armaflex isoleringen. De framtagna värmekonduktiviteterna användes som parametrar i Comsol Multiphysics simuleringarna för att undersöka hur stor skillnad schablonmässiga och uppmätta värden har för denna specifika vattenrutschbana. Handberäkningar gjordes för att säkerställa att Comsol Multiphysics simuleringarna var pålitliga. Resultaten som framtagits i studien visar på att båda materialen men framför allt glasfiberlaminatet hade ett lägre värmekonduktivitetsvärde än det schablonmässiga som används i beräkningar i dagsläget. / This study is about examining the thermal resistance of a water slide element to see if it’s a difference between standard values and measured values for the materials thermal conductivity and also see how big an impact the horizontal flanges have for the heat balance of the structure. There is often a difference between the theoretical and actual values that is measured when the construction is finished.The purpose of this study is to validate the accuracy of the thermal resistance of a water slide element (track model typ-1000) that is produced by Hydro Sport AB. This study also covers thermal conductivity temperature dependent for the materials. A laboratory measurement was performed in a climate chamber with heat flux meters and thermocouples to obtain the thermal conductivity for the glass fibre reinforced polymer (GFRP) and measure the heat resistance for the whole composite construction and from there substract the GFRP heat resistance to obtain the thermal conductivity for the Armaflex insulation. The obtained thermal conductivity was used as parameters for the simulations in Comsol Multiphysics to investigate how big the impacts are between standard values and measured for this particular water slide type. To make sure that the Comsol Multiphysics simulations were trustworthy a hand calculation was made for this purpose.The results in this study revealed that both materials but especially GFRP had a better thermal conductivity than the standard value that is used today.