I Sveriges kalla klimat innebär isrelaterade problem årliga produktionsförluster för vattenkraftföretagen. Kravisbildning på intagsgrinden till ett vattenkraftverk betyder att den grindarea genom vilken vatten kan strömma in reduceras och inströmningsförlusterna ökar. De förebyggande åtgärderna handlar ofta om att sänka vattnets ythastighet tillräckligt mycket för att ett stabilt istäcke ska kunna utbredas. Istäcket isolerar vattnet från fortsatt nedkylning så att temperaturen i vattnet inte understiger 0 °C och kravisproduktionen i vattnet upphör. I detta examensarbete tillämpas CFD-beräkningar för att åskådliggöra hastighetsfördelningen i magasinet vid Finnfors kraftverk med dess nuvarande batymetri och med modifierade batymetrier motsvarande potentiella åtgärder för att sänka vattnets hastighet. Anläggningsägaren Skellefteå Kraft hade identifierat två problem som ansågs kunna bidra till turbulens och höga inströmningshastigheter och utöver dessa kunde simuleringar med magasinets nuvarande batymetri identifiera i vilka områden åtgärder borde genomföras. Av de fem utvärderade åtgärdsalternativen ledde inget till att hastigheterna helt understeg de kritiska gränserna för då ett istäcke kan lägga sig vid en vattenföring på 225 m 3/s, däremot reducerades storleken på områdena med höga hastigheter. Valideringen ökade resultatens tillförlitlighet och denna studie visar därmed hur CFD-beräkningar kan tillämpas för att utvärdera vilken effekt en bottenmodifiering skulle få för strömningen i en älvfåra. Detta kan utgöra användbart underlag i arbetet med att förbättra produktionskapaciteten i befintliga vattenkraftverk.

Axial flux induction machines are attractive solutions for electric vehicle applications nowadays. Thanks to their high torque density and no need for rare-earth material for permanent magnets, axial flux induction machines are the most used electric machine type with good performance and low prices. Research on the thermal characteristics of induction machines can benefit the design development of products. Generally, the finite element analysis (FEA) method is used to conduct a fast thermal simulation of machines. However, a significant disadvantage of the FEA method is that the forced convection heat transfer and the fluid motion are challenging to consider. To solve this problem, the thesis work focuses on conducting a computational fluid dynamics (CFD) model to predict the temperature distribution of the AuraGen induction machine and the velocity distribution of the airflow by accurately considering the forced convection heat transfer and the fluid motion in different operation conditions. The thesis work covers the improvement of 3D cad models of the AuraGen induction machines and airflow fields, evaluation of simulation parameters of the CFD simulation models, and the comparison of results between the CFD simulation, FEA simulation, and physically experimental measurements. Finally, the best CFD simulation model can accurately predict the temperature distribution of all components of the induction machine and the airflow in the 3000, 2000, and 1000 rpm conditions. The accuracy satisfies the desired goal which is within 4℃ of the average error and 8℃ of the maximum error. Velocity distributions of the airflow can also show characteristics of the fluid motion from inlets to the outlet. Compared with simulation results of the FEA method, the CFD simulation model has significantly more accurate results when applied for a wide range of operating speeds to predict the temperature distribution in the forced convection heat transfer condition. The good CFD simulation results can help quickly discover design problems in the early stage of the product development process without making repeated prototype constructions and physical tests. The good CFD simulation results are beneficial to reducing the number of necessary prototypes and therefore reducing development costs and time consumed. / Axial Flux Induktionsmaskiner är attraktiva lösningar för elektriska fordonsansökningar nuförtiden. Tack vare sin höga vridmomentäthet och inget behov av sällsynt jordmaterial för permanenta magneter är Axial Flux-induktionsmaskiner den mest använda elektriska maskintypen med bra prestanda och låga priser. Forskning om induktionsmaskinernas värmekarakteristik kan gynna designutvecklingen av produkter. I allmänhet används metoden Finite Element Analysis (FEA) för att genomföra en snabb termisk simulering av maskiner. Emellertid är en signifikant nackdel med FEA-metoden att den tvungen konvektionsvärmeöverföringen och fluidrörelsen är svåra att ta hänsyn till. För att lösa detta problem fokuserar avhandlingsarbetet att genomföra en CFD-modell för att förutsäga temperaturfördelningen av Auragen-induktionsmaskinerna och luftflödeshastighetsfördelningen genom att noggrant överväga den tvungen konvektionsvärmeöverföring och fluidrörelse i olika driftsförhållanden. Avhandlingsarbetet täcker förbättringen av 3D CAD-modeller av Auragen-induktionsmaskiner och luftflödesfält, utvärdering av simuleringsparametrar för CFD-simuleringsmodellerna och jämförelsen av resultaten av CFD-simuleringen, FEA-simulering och fysiskt experimentella mätningar. Slutligen kan den bästa CFD-simuleringsmodellen noggrant förutsäga temperaturfördelningen av alla komponenter i induktionsmaskinen och luftflödet i 3000, 2000 och 1000 rpm-förhållandena. Noggrannheten uppfyller det önskade målet som är inom 4 ℃ från medelfelet och 8 ℃ från det maximala felet. Velocitetsfördelningar av luftflödet kan också visa egenskaper hos fluidrörelsen från inlopp till utloppet. Jämfört med simuleringsresultat av FEA-metoden har CFD-simuleringsmodellen betydligt mer exakta resultat när det appliceras för ett brett spektrum av driftshastigheter för att förutsäga temperaturfördelningen i det tvångsöverföringstillstånd. De goda CFD-simuleringsresultaten kan hjälpa till att snabbt upptäcka designproblem i ett tidigt skede av produktutvecklingsprocessen utan att göra upprepade prototypkonstruktioner och fysiska tester. De goda CFD-simuleringsresultaten är fördelaktiga för att minska antalet nödvändiga prototyper och därför minska utvecklingskostnaderna och tidsåtgången.

In this work, regression models for the wake field entering a propeller at certain axial andnominal position have been proposed. Wakes are non-uniform flows following a body immersedin a viscous fluid. We have proposed models for the axial and tangential velocity distribution asfunctions of ship hull and propeller measures. The regression models were modelled using Fourierseries and parameter estimations based on skewed-Gaussian and sine functions. The wake fieldis an important parameter in propeller design. The regression models are based on experimentaldata provided by the Rolls-Royce Hydrodynamic Research Center in Kristinehamn. Also we havestudied the flow in the axial velocity distribution in the propeller plane using the coherent structurecoloring method. The coherent structure coloring is used to study coherent patterns by looking atfluid particle kinematics. Using this type of analysis, we observed that the velocity distributionbehaves kinematically similar in the different regions of the wake distribution, which according tothe coherent structure coloring indicate coherence. / I det här arbetet, har regressionsmodeller för medströmsfältet in i en propeller vid viss axielloch nominell position utvecklats. Medströmsfältet är ojämn strömning efter en kropp nedsänkt i enviskös vätska. Vi har föreslagit modeller för axiell och tangentiell hastighetsfördelning som funktionerför fartygsskrov-och propeller-parametrar. Regressionsmodellerna modellerades med hjälpav Fourier-serier och parameterskattning baserade på skeva Gaussfördelningar och sinusfunktioner.Medströmsfältet är en viktig parameter i propeller design. Regressionsmodellerna är baserade påexperimentella data från Rolls-Royces Hydrodynamiska Forskningscenter i Kristinehamn. Vi harockså studerat flödet i axialhastighetsfördelningen i propellplanet med hjälp av den koherenta struktureringsfärgmetoden.Den koherenta struktureringsfärgmetoden används för att studera koherentamönster genom att titta på vätskepartikelkinematik. Med hjälp av denna typ av analys observeradevi att hastighetsfördelningen uppför sig kinematiskt lika i de olika regionerna i medströmsfältet,vilket enligt koherenta strukturfärgmetoden indikerar koherens.

The goal of nuclear fusion research is to create a clean and virtually limitless energy source. In order to that, a plasma must be heated to hundreds of millions degrees Celsius. A commonly used heating mechanism is ion cyclotron resonance heating, where antennas emit radio waves into the plasma. The wave can resonate with the ions at their cyclotron frequency, which leads to wave absorption. In order to investigate and improve the heating, one can perform computer simulations. FEMIC is a finite element model for ICRH that calculates the wave field created by the antennas. However, this code does not take into account how the wave modifies the velocity distribution of the plasma. Therefore, a time-independent Fokker-Planck solver is implemented that computes the fast ion distribution due to the incident wave field calculated with FEMIC. The novelty of this code is to include Doppler shift, which influences where ions resonate and how they are heated. / Målet med fusionsforskningen är att skapa en ren energikälla som kan producera obegränsade mängder energi. För detta krävs att ett plasma värms till hundratals miljoner grader Celsius. En vanlig teknik för att värma plasmat är joncyklotronuppvärmning, där en antenn emitterar radiovågor som propagerar in i plasmat. Om vågen är i resonans med jonernas cyklotronrörelse leder detta till att vågen absorberas av jonerna. För att studera och utveckla denna uppvärmningsteknik kan man använda datorsimuleringar. FEMIC är en kod baserad på den finita elementmetoden som beräknar vågfälten som skapas av antennen. Med denna kod kan vi dock inte beräkna hur vågen påverkar jonernas fördelningsfunktioner. Därför har en Fokker-Planck-lösare implementerats som kan beräkna fördelningen av snabba joner som accelererats av vågfältet från FEMIC. Det nya i denna modell är att koden tar hänsyn till Dopplerskiftet, vilket påverkar var jonerna är i resonans med vågen och hur de värms upp.