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.

<div>The design of advanced integrated circuits (ICs) and systems calls for multiphysics and large-scale modeling and simulation methods. On the one hand, novel devices and materials are emerging in next-generation IC technology, which requires multiphysics modeling and simulation. On the other hand, the ever-increasing complexity of ICs requires more efficient numerical solvers.</div><div><br></div><div>In this work, we propose a multiphysics modeling and simulation algorithm to co-simulate Maxwell's equations, dispersion relation of materials, and Boltzmann equation to characterize emerging new devices in IC technology such as Cu-Graphene (Cu-G) hybrid nano-interconnects. We also develop an unconditionally stable time marching scheme to remove the dependence of time step on space step for an efficient simulation of the multiscaled and multiphysics system. Extensive numerical experiments and comparisons with measurements have validated the accuracy and efficiency of the proposed algorithm. Compared to simplified steady-state-models based analysis, a significant difference is observed when the frequency is high or/and the dimension of the Cu-G structure is small, which necessitates our proposed multiphysics modeling and simulation for the design of advanced Cu-G interconnects. </div><div><br></div><div>To address the large-scale simulation challenge, we develop a new split-field domain-decomposition algorithm amenable for parallelization for solving Maxwell’s equations, which minimizes the communication between subdomains, while having a fast convergence of the global solution. Meanwhile, the algorithm is unconditionally stable in time domain. In this algorithm, unlike prevailing domain decomposition methods that treat the interface unknown as a whole and let it be shared across subdomains, we partition the interface unknown into multiple components, and solve each of them from one subdomain. In this way, we transform the original coupled system to fully decoupled subsystems to solve. Only one addition (communication) of the interface unknown needs to be performed after the computation in each subdomain is finished at each time step. More importantly, the algorithm has a fast convergence and permits the use of a large time step irrespective of space step. Numerical experiments on large-scale on-chip and package layout analysis have demonstrated the capability of the new domain decomposition algorithm. </div><div><br></div><div>To tackle the challenge of efficient simulation of irregular structures, in the last part of the thesis, we develop a method for the stability analysis of unsymmetrical numerical systems in time domain. An unsymmetrical system is traditionally avoided in numerical formulation since a traditional explicit simulation is absolutely unstable, and how to control the stability is unknown. However, an unsymmetrical system is frequently encountered in modeling and simulating of unstructured meshes and nonreciprocal electromagnetic and circuit devices. In our method, we reduce stability analysis of a large system into the analysis of dissembled single element, therefore provides a feasible way to control the stability of large-scale systems regardless of whether the system is symmetrical or unsymmetrical. We then apply the proposed method to prove and control the stability of an unsymmetrical matrix-free method that solves Maxwell’s equations in general unstructured meshes while not requiring a matrix solution.<br></div><div><br></div>

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.

This thesis focuses on modelling of the permanent magnet synchronous reluctancemotor (PMSynRM), which has drawn considerable attention by researchers thanks toits high efficiency and wide range of speed operation. Comparisons with measurementsfrom a four-pole PMSynRM with four barriers and 24 stator slots have been carriedout. In this thesis work, Matlab and Comsol Multiphysics are used to implement theparameterized PMSynRM model.Models of the PMSynRM in two-dimensions (2D) and three-dimensions (3D) havebeen implemented. The electromotive force (back emf) at no load condition for a fullpitchand short-pitch winding as well as the air-gap flux density distribution have beencalculated. A parametric study has been performed where the air-gap length, insulationratio of both d and q-axes, as well as flux barrier number have been varied and theeffect on the machine performance has been observed. The losses including eddycurrentlosses in permanent magnet, stator lamination loss, and rotor lamination losshave been calculated. The back emf and rated torque as well as developed torque witha pure q-axis current have been compared with corresponding experimental data.A 3D model of an axially shortened rotor has also been implemented in where apulsating current has been applied to estimate eddy-current losses in the permanentmagnets. The predicted losses from the 2D model and 3D model have been comparedfor pulsating currents with varying frequency and magnitude. / Denna avhandling fokuserar på modellering av permanentmagneten synkronreluktansmotor (PMSynRM), som har fäst stor uppmärksamhet av forskare tack varedess höga effektivitet och brett spektrum av hastigheter. Jämförelser med mätningarfrån en fyrpolig PMSynRM med fyra hinder och 24 statorspåren har utförts. I dettaexamensarbete, Matlab och Comsol Multi används för att implementera parameterPMSynRM modell. Modeller av PMSynRM i två dimensioner (2D) och tre dimensioner(3D) har genomförts. Den elektromotoriska kraften (mot-emk) utanbelastningstillstånd för en full-pitch och kort stigning lind samt luftgapetfördelningsflödestäthet har beräknats. En parametrisk studie har gjorts där luftspaltlängden,isolering förhållande av både d- och q-axlar, såväl somflödesbarriärnummer har varierats och effekten på maskinens prestanda harobserverats. Förlusterna inklusive virvelströmsförluster i permanentmagnet,statorskiktet förlust, och rotorlamine förlust har beräknats. Mot-emk och nominelltvridmoment samt utvecklat vridmoment med en ren q-axelström har jämförts medmotsvarande experimentella data. En 3D-modell av en axiellt förkortad rötor har ocksågenomförts i där en pulserande ström har tillämpats för att uppskattavirvelströmsförluster i permanentmagneterna. De förutsagda förluster från 2Dmodellenoch 3D-modell har jämförts för pulserande strömmar med varierandefrekvens och storlek.

Vid produktion av biodiesel produceras även råglycerol (10 vikt%) som biprodukt och utbudet av råglycerol har ökat över de senaste åren till följd av att biodieselproduktionen ökat. Marknadsvärdet för råglycerol är lågt, men det är en utmärkt föregångare till att producera mervärdesprodukter för exempelvis läkemedelsindustrin, kemikalieindustrin eller kosmetika. Genom att reformera glycerol till mervärdesprodukter ökar konkurrenskraftigheten för biodiesel och värdekedjans ekonomiska hållbarhet. Elektrokemisk reformering av glycerol är en lovande metod för att producera dess mervärdesprodukter, eftersom processen är justerbar och miljövänlig. En ytterligare fördel är att vätgas kan samproduceras med mervärdesprodukterna genom denna metod och energikonsumtionen för att producera vätgas genom denna metod är ungefär hälften av vad som krävs vid vattenelektrolys. Denna studie utvärderar hur masstransport påverkar selektiviteten och prestandan för elektrokemisk oxidation av glycerol, genom att utföra elektrokemiska experiment, karaktärisera processens katalysator och analysera produkter som produceras.  Den experimentella uppställningen innefattar en roterande diskelektrod med ett elektrodepositerat lager av Pd, på ett Ni-substrat, i varierande tjocklek. Elektroden undersöks i elektrolyter bestående av varierande koncentration av NaOH (1, 0.5 och 0.25 M) och 0.5 M glycerol vid 25 oC. Systemet konstrueras även som modell i Comsol Multiphysics 6.0 för att simulera experiment. Resultaten visar att masstransport av glycerol begränsar systemet genom att orsaka deaktiveringen av katalysatorn. Vid de lägre NaOH koncentrationerna begränsar även masstransport av OH- reaktionshastigheten genom att miljön omgärdande elektroden blir mindre oxidativ. Slutligen visas att reaktionsmekanismen vid alla tjocklekar av katalysatorn utgörs av två parallella reaktionsvägar. En ökande tjocklek hos katalysatorn ökar selektiviteten mot den ena reaktionsvägen framför den andra, samt ökar antal oxidationssteg som åstadkoms vid reaktionen. / Biodiesel production gives rise to 10 wt% crude glycerol as a byproduct, which is becoming increasingly available on the market owing to the increased biodiesel production over the last few years. Crude glycerol has a low market value, but it is an excellent precursor to producing value added products for the pharmaceutical industry, chemical industry or cosmetics to mention a few. By producing value added products with biodiesel derived glycerol, the ability of biodiesel to compete with fossil fuels is improved and its economical sustainability is promoted. One of the most promising methods to convert glycerol into its value added products is electrochemical reforming, as it poses high tunability and is an environmentally friendly process. Additionally, the process produces hydrogen concurrently and halves the energy consumption compared to producing hydrogen from water electrolysis. This study evaluates the impact of mass transport in the glycerol electrooxidation reaction (GEOR), as a parameter that can be used to finetune product selectivity and optimise the system performance. To do so, the study employs electrochemical experiments, catalyst characterisation and product analysis. The experimental setup consists of a rotating disk electrode (RDE) cell with electrodeposited Pd on Ni substrate at varying thicknesses, operating in 1, 0.5, 0.25 M NaOH and 0.5 M glycerol electrolyte at 25 oC. Additionally, the system is modelled in Comsol Multiphysics 6.0 which is used to perform simulations. It is found that mass transport of glycerol is limiting the system by causing the deactivation of the catalyst. At lower NaOH bulk concentrations for the thicker electrodes, the mass transport of OH- also limits the reaction rate by causing the formation of a locally less oxidative environment. Finally, it is found that all electrodes pose dual reaction mechanisms. Increasing the electrode thickness promotes one reaction mechanism over the other as well as it increases the number of oxidation steps achieved in the reaction.

The focus of the research is on the problem of ventilation on lead-melting production. The main sources of lead emissions in the refining shop are determined. The primary conditions for convective jet saving for its further removal and cleaning are defined. With COMSOL Multiphysics simulation platform the shop model is created for fluid flow analysis. The results of numerical calculation of air exchange scheme and its comparing with experimental data are shown. An own scheme of air distribution in refining shop is offered. The scheme takes into account all the requirements for saving of convective circulation, initiated by convective jets from melting pots. / Диссертация посвящена проблеме вентиляции свинцово-плавильного производства. Определены основные источники выделения аэрозолей свинца в рафинировочном цехе. Определены основные условия, и параметры сохранения конвективной струи для её дальнейшего удаления и очищения. В программе COMSOL Multiphysics® построена модель цеха для моделирования процессов течения воздуха. Представлены результаты численного моделирования организации схемы воздухообмена и их сравнение с физическим опытом. Предложена собственная схема распределения воздуха в рафинировочном цехе, в которой учитываются все требования, для сохранения естественной циркуляции, инициированной конвективными струями от котлов.

Transformers are essential for modern power distribution system. They are efficient and enable the voltages to be transformed up for transportation of electricity and back down for consumer use. The reliability of the transformer is affected by faults and fatigue of the copper. The bigger faults a transformer is subjected to, the shorter life time it will have due to damage to the winding and other parts of the transformer. This thesis investigates if it is possible to characterise the noise made from the windings during a short circuit fault or lightning strike, to see if it can be replicated and if transformers can be diagnosed with the help from the noise. Faults creates forces on the windings, these forces can be so great that the windings collide with each other and in worst case breaks. The sound sources that are interesting are the thermal expansion due to the current, the radial forces and the axial forces acting on the coil. Simulations were made in Comsol multiphysics to see how the currents and forces behaved in a winding. A simplified microphone circuit was built and tested to see if it could detect the noise made from the collisions in the coil. Two microphone types and amplifier circuits were tested to see which ones was most suited for the experiments. The microphone circuit was used to record the sound made from the coils when being compressed. An experiment with a capacitor bank sending a large current pulse through different coils and the noise made from the coil was recorded with a microphone circuit connected to an oscilloscope. The currents are recorded by a computer using the program Picoscope. The capacitor bank was charged to different voltages to get different current amplitudes. A microphone circuit was built and tested so it could detect the sound from the collision. Sound occured with a current pulse with an amplitude of 2 kA, and permanent deformation occured when the amplitude of the current pulse was 4.5 kA. The frequency content of the impact was within the audible spectrum. Possibly even higher frequencies than 20 kHz was present during the fault. The microphone had a bandwidth between 20-20000 Hz, which limits the frequencies that is picked up by the microphone. / Transformatorer är viktiga för det morderna elsystemet. Transformatorer är effektiva och tillåter spänningen att transformeras upp för transport vilket minimerar förlusterna i lendningarna och sedan ned igen för kunder. Tillförlitligheten av transformatorer blir påverkad av fel, felen kan orsaka utslitning av kopparen i lindningarna. Ju större fel som transformatorn blir utsatt för, ju kortare livstid får transformatorn på grund av skada på lindningarna eller andra delar av transformatorn. Denna avhandling undersöker om det är möjligt att karaterisera ljudet från transformator lindningar under ett kortslutningsfel eller blixtnedslag. Felströmmarna skapar krafter på lindningarna, dessa krafter kan vara så stora att lindningarna kolliderar med varandra och i värsta fall går lindningarna sönder. Några intressanta ljudkällor är termisk expansion av kopparen från strömmarna, den radiella kraften på spolen och den axiella kraften på spolen. Simuleringar gjordes i Comsol Multiphysics för att se hur strömmar och krafterna beter sig i transformator lindningarna. En mikrofonkrets byggdes och testades för att se om den kunde detektera ljudet från kollisionerna i spolen. Två olika mikrofontyper och två olika förstärkartyper testades för att se vilka som passade bäst för experimenten. Mikrofonkretsen användes för att spela in ljudet från spolarna. Experimenten gjordes med med hjälp av en kondensatorbank som genererar en strömpuls genom de olika lindningarna/spolarna och ljudet från spolarnas kompression var inspelade av mikrofonkretsen som var inkopplad till ett oscilloskop. Strömpulsen var sparad på datorn med programmet Picoscope. Kondensatorbanken var uppladdad med olika spänningar för att få strömpulser med olika amplituder. Experimenten gjordes på fyra olika spolar, en två varvs spole, en 19 varvs spole, en 40 varvs tätlindad spole och en deformerad 19 varvs spole, för att se om det var skillnad mellan kollisionerna. Ljud uppstod vid en strömpuls med amplituden 2 kA och permanent deformation uppstod vid 4.5 kA. Frekvensinnehållet från kollisionen befann sig inom det hörbara spektrumet. Det fanns möjligen frekvenser över 20 kHz, men mikrofonen hade en bandbredd mellan 20-20000 Hz vilket begränsar de upptagna frekvenserna.

Multiphysics systems with interface coupling are used to model a variety of physical phenomena, such as arterial blood flow, air flow around aeroplane wings, or interactions between surface and ground water flows. Numerical methods enable the practical application of these models through computer simulations. Specifically a high level of detail and accuracy is achieved in finite element methods by discretisations which use extremely large numbers of degrees of freedom, rendering the solution process challenging from the computational perspective. In this thesis we address this challenge by developing a twofold strategy for improving the efficiency of standard finite element coupled solvers. First, we propose to solve a monolithic coupled problem using block-preconditioned GMRES with a new Schur complement approximation. This results in a modular and robust method which significantly reduces the computational cost of solving the system. In particular, numerical tests show mesh-independent convergence of the solver for all the considered problems, suggesting that the method is well-suited to solving large-scale coupled systems. Second, we derive an adjoint-based formula for goal-oriented a posteriori error estimation, which leads to a time-space mesh refinement strategy. The strategy produces a mesh tailored to a given problem and quantity of interest. The monolithic formulation of the coupled problem allows us to obtain expressions for the error in the Lagrange multiplier, which often represents a physically relevant quantity, such as the normal stress on the interface between the problem components. This adaptive refinement technique provides an effective tool for controlling the error in the quantity of interest and/or the size of the discrete system, which may be limited by the available computational resources. The solver and the mesh refinement strategy are both successfully employed to solve a coupled Stokes-Darcy-Stokes problem modelling flow through a cartridge filter.