The Swedish municipalities of Gävle and Älvkarleby need new sources of drinking water as the population grows. Gästrike vatten AB has employed the consultant firm Midvatten AB to assess the possibility of a new groundwater extraction site on the Uppsala esker between Älvkarleby and Skutskär in northern Uppland county. It has been observed that the natural recharge to the aquifer in the Uppsala esker might be too low to compensate for a future groundwater extraction and that there is a risk of induced infiltration from the river Dalälven if the water table is lowered. River water might bring organic contaminants into the aquifer and negatively affect the groundwater quality.A solution proposed by Midvatten is to infiltrate the esker with river water free from organic contaminants at infiltration sites. This artificial infiltration is estimated to create new groundwater to compensate for the extraction and stop river water from reaching the extraction wells. There is however, a need to estimate the magnitude of infiltrating river water when the infiltration sites are active.The aim of this study was to estimate the flow of water between the river and a section of the Uppsala esker for a test period during 2017, specifically, the infiltration from the river. In addition to this, changes in flow depending on proposed pumping and infiltration scenarios were modelled.A MODFLOW model was developed in the graphical user interface Groundwater Modeling System (GMS) and its performance was validated against observed aquifer head. The model could accurately represent the head close to the river but was less accurate with increasing distance from the river. Average infiltration from the river varied from 3 to 25 l s-1. The calculated infiltration depended on which extraction well or artificial infiltration site was active and the rate of flow.It was concluded that the distribution of hydraulic conductivity in the aquifer was not sufficiently detailed. A solution could have been to use stratigraphic data from borehole logs instead of a general quaternary deposits map as basis for the distribution of hydraulic conductivity. Artificial infiltration close to the river prevented large volumes of induced infiltration. The accuracy of the model could have been improved if the results were compared to other methods such as particle-tracking, tracer tests and with measurements of the streambed such as seepage meters. / Gävle och Älvkarlebys kommuner är i behov av nya grundvattentäkter för att kunna försörja invånarna med dricksvatten i framtiden. Ett område som är av intresse för de två kommunerna är ett grundvattenmagasin i Uppsalaåsen intill Dalälven mellan Älvkarleby och Skutskär. Vid ett dricksvattenuttag kan vattenbalansen i magasinet ändras. I magasinet uppskattas grundvattenbildningen vara för låg för att pumpa upp nog mycket vatten och bibehålla en stabil dricksvattenförsörjning. När uttaget av grundvatten är högre än grundvattenbildningen sänks grundvattenytan och vatten flödar från andra delar av magasinet eller älven för att kompensera. Älvvattnet bedöms ha en stark hydraulisk koppling med grundvattnet, vilket innebär att det finns en risk att älvvattnet infiltrerar i magasinet och sänker kvalitén på framtida dricksvatten.Konsultföretaget Midvatten AB har i uppdrag att bedöma möjligheten till ett framtida dricksvattenuttag. Midvatten har som lösning anlagt stationer med sprinklerinfiltration för att i framtiden kunna infiltrera avhumifierat älvvatten som på sikt omvandlas till grundvatten. Denna konstgjorda infiltration är också tänkt att hindra älvvatten från att ta sig in i magasinet genom att förse magasinet med den mängd vatten som går förlorad av dricksvattenuttag. Hur mycket älvvatten som tar sig in till grundvattenmagasinet och når brunnarna vid ett framtida uttag och konstgjord infiltration, är dock oklart.Syftet med denna studie var att uppskatta flödet mellan åsens grundvattenmagasin och Dalälven och specifikt infiltrationen av älvvatten. Detta gjordes genom att utveckla en digital MODFLOW-flödesmodell i programmet GMS. Modellen kunde, med hjälp av uppmätta vattennivåer i grundvattenmagasinet och älven, räkna ut hur mycket vatten som flödade in från älven (infiltrerade). Den uträknade infiltrationen låg i genomsnitt på 3-25 l s-1. Infiltrationsmängden berodde på vilken brunn som vattnet pumpades ur, hur mycket som pumpades ut och hur mycket artificiell infiltration som tillfördes i de tre infiltrationsområdena under en period av 2017. Modellen användes även till att uppskatta flödet från älven för 28 tilltänkta scenarier under 2017 med konstant pumpning och konstgjord infiltration i de olika brunnarna och infiltrationsstationerna.Resultaten visade att modellen kunde uppskatta grundvattenmagasinets vattennivåer nära älven men inte på längre avstånd ifrån älven. Detta berodde på att magasinets hydrauliska parametrar inte var korrekt fördelade. Fördelningen kunde ha förbättrats om de baserats på jordarter från borrprotokoll istället för en jordartskarta. Modellen visade att mycket lite älvvatten flödar in i akviferen om vatten artificiellt infiltreras nära älven. För att resultaten av den här studien ska bli tillförlitliga krävs det att resultaten jämförs med andra metoder som använder sig av förslagsvis partikelspårningsmodeller, spårämnesstudier eller flödesmätningar av flodbädden.

Surgical site infection is responsible for 38 percent of reported infections after surgery. This infection increases mortality and treatment costs, and prolongs the hospitalization of patients. Bacteria-carrying particles are the main cause of surgical site infection and one of the main sources of these particles is skin fragments released from the surgical personnel during an ongoing surgery. Ventilation systems reduce the concentration of bacteria-carrying particles by supplying clean air in the operating room. The performance of operating room ventilation systems is affected by internal disruptions such as medical equipment, surgical lamps, number of staff and their behaviour during the surgery. Using computational fluid dynamics, this thesis investigates the airflow behaviour and distribution of the contamination in the operating room under the presence of various internal disruptions. In this regard, three common ventilation systems are considered: laminar airflow, turbulent mixing and temperature-controlled airflow ventilations. This study tries to overcome the weaknesses of the ventilation systems by providing sustainable solutions and continuously being in contact with design companies. It is common to use warming blankets to prevent reduction in the core body temperature of the patient during major surgeries. However, there is a major concern that these blankets disrupt the supplied airflow, which results in rising contaminant concentration. Most of the studies about warming blankets are clinical works and it is still not clear whether or not these blankets should be used. The results of the present study show that using warming blankets had no impact on increase of contamination level at the surgical zone. However, one common type of warming blanket – a forced-air warming blanket – can considerably increase the concentration of bacteria-carrying particles at the wound area if it becomes contaminated. The simulated results of the airflow field and particle tracking showed that the laminar airflow ventilation system was disturbed more easily by the local heat loads than overall heat loads in the operating room. Surgical lamps are considered as an obstacle in the supplied airflow path. These lamps create a stagnant area above the operating table and increase the contamination level. In this regard, a novel design of surgical lamp, a fan-mounted surgical lamp, was introduced to operating rooms.This device was used in the operating rooms equipped with laminar airflow and mixing ventilation system. The simulated results revealed that this lamp significantly reduced the contamination level at the operating table. Visualization techniques were adopted to teach and improve the understanding of surgical personnel about transmission of contaminated particles in operating rooms. Here, a virtual and augmented reality interface was used to visualize the impact of differences in ventilation principle, surgical staff constellation and work practice. / Infektioner relaterade till kirurgiskt ingrepp utgör 38 % av rapporterade infektioner efter operation. Dessa infektioner ökar dödligheten och behandlingskostnaderna samt förlänger patienternas sjukhusvistelse. Bakteriebärande partiklar är den främsta orsaken till infektion vid kirurgi. Huvudkällan till dessa partiklar är hudfragment som frigörs från kirurgisk personal under en pågående operation. Genom att tillföra ren luft via ventilationssystemet kan koncentrationen av baktebärande partiklar i operationssalen minskas. Ventilationssystemets förmåga att ventilera salen påverkas av föremål som stör luftströmmen, som exempel medicinsk utrustning, kirurgiska lampor samt av närvarande personal och deras beteende under operationen. Med avancerade numeriska strömningsberäkningar undersöks i denna avhandling luftflöden och fördelningen av föroreningar i operationssalen under inverkan av sådana störningar. Tre olika ventilationssystem inkluderas. Ett för laminärt luftflöde, ett för turbulent omblandning och ett för temperaturreglerad luftströmning. I studien kartläggs ventilationssystemens funktion och relevansen prövas i ett kontinuerligt samarbete med tillverkande industri. Användning av värmefiltar förekommer under större operationer för att hålla patientens kroppstemperatur stabil. Det finns emellertid en stor oro för att dessa filtar stör det tillförda luftflödet och därmed ökar föroreningsnivån. En vanlig typ av värmefilt med forcerad varmluft kan om den är förorenad avsevärt öka koncentrationen av bakteriebärande partiklar i sårområdet. De flesta undersökningar om värmande filtar är kliniska studier och det är fortfarande inte helt klarlagt i vilken mån och hur dessa filtar skall användas. Denna studie visar emellertid att användning av värmefiltar inte påverkar föroreningsnivån i den kirurgiska zonen. Gjorda datorsimuleringar av luftflödesfältet och partikelspårning visar att det laminära ventilationsflödet lättare störs av lokala värmebelastningarna än av generella värmebelastningar i operationssalen. Kirurgiska lampor betraktas som hinder i en planerad luftflödesväg. Lampor kan skapa en stillastående luftmassa ovanför operationsbordet och därmed öka föroreningsnivån. För detta introduceras en ny design av kirurgisk lampa, en fläktmonterad kirurgisk lampa för operationsrum, utrustade med laminärt luftflöde och omblandning. Simulerade resultat visar att denna nya kirurgiska lampa signifikant minskar föroreningsnivån vid operationsbordet. Visualiseringsteknik användes i denna studie för att förbättra förståelsen hos kirurgisk personal om hur förorenade partiklar kan spridas i operationssalen. Med ett virtuellt och förstärkt gränssnitt visualiserades föroreningshalter i rumsluften då olika typer av ventilationssystem användes. Visualiseringen visar också hur kirurgigruppens storlek och arbetsställning under operation påverkar spridningen av föroreningar. / <p>QC 20201103</p>

This work entails studying unfitted finite element discretizations for convection-diffusion equations in domains that evolve in time. In particular, these partial differential equations model the evolution of the concentration of soluble surfactants in bulk-interface domains. The work in this thesis docuses on developing numerical methods which conserve the modeled physical quantities. In this work, we propose cut finite element discretizations based on the Discontinuous Galerkin framework which are both locally and globally conservative. Local conservation is achieved on so-called macro elements, and we investigate macro element partitioning of the mesh for both stationary and time-dependent domains. Additionally, we develop globally conservative methods for time-dependent problems. We analyze the proposed methods by studying the convergence of the L2-error with respect to mesh size, condition numbers of the associated linear system matrices, and the conservation error. In numerical experiments for time-dependent problems, we show that the proposed methods have optimal convergence and that the developed macro element stabilization for time-dependent problems leads to increased accuracy while retaining stable condition numbers. Moreover, the measured conservation errors verify the global conservation of the proposed methods. / Detta arbete undersöker diskretiseringar av partiella differentialekvationer i tidsberoende domäner där beräkningsnätet inte behöver anpassas till domänens rörelse. I synnerhet betraktar vi partiella differentalekvationer som modellerar koncentrationen av lösliga ytaktiva ämnen, och skurna finita elementmetoder baserade på den Diskontinuerliga Galerkinmetoden som bevarar de modellerade fysikaliska storheterna. I detta arbete föreslås diskretiseringar som är både lokalt och globalt konservativa. Lokal konservering uppnås i så kallade makroelement, och vi undersöker makroelementpartitionering för både stationära och tidsberoende domäner. Även globalt konservativa metoder utvecklas för tidsberoende problem. De föreslagna metoderna analyseras med hjälp av numeriska exempel. Vi studerar konvergensen av L2-felet med avseende på nätstorlek, konditionstalen för de linjära systemmatriserna samt konserveringsfelet. Metoderna uppvisar optimal konvergens och makroelementstabilisering som utvecklas för tidsberoende problem leder till ökad noggrannhet, samtidigt som konditionstalen förblir stabila. Dessutom veritifierar de uppmättta konserveringsfelen den globala konserveringen hos de föreslagna metoderna.

This thesis explores the spherically symmetric gravitational collapse of a massless scalar field in a minimally modified gravity theory denoted VCDM (V replaces $\Lambda$ in the $\Lambda$CDM abbreviation), a class of theories propagating the same degrees of freedom as general relativity at the expense of broken 4D diffeomorphism invariance. Numerical evolution of the equations of motion reveals that for small initial scalar profile amplitudes, no black hole forms from the collapse. However, for larger amplitudes, collapse leads to an apparent horizon's formation in finite time. Outside the horizon, the solution resembles the Schwarzschild geometry, while inside, the lapse function continues to decrease toward zero, implying the formation of a singularity/foliation breakdown. This suggests a need for a UV completion for the theory inside the horizon. Despite this, VCDM can describe the entire time evolution of the universe outside the black hole horizon without requiring knowledge of such a UV completion. / Denna uppsats undersöker den sfäriskt symmetriska gravitationskollapsen av ett masslöst skalärfält inom en minimalt modifierad gravitationsteori betecknad VCDM (där V ersätter $\Lambda$ i $\Lambda$CDM-förkortningen), en klass av teorier som propagerar samma frihetsgrader som den allmäna relativitetsteorin på bekostnad av bruten fyrdimensionell diffeomorfiinvarians. Numerisk utveckling av rörelseekvationerna visar att ett svart hål inte kan bildas om begynnelseamplituden hos den initiala skalärfältsprofilen är liten. För större amplituder bildas en uppenbar horisont på en ändlig tid. Utanför horisonten sammanfaller lösningen med Schwarzschildgeometrin, medan inuti horisonten fortsätter lapsefunktionen att falla mot noll, vilket implicerar formationen av en singularitet/sönderfall av rumtidsfolieringen. Detta tyder på att teorin är i behov av en UV-komplettering innanför horisonten. Trots detta kan VCDM beskriva hela universums tidsutveckling utanför det svarta hålet utan vetskap om en sådan UV-komplettering.

This study explores shallow lake numerical hydrodynamic processes that support model development and validation, extreme events and effects of water circulation in Lake Victoria. Lake Victoria is the second largest freshwater lake in the world, and the largest in East Africa. It is the major freshwater reservoir and source for domestic, agriculture, industrial, fishery, and transport. The resources support livelihoods and ecosystem services for over 40 million people. The lake is severely affected by water quality degradation by pollution. This thesis aims at improving the understanding by following recommendation of the Lake Victoria Environment Management Project, Lake Victoria Basin Commission climate change adaptation strategy and action plan 2018-2023, Lake Victoria Basin Commission operational plan 2015-2020, and Lake Victoria Basin Commission report. These reports suggested detailed lake bathymetry survey, modelling of lake flow, study of lake hydrometeorological processes by modelling and simulation, to identify extreme weather events, assess water circulation effect, and study lake pollution near the shore. A numerical hydrodynamic model was built in the COMSOL Multiphysics (CM) software for assessing lake flows and water turn-over from river inflows which carry pollution. The work included the development of systematic methods for lake bathymetry that are relevant for lake numerical and hydrodynamic modelling. The hydrometeorological driven simulation model was employed to assess lake water balance, water circulation and soluble transport. Paper 1 creates a bathymetry from several methods and from several data sources, and a vertically integrated free surface flow model was implemented in CM. The model was used to investigate outflow conditions, mean velocities driven by river inflow, outflow, precipitation and evaporation. It is shown to be exactly conservative and give water level variation in reasonable agreement with measurements. The results indicate that the shallow water model is close to linear. An outflow model, linear in water level, predicts water level reasonable agreement with measurements. The findings suggest that the model should consider wind stress driven flow to provide more accurate lake flow behavior. Paper 2 performed an assessment of the hydro-meteorological processes and extreme weather events that are responsible for changing the characteristics of lake water balance, and changing streamflow variations, and lake transportation. We compare historical data over a long time with data from the model including water balance, sources of data uncertainty, correlations, extreme rain and inflow years, and seasonal variations. Solute loading and transportation was illustrated by tracing the water from the river inflows. The results indicate that the lake rainfall has a strong seasonal variation with strong correlations between tributary inflows and precipitation, and between lake outflow and water level. The tracer transport by mean flow is very slow. Flow increases somewhat in wet periods and is faster in the shallow Kenya lake zone than in the deeper Uganda and Tanzanian lake zones, where the major inflow, from the Kagera River, appears to strongly influence transportation. / Denna studie undersöker med numerisk metodik hydrodynamiska processer i den mycket grundaVictoriasjön och hur de påverkas av extrem väderlek, inflöden, och nederbörd. Victoriasjön är denandra största sötvattensjön i världen, och den största i Afrika. Den är färskvattenförråd och källa förhushåll, jordbruk, industri, fiske och transporter. Resurserna ger livsuppehåll och ekosystemtjänsterför mer än 40 miljoner människor. Sjön är utsatt för allvarliga föroreningar som försämrarvattenkvaliteten. Detta arbete avser att förbättra förståelsen genom att följa rekommendationer somgivits ut av Lake Victoria Environment Management Project (LVEMP), och Lake Victoria BasinCommissions (LVBC) rapporter om strategi för anpassning till klimatförändringar, åtgärdsplan2018-2023 och översiktsplan 2015-2020. Rapporterna föreslår detaljerad genomgång avdjupkartor, modellering av strömning i sjön i syfte att identifiera extrema väderhändelser,undersöka vattencirkulationen, och studera föroreningarna nära stränder. En hydrodynamisknumerisk modell har byggts i simuleringspaketet COMSOL Multiphysics (CM) för uppskattning avströmning och vattenutbyte från förorenade inflöden. Arbetet innefattade utveckling av metoder förvattendjups-modeller för hydrodynamiska studier. Simuleringsmodellen drivs avhydrometeorologiska data och används för vattenmängds-balans, cirkulation ochföroreningstransport.Artikel 1 skapar vattendjupskartan från flera data-mängder med olika metoder. En vertikaltintegrerad modell med fri yta implementerades i CM. Modellen ger vertikalt medelvärdesbildadehastigheter drivna av flodinflöden, utflöde, nederbörd och avdunstning. Modellen representerarvattenbalansen exakt och ger variationer i vattennivå i rimlig överensstämmelse med mätningar.Resultaten antyder att modellen är nära linjär och tids-invariant. En utflödesmodell ansatt somlinjär i vatten-nivån kan anpassas noggrant till historiska data. Bättre realism kan uppnås omvindens pådrivande verkan inkluderas.Artikel 2 går igenom de hydro-meteorologiska processer och extrema väder-händelser som ändrarvattenbalans, strömningsmönster och transport. Vi har jämfört data över femtio år med modellens,inkluderande vattennivå, källor för osäkerhet i data, korrelationer, år med extrema regn ochinflöden, och årstidsvariationer. Resultaten tyder på att nederbörden varierar kraftigt medårstiderna, och signifikanta korrelationer ses mellan nederbörd och inflöden, och mellan utflöde ochvattennivå.Transport av lösliga föroreningar illustrerades genom spårning av vatten från de olika inflödena.Spårämnestransport med vertikalt medelvärdesbildade hastigheter är mycket långsam.Strömningen ökar något i våta årstider och är snabbare i den grunda zonen i Kenya än i de djuparedelarna i Uganda och Tanzania. Det största inflödet som kommer från Kagera tycks ha stor inverkanpå transporten. / <p>QC 20191106</p>

The transition from internal combustion engine to battery electric cars is accompanied by a shift on the NVH issues damaging the passenger comfort. The rolling noise generated by the wheels and tyres is in particular characterized by an increasing attention from OEMs and car manufacturers. Among the causes of the rolling noise are the vibrations generated at the wheel, which are transmitted to the vehicle interior through its structure. To limit these vibrations at their source, a new innovative concept has been proposed at Stellantis. This idea is based on the use of a specific type of vibration absorber known by the acronym MTMD (Multiple Tuned Mass Damper).First, the existing literature about vibrations absorbers and optimisation techniques has been reviewed. Then, initial simulations on a global model comprising the wheel and beam-like resonators have shown how this system can effectively reduce a resonant peak.Optimisation processes have then revealed an important attenuation of a wheel resonance, even when the peak frequency is shifted. This demonstrated how important the distribution of resonators resonance frequencies are and their damping ratios when designing a robust and efficient MTMD.Finally, local resonators have been designed and modelled by considering the constraints for an integration on a wheel. A satisfactory design for resonators able to vibrate at the wanted frequency has been found. The beam-like resonators used in the first global model have then been replaced by these real resonators, confirming the possible gain with this device in a vehicle. / Övergången från förbränningsmotorer till batterielektriska bilar åtföljs av en övergång till NVH-frågor som kan påverka passagerarnas komfort. Det rullningsljud som genereras av hjul och däck får i synnerhet ökad uppmärksamhet från OEM:er och biltillverkare.Bland orsakerna till rullningsljudet finns de vibrationer som genereras vid hjulet och som överförs till fordonets inre genom dess struktur. För att begränsa dessa vibrationer vid källan har ett nytt innovativt koncept föreslagits av Stellantis. Idén bygger på användningen av en särskild typ av vibrationsdämpare som kallas MTMD (Multiple Tuned Mass Damper).Först har den befintliga litteraturen om vibrationsdämpare och optimeringstekniker gåtts igenom. Därefter har inledande simuleringar på en global modell som omfattar hjulet och balkliknande resonatorer visat hur detta system effektivt kan minska en resonanstopp.Optimeringsprocesserna har sedan bekräftat att hjulresonansen är kraftigt dämpad, även när toppfrekvensen är förskjuten. Detta visade hur viktig fördelningen av resonansfrekvenser och dämpningsförhållanden för resonatorer är när man utformar en robust och effektiv MTMD.Slutligen har lokala resonatorer utformats och modellerats genom att beakta begränsningarna för en integrering i ett hjul. En tillfredsställande utformning av resonatorer som kan vibrera vid den önskade frekvensen har hittats. De balkliknande resonatorer som användes i den första globala modellen har sedan ersatts av dessa riktiga resonatorer, vilket bekräftar den potentiella förbättringen med denna anordning i ett fordon.

The near-wall modelling of turbulent flows has been an active field of research due to the computational cost associated with the direct numerical simulations of such flow, which are characterized by a wide range of length and time scales. With the recent advancements in technological capabilities, the availability of high-fidelity data has enabled the construction of data-driven approaches to model turbulence. In this thesis, deep-learning models are used to model the dynamically important near-wall region in a turbulent boundary layer. As a first step, a direct numerical simulation (DNS) of an incompressible zero-pressure-gradient (ZPG) turbulent boundary layer (TBL) over a flat plate is performed using a pseudo-spectral code, SIMSON (Chevalier et al., 2007). The Reynolds number based on free-stream velocity and inlet displacement thickness is 450 and the passive scalars are simulated at Prandtl numbers of 1, 2, 4 and 6. Turbulence statistics for the flow and thermal fields are computed and compared against the numerical simulations at a similar Reynolds number. To generate the training, validation and test datasets for the neural network, the turbulent velocity fluctuation fields are sampled at various wall-normal locations, y+ = 15, 30, 50, 100 at a constant sampling time of ∆t+ = 0.99, in addition to the streamwise and spanwise wall-shear-stress fields, pressure field and heat flux fields at the wall. A fully convolutional network (FCN) based model is proposed for the prediction of two-dimensional velocity-fluctuation fields farther from the wall using the sampled fields at the wall. The quality of predictions from the network is assessed based on (i) the mean-squared error (MSE) between the predictions and the DNS fields, (ii) the relative percentage error in prediction of root-mean-squared (RMS) of fluctuations or fluctuation intensity and (iii) the correlation coefficient between the predicted and the DNS fields. Different types of predictions are performed, where the three components of the velocity-fluctuation fields are predicted simultaneously by the FCN, and these predictions are classified based on the input fields to the FCN. Three different types of predictions are presented in this study, and an auxiliary-loss-function approach is also introduced to improve the performance of the FCN. The results from the proposed data-driven model for ZPG TBL shows a good capability in the prediction of both the instantaneous fluctuation fields and the turbulent statistics like fluctuation intensity. In particular, the prediction of velocity-fluctuation fields at y+ = 30 using only the heat-flux field at Pr = 6 exhibits less than 12% error in the prediction of streamwise fluctuation intensity. The results obtained in this study indicate the potential of FCN in serving as a computationally effective tool to predict turbulent-velocity-fluctuation fields close to the wall using the inputs from the wall and finds useful application in flow-control problems. / Nära väggmodelleringen av turbulenta flöden har varit ett aktivt forskningsfält på grund av beräkningskostnaderna i samband med de direkta numeriska simuleringarna av sådant flöde, som kännetecknas av ett brett spektrum av längd- och tidsskalor. Med de senaste tekniska framstegen har tillgången på data i hög kvalitet möjliggjort konstruktion av datadrivna metoder för modellturbulens. I denna avhandling används djupinlärningsmodeller för att modellera det dynamiskt viktiga området nära väggen i ett turbulent gränsskikt. Som ett första steg utförs en direkt numerisk simulering (DNS) av ett inkomprimerbart nolltryck-gradient (ZPG) turbulent gränsskikt (TBL) över en platt platta med hjälp av en pseudo-spektral kod, SIMSON (Chevalier et al., 2007). Reynolds-talet baserat på friströmshastighet och inloppsförskjutningstjocklek är 450 och de passiva skalarna simuleras vid Prandtlnumbers på 1, 2, 4 och 6. Turbulensstatistik för flödet och termiska fält beräknas och jämförs med de numeriska simuleringarna vid ett liknande Reynolds -nummer. För att generera utbildnings-, validerings- och testdatauppsättningar för det neuralanätverket samplas turbulenta hastighetsfluktuationsfält på olika väggnormala platser, y+ = 15, 30, 50, 100 vid en konstant provtagningstid på ∆t+ ≈ 0, 99, dessutom till strömmande och spanvisa väggskjuvspänningsfält, tryckfält och värmeflödesfält vid väggen. En helt konvolutionsnät (FCN) baserad modell föreslås för förutsägelse av tvådimensionella hastighetsfluktuationsfält längre från väggen med hjälp av de samplade fälten vid väggen. Kvaliteten påförutsägelser från nätverket bedöms baserat på (i) medelkvadratfelet (MSE) mellan förutsägelserna och DNS-fälten, (ii) det relativa procentuella felet vid förutsägelse av rot-medelkvadrat (RMS) för fluktuationer eller fluktuationsintensitet och (iii) korrelationskoefficienten mellan de förutsagda och DNS fälten. Olika typer av förutsägelser utförs, där de tre komponenterna i hastighetsfluktuationsfälten förutspås samtidigt av FCN, och dessa förutsägelser klassificeras baserat på inmatningsfälten till FCN. Tre olika typer av förutsägelser presenteras i denna studie, och en metod för hjälp-förlustfunktion introduceras också för att förbättra prestanda för FCN. Resultaten från den föreslagna datadrivna modellen för ZPG TBL visar en god förmåga i förutsägelsen av både momentana fluktuationsfält och den turbulenta statistiken som fluktuationsintensitet. I synnerhet uppvisar förutsägelsen av hastighetsfluktuationsfält at y+ = 30 med endast värmeflödesfältet vid Pr = 6 mindre än 12% fel i förutsägelsen av strömningsvis fluktuationsintensitet. Resultaten som erhållits i denna studie indikerar FCN: s potential att fungera som ett beräkningsmässigt effektivt verktyg för att förutsäga turbulenta hastighetsfluktuationsfält nära väggen med hjälp av ingångarna från väggen och finner användbar tillämpning i flödeskontroll -problem.

A large amount of low-rise unreinforced masonry structures (URM) can be found in Groningen, the Netherlands. More and more induced earthquakes with short duration have been detected in this region due to gas exploitation. Local unreinforced masonry (URM) buildings were initially not designed for withstanding seismic actions, so that unexpected damage may occur due to their vulnerability, raising insecurity among residents. Existing low-rise masonry buildings in Groningen can be divided into different categories based on their characteristics. Two types of residential masonry buildings that fulfil the prerequisites for performing non-linear seismic assessment are chosen to be studied in this thesis project, including the terraced house and the detached house. The seismic assessment of structures requires the use of both a discretization method and a seismic assessment method. The discretization method is used to translate the mechanical model into a finite element model used for the numerical analysis. Several methods have previously shown to be applicable for seismic assessment, but this work investigates the implications of using a continuum model (CM) and an equivalent frame model (EFM) approach to discretization in the general-purpose finite element package described in n DIANA-FEA-BV (2017). The continuum model approach adopted was in a previous work by Schreppers et al. (2017) validated against experimental results and is as such deemed representative of the physical behaviour of the mechanical models investigated. An equivalent frame model approach to be used with DIANA is proposed in the work by Nobel (2017). The continuum model approach uses continuum elements with a constitutive model developed for the seismic assessment of masonry structures. This constitutive model captures both shear and flexural failure mechanisms. The equivalent frame model approach uses a combination of numerically integrated beam elements and nodal interfaces, each with a distinct constitutive model, thus decoupling the description of the flexural and shear behaviour. This approach aims to capture the macro-behaviour at the structural level. The applicability of the proposed equivalent frame model approach is evaluated by how well it replicates the validated continuum model approach results. The two discretization methods described are evaluated using two types of seismic assessment methods. The first seismic assessment method used consists of first performing a quasi-static non-linear pushover analysis (NLPO) on the model. This results in the pushover curve, which describes the global behaviour of the model under an equivalent lateral load based on the fundamental mode shape of the structure. The pushover curve is then used with the N2-method described in EN1998-1 (2004) to assess at which peak ground acceleration (PGA) that the model reaches the near-collapse (NC) limit state. The second seismic assessment method consists of performing dynamic non-linear time-history analyses (NLTH). This method uses recorded accelerograms to impose the inertial forces. The PGA for the accelerogram where the near-collapse limit state is reached is compared to the PGA from the use of the N2-method. The applicability of the pushover analysis in conjunction with the N2-method is evaluated by how well it replicates the PGA found from the time-history analyses and by how well it replicates local failure mechanisms.  Therefore, the main objectives of this project can be described by the following two questions: i. To what extent can the equivalent frame method be applicable as a proper discretization method for pushover analyses and time-history analyses of low-rise unreinforced masonry residential buildings in the Groningen region? ii. To what extent can the non-linear pushover method be adopted to assess the seismic behaviour of low-rise unreinforced masonry residential buildings in the Groningen region? The applicability of the equivalent frame model showed to vary. For describing local failure mechanisms its applicability is poor. Further work on connecting the edge piers to transverse walls is needed. For seismic assessment using the N2-method the applicability of the equivalent frame model approach is sensible. The conservative displacement capacity counteracts the fact that it is worse at describing local unloading, which produced a larger initial equivalent stiffness of the bi-linear curves in comparison to the continuum model. For seismic assessment using the time-history signals, its applicability is possible. While it could show different behaviour in terms of displacement and damping forces, it still showed a similar PGA at the near-collapse limit state for the cases at hand. The seismic assessment of the terraced and detached houses by the N2-method is similar to the seismic prediction by applying time-history analyses. However, there are still some variations in the initial stiffness, force capacity and displacement capacity between these two assessment methods due to the assumptions and limitations in this study. Overall, considering the pros and cons of the quasi-static pushover method, it is deemed applicable during the seismic assessment of the unreinforced masonry structures in the Groningen area. / En stor mängd låga oarmerade murverksbyggnader finns i Groningen, Nederländerna. Allt fler jordbävningar med kort varaktighet har uppmätts i regionen pågrund utav gasproduktion. I området förekommer oarmerade murverksbyggnader som initialt inte var dimensionerade för jordbävningslaster, vilket har resulterat i oönskade skador samt osäkerhet för invånarna. Förekommande låga murverksbyggnader i Groningen kan fördelas i olika grupper beroende på deras egenskaper. Två typer av murverksbyggnader utformade som bostäder uppföljer kraven för att utföra olinjär jordbävningsanalys och har i detta projekt studerats. Typerna som studerats är radhus samt fristående hus. Jordbävningsnalys av byggnader kräver användningen av en diskretiseringsmetod samt en utvärderingsmetod. Diskretiseringsmetoden används för att översätta den mekaniska modellen till en finita elementmodell för numerisk analys. Flera metoder har tidigare visat sig vara applicerbara för utvärdering under jordbävningslaster, men det här projektet studerar konsekvensen från användningen av en kontinuumelement modell (CM) samt en ekvivalent rammodel (EFM) för diskretisering i det generella finita elementpaketet beskrivet i DIANA-FEA-BV (2017). Metoden som använts för att skapa kontinuumelement modeller vart i ett tidigare projekt av Schreppers et al. (2017) validerat mot experimentella resultat och anses därför  representera det fysiska beteendet hos de mekaniska modellerna. Ett förslag för hur ekvivalenta rammodeller ska uppföras i DIANA ges i arbetet av Nobel (2017). Metoden för en kontinuumelement modell använder en konstitutiv lag som utvecklats för utvärderingen av murverksbyggnader under jordbävningslaster. Denna konstitutiva modell fångar skjuv- samt böjbrottmekanismer. Metoden för en ekvivalent rammodell använder numeriskt integrerade balkelement samt nodelement, där båda elementtyper använder en distinkt konstitutiv modell vilket gör att skjuv- samt böjbeteende hanteras individuellt. Den här metoden har som mål att fånga makro-beteendet av elementen. Applicerbarheten av den föreslagna metoden för ekvivalenta rammodeller är utvärderat via hur väl den replikerar resultaten från en kontinuumelement modell. De två diskretiseringsmetoderna jämförs via två metoder för utvärdering under jordbävningslaster. Den första utvärderingsmetoden består av att först utföra en kvasi-statisk olinjär stjälpningsanalys (NLPO) på modellen. Detta leder till stjälpningskurvan, vilket beskriver den globala responsen av modellen under en ekvivalent horisontal last som baserats på första fundamentala moden av bärverket. Stjälpningkurvan används sedan med N2-metoden som beskrivs i EN1998-1 (2004) för att utvärdera vid vilken maximal markacceleration (PGA) som modellen når nära-kollapsgränstilsståndet (NC). Den andra utvärderingsmetoden består av att utföra dynamiska samt olinjära tids-historikanalyser (NLTH). För att göra detta så används accelerogram för att applicera den dynamiska lasten. Den maximala markaccelerationen för signalen där tids-historikanalysen når nära-kollapsgränstilsståndet är jämfört mot den maximala markaccelerationen som fås när N2-metoden används. Applicerbarheten för stjälpningsanalysen tillsammans med N2-metoden utvärderas via hur väl den replikerar resultatet av den maximala markaccelerationen som erhållsfrån tids-historikanalyserna, samt via hur väl metoden replikerar lokala brottmoder. Baserat på detta så kan målen med detta project sammanfattas via dessa två frågeställningar: i. Till vilken grad kan den föreslagna metoden för ekvivalenta rammodeller användas för utvärdering under jordbävningslaster när stälpningsanalyser, samt tids-historikanalyser, utförs på låga och oarmerade murverksbyggnader utformade som bostadsrätter i Groningen? ii. Till vilken grad kan olinjär stjälpningsanalys användas för utvärdering under jordbävningslaster på låga och oarmerade murverksbyggnader utformade som bostadsrätter i Groningen? Applicerbarheten av metoden för ekvivalenta rammodeller visade sig variera. För att beskriva lokala brottmoder så är applicerbarheten låg. Fortsatt arbete som undersöker hur pelarelementen ska kopplas mot de tvärgående väggarna bör utföras. För utvärdering via användandet av N2-metoden så visade det sig att applicerbarheten är rimlig. Den konservativa deformationskapaciteten motverkar det faktum att metoden för ekvivalenta rammodeller är sämre på att påvisa lokal avlastning, vilket i sin tur resulterade i en större ekvivalent initial styvhet för de bi-linjära kurvorna i jämförelse mot metoden för kontinuumelement modeller. För utvärdering när tids-historikanalyser användes så visade applicerbarheten vara rimlig. Samtidigt som det kunde uppstå skillnader i beteende när det kom till deformation samt dämpning, så visade det sig att metoderna fortfarande uppvisade en liknande maximal markacceleration vid nära-kollapsgränstilsståndet för bärverken i fråga. Utvärderingen under jordbävningslast för modellerna när N2-metoden användes visade liknande resultat som när tids-historikanalyserna utfördes. Det förekom dock skillnader i den initiala styvheten, i skjuvkraftskapaciteten och i deformationskapciteten mellan utvärderingsmetoderna från gjorda antaganden samt begränsningar hos arbetet. Som en slutsats när för- samt nackdelar värderas så visade det sig att stjälpningsmetoden är en rimlig utvärderinsgmetod för oarmerade murverksbyggnader i Groningen.

In Photovoltaic/Thermal (PVT) technology, both PV and solar thermal technology are integrated in the same module for simultaneous electricity and heat production. Research has shown that there are multiple benefits from integrating PVT collectors with a ground source heat pump (GSHP) system, since it allows for seasonal storage of thermal energy over the year. Furthermore, it leads to reduced operating temperatures for the PVT collectors which can increase efficiency and lifetime. The aim of this study is to present the electric and thermal performance of a PVT collector developed by Solhybrid i Småland AB, for different environmental and fluid inlet conditions that can occur when PVT collectors are connected to a GSHP system. Furthermore, the performance of this PVT design is evaluated with ASHRAE (Standard 93-2003), to allow for comparison with other PVT collector designs, with values on the overall heat loss coefficient (UL) and heat removal factor (FR). The modelling tool used for the study is the software COMSOL Multiphysics, which uses the finite element method to solve the partial differential equations in heat transfer and fluid flow problems. Based on the performance curves, the thermal and electrical efficiency of the collector is approximately 48.0-53.4% and 19.0-19.2% respectively at a reduced temperature of zero and irradiance levels of 800-1000 W/m2 for the mass flow rate of 0.026 kg/sm2 which was determined as most suitable to increase thermal performance. Furthermore, these results resulted in a heat removal factor (FR) and overall heat loss coefficient (UL) of 0.56-0.62 and 53.4-53.5 W/m2 K respectively. The results on the performance of the PVT collector in different weather conditions shows that the inlet water temperature can significantly affect operating time and the amount of thermal energy that can be extracted during the year, especially if the collector operates in a colder climate like Sweden. To assess the accuracy of the created model, future work includes experimental testing of the studied PVT collector. / En panel med kombinerad teknik av både solceller och termisk solfångare (PVT) kan producera både elektricitet och värme samtidigt. Forskning har visat att det kan finnas flera fördelar med att integrera PVT-paneler med ett bergvärmesystem, eftersom det mjliggör lagring av termisk energi över året. Dessutom leder ett sådant system till lägre drifttemperaturer som kan öka PVT-panelens effektivitet och livslängd. Syftet med studien är att presentera den elektriska och termiska prestandan av en PVT-panel utvecklat av Solhybrid i Småland AB för olika driftförhållanden som kan uppstå på grund av olika väderförhållanden och inlopps-temperaturer när panelerna är kopplade till ett bergvärmesystem. Vidare utvärderas prestandan för denna panel med ASHRAEmetoden (standard 93-2003), för att möjliggöra jämförelse med andra PVT-paneler. Modelleringsverktyget som använts i studien är mjukvaran COMSOL Multiphysics, som använder finita elementmetoden för att lösa partiella differentialekvationer i värmeöverförings-och flödesproblem. Baserat på prestandakurvorna som presenteras i resultatet, är den termiska och elektriska verkningsgraden approximativt 48.0-53.4% respektive 19.0-19.2% för en reducerad temperatur med värdet noll, en solstrålning mellan 800-1000 W/m2, för en massflödeshastighet på 0.026 kg/sm2 som beslutades som den mest lämpliga för att öka den termiska prestandan. Resultaten resulterade i en värmeavledningsfaktor (FR) och total värmeförlustkoefficient (UL) på 0.56-0.62 respektive 53.4-53.5 W/m2 K. Resultaten på PVT-panelens prestanda under olika väderförhållanden visar att vattnets inloppstemperatur kan påverka drifttiden och mängden termisk energi som kan extraheras under året avsevärt, speciellt i nordiskt klimat. För att bedöma korrektheten i resultaten och den skapade modellen rekommenderas experimentell testning av den studerade PVT-panelen.

Trafikverket operates about 12000 Switches and crossings (SnCs) of which 6800 are equipped with an electrical heating system of 10−30kW power to keep SnCs functional throughout the winters by keeping them free of Snow/Ice. The energy consumption is approximately 200−130GWh/year costing approximately 10−15 million Euros annually. Electricity demand is continuously rising in Sweden and if coupled with unpredictable events can highly impact the grid energy mix and electricity prices which can lead to a higher operating carbon footprint &amp; expenses. This master thesis work is developed through a couple of research programs to investigate the power usage in wayside objects. Currently, work is in progress to make the wayside objects ‘smart’ so that they can operate fully autonomously with two objectives to reduce the overall power consumption and obtain it from local energy resources. Mathematical modeling of unsteady close contact melting of rectangular Ice/Snow blocks of different volumes on the horizontal surfaces has been solved using numerical methods to calculate the melting time and power requirement. A parametric study has been done for various sizes, and initial &amp; hot surface temperatures. Further, using ANSYS Fluent, CFD simulations have been performed to calculate the heat transfer rate from the Rail body for various combinations of heat source &amp; ambient temperature, and wind speeds. These results shall help to devise a control strategy for the dynamic power supply which can help to optimize the power consumption. Finally, evaluating the renewable resources potential; ground source heat pumps using borehole U-pipes appear to be the best option which can drastically reduce the electricity requirement for the optimized heating power requirement. Most of Sweden has granite bedrock which is one of the reasons for the successful deployment of heat pumps. It’s definitely worth expanding its usage in other sectors as well like Railways. / Trafikverket driver cirka 12 000 spårväxlar och spårkorsningar varav 6 800 är utrustade med ett elektriskt värmesystem på 10 - 30kW effekt för att hålla växlar och korsningar funktionella under hela vintrarna genom att hålla dem fria från snö/is. Energiförbrukningen är cirka 200-130 GW h/år och kostar cirka 10-15 miljoner euro per år. Efterfrågan på el ökar kontinuerligt i Sverige och kan i kombination med oförutsägbara händelser i hög grad påverka nätets energimix och elpris vilket i sin tur kan leda till ett högre koldioxidavtryck och högre driftskostnader. Detta examensarbete utvecklades genom ett par forskningsprogram med fokus på strömförbrukningen i järnvägssystemet. Just nu pågår ett arbete med att göra järnvägssystemet "smart" så att det kan fungera helt automatiskt med två mål: att minska den totala energiförbrukningen och få den från lokala energiresurser. Kontaktsmältning av rektangulärt is/snö-block av olika volymer på horisontella ytor har lösts med hjälp av numeriska metoder för att beräkna smälttid och effektbehov. En parametrisk studie har gjorts för olika storlekar och initiala och varma yttemperaturer. Vidare, med hjälp av ANSYS Fluent, har CFD-simuleringar utförts för att beräkna värmeöverföringshastighet från järnvägsspåret för olika kombinationer av värmekälla och omgivning temperatur och vindhastigheter. Dessa resultat ska bidra till att utforma en styrstrategi för den dynamiska strömförsörjningen som kan bidra till att optimera strömförbrukningen. Slutligen, för att utvärdera potentialen för förnybara resurser, verkar bergvärmepumpar som använder borrhåls U-rör vara det bästa alternativet som drastiskt kan minska elbehovet för det optimerade värmeeffektbehovet. Större delen av Sverige har berggrund av granit vilket är en av anledningarna till den framgångsrika utbyggnaden av värmepumpar. Det är definitivt värt att utöka användningen i andra sektorer också som järnvägar.