Oppgaven tar utgangspunkt i anleggskonfigurasjonen til dampkjelkonseptet utviklet av Energos AS. Dampkjelen er en nøkkelkomponent i avfallsforbrenningsanlegg og har som oppgave å overføre termisk energi (varme) fra varm røykgass og til vann/damp under høyt trykk. Følgende hovedtemaer er jobbet med i oppgaven, hvor hovedvekten av besvarelsen er lagt til skjevfordelingsanalysen: Beregningsprogram: • Det er ferdigstilt et beregningsverktøy (Excel) for termisk-hydraulisk ytelse av en sammensatt dampkjel (fallkammer, røykrørskjel og ekonomiser). • Beregningsprogrammet viser akseptabel gyldighet da resultatverdiene viser god overenstemmelse med verdier fra tilsvarende beregningsresultater. Litteraturstudie – Rør med serraterte finner: • Brukes som varmeoverflate i rørbuntene hvor en kompakt design ønskes, siden finnene innehar et større varmeovergangsareal enn et glatt rør uten finner. • Serrateringene resulterer i en høy varmeovergangskoeffisient siden kuttgeometrien fører til en mer turbulent strømning på grunn av en hyppig oppbrytning av strømningens grensesjikt. I midlertidig vil trykktapet over enheten øke sammenliknet med bruk av rør uten finner. • Et litteraturstudie av publisert data etter 1995 på varmeovergang og trykktap for slike rørsatser er gjort, samt en databasestruktur for innsamlet forsøksdata er utarbeidet. Litteraturstudie – Kritisk varmefluks (CHF) ved koking i horisontale rør: • Asymmetrisk fordeling av vann- og dampfasen grunnet gravitasjonseffekten påvirker kokeprosessen siden lagdeling kan oppstå ved lave masseflukser og kan føre til overoppheting av rørets overside ved forholdsvis lave varmeflukser. • Orienteringseffekten for et rør, horisontalt kontra vertikalt, vil ha liten betydning for rørets CHF ved masseflukser over 3500 - 4000 kg/m2s. • CHF-korrelasjonene baseres på ulike definisjoner av CHF-fenomenet: 1) Lokalt fenomen: De lokale parameterne samsvarer med de kritiske verdiene. 2) Globalt fenomen: Et resultat av en helhetlig prosess som inkluderer kokelengden og strømningens historie i sin funksjon. Effekten av bølgeforstyrrelser, oppstrøms rørsvingninger og ujevn varmefluks, må tas hensyn til. Analyse - Skjevfordeling i fordamperpakker: Ujevn beleggdannelse (fouling) og fortetninger på røykgassiden i fallkammeret medfører skjevfordelt strømning på vannsiden i fordamperpakkene og mellom de ulike fordamperpakker-seksjonene, så lenge forebyggende tiltak (robustifiseringer) av systemet ikke er implementert. Skjevfordelingen er et resultat av en utligning av trykktapsdifferansen mellom rørene som hovedsakelig oppstår grunnet ulike fordampningsrater, massetettheter, og dermed ulike friksjon, - akselerasjon- og gravitasjonstrykktap. Et beregningsgrunnlag for vanndistribusjonen i en fordamperpakke er utviklet med utgangspunkt i Minzer sin seksjonsmetode, og innflytelsen av gjengroingen og skjevfordelingen er blitt kartlagt gjennom simuleringer med forskjellige temperatur- og foulingsituasjoner. Skjevfordelingen uttrykkes i prosent masseenheter, av den totale massestrømmen til fordamperpakken, som sendes til rørseksjonen med lav fouling (høy varmefluks), og rørseksjonen med høy fouling (lav eller ingen varmefluks). Rørpakkene nederst i fallkammeret har en lav risiko for skjevfordeling siden området domineres av moderate røykgasstemperaturer (ca. 500 °C) og varmeflukser, og den lave trykktaps-differansen mellom et gjengrodd rør og et utsatt rør resulterer derfor i en mindre kritisk skjevfordeling enn ved høyere temperaturer, ca. 35/65 %. Dette siden friksjonstrykktapet i røret med koking ikke er betydelig mye høyere sammenliknet med gravitasjonstrykktapet til det gjengrodde røret med enfase. Fallkammerets mest kritiske område er lokalisert og satt til de øverste rørene i den øverste fordamperpakken i fallkammeret, hvor røykgasstemperaturen varierer mellom 900 – 950 °C og de horisontalliggende rørene er utsatt for et ekstra stort strålingsbidrag og foulingpotensiale. I dette området registreres en skjevfordeling på 10/90 %, som resulterer i et strømningsmønster i det utsatte røret som gir en uakseptabel liten margin for CHF, tørrkoking og en mulig burnout. Fra litteraturstudiet av CHF ble Groeneveld sin beregningsmodell valgt og anvendt i CHF-analyser som funksjon av skjevfordelingsgraden i systemet. Robustifisering av systemet gjøres ved å påtvinge ytterligere trykktap i rørene i fordamper-pakkene, som da utjevner skjevfordelingen og gir større margin for CHF. Dette innebærer innsetting av innsnevringsdyser (hullboringer) fra innløpsmanifolden til de mange rørene internt i rørpakken, samt innsetting av innsnevringsdyser (metalldisker) i overgangen fra stigerøret og inn på innløpsmanifolden til rørpakkene. Med det kritiske området som utgangspunkt ble det funnet at med dyser (9 mm) vil marginen for CHF økes betraktelig, der den virkelige varmefluksen er ca. 40 % ifra å nå CHF-verdien til systemet, og med dyser (5 mm) økes marginen til ca. 50 %. Begge dysediameterne ansees som motstandsdyktige for en mulig oppnåelse av CHF i rørene, selv med en antatt usikkerhetsmargin på ± 30 % grunnet grovheten av beregningsgrunnlaget. Men med økt trykktap følger også økt nødvendig pumpekraft for vannkretsen, noe som må sees i sammenheng med robustheten oppnådd og det totale energibehovet til anlegget i en avveiing av endelig robustifiserings-strategi. Dyser på 9 mm resulterer i en 6 % økning av pumpekraften (0,2 bar), mens dyser på 5 mm resulterer i et ekstra pumpearbeid på 47 % (1,5 bar), med utgangspunkt i en typisk sirkulasjonspumpe anvendt for vannkretsen.

Brittle fracture is a large problem for steel structures in the arctic region. It is thus important to qualify materials and welds so they do not behave in a brittle manner. Since fracture testing of the heat affected zone (HAZ) around a weld gives a lot of scatter, doing weld simulated testing is proposed as an alternative method. In this thesis cracks in weld simulated HAZ specimens are compared to cracks in real welds, by use of finite element simulations. A weld simulated specimen is usually more brittle than a real weld. The goal of this thesis is thus to find a general rule for how much more brittle a weld simulated test specimen is, compared to a real weld on a structure. It would then be possible to establish how brittle a real weld is based on the result from the weld simulated testing. As a fracture criterion the Weibull stress is used, which is a statistical criterion. Crack tip opening displacement (CTOD) is used as a measure on how brittle a specimen is. To compare weld simulated specimens with real welds, two 2D modified boundary layer (MBL) models are used. One homogeneous model to represent weld simulated specimens, and one with three different materials to represent a real weld. The three materials in the weld model are base material, welded material and heat affected zone. On the two models a large parameter study is performed. The variables investigated are: - Position of the crack relative to the HAZ. - Size of the HAZ. - Geometry constraint. - Mismatch in WM. - Mismatch in HAZ. - Hardening. - The Weibull exponent m. There have also been made 3D models to investigate the size effect on the weld simulated specimen. This is because a weld simulated specimen is limited to a cross-section of $10$x$10$~mm. The parameter study concludes that it is mainly the size of the HAZ, the yield stress mismatch and the geometry constraint, that make weld simulated specimens more brittle than welds. The 3D simulations are however concluding that the geometry constraint effect can not be included, due to the size of the small test specimen. Based on these results a general relationship is proposed between the critical CTOD for a weld simulated specimen, and the critical CTOD for a real weld. There are three requirements for this relationship to be valid: - At least 10% overmatch in HAZ compared to base material. - No more than 10% undermatch in HAZ compared to welded material. - Maximal brittle HAZ thickness of 0.5 mm.

The transport of oxygenated blood from the placenta to the human fetus has received great attention in clinical Doppler velocimetry studies, especially the ductus venosus. The ductus venosus is connecting the intra abdominal portion of the umbilical vein and the inferior vena cava at the inlet of the right atrium and is therefore significant when examining the fetus state of health. In this thesis, the distribution and pulsations of flow waves in the ductus venosus, umbilical vein and left portal vein are investigated. Furthermore, important model parameters of the fetus circulation are determined with stochastic simulations and sensitivity analysis. The sensitivity analysis was put forward in order to interpret the uncertainty of the many variables in the fetus circulation and how the flow waves are affected. The deterministic blood flow was modelled with a 1D mathematical model. A combination of the 1D mathematical model with a generalized Polynomial Chaos method was applied for the stochastic simulations. All the simulations in this thesis are performed in context of fetal diseases, motivated by typical detrimental signs in fluid mechanics related to the umbilical vein/ductus venosus bifurcation. Furthermore, reversed flow in ductus venosus during atrial contraction, often observed in chromosomally abnormal fetuses was demonstrated. It was found that the reason was high pressure difference between ductus venosus and left portal vein. Pulsations transmitted into the umbilical vein is another detrimental sign in fetus circulation and the parameter providing such pulsations is the diameter of ductus venosus. Further investigations related to the model parameters as well as boundary conditions are suggested in order to expand knowledge and confidence establishing the fetus well being.

The thesis starts with a simple description of the system and some brief theory needed for the following analysis. Further a factory acceptance test is performed, this implies measurement of the dynamic response due to load generated by the system itself under normal operation and making sure the dynamic behaviour are within the acceptance criteria. The data from the test is used to point out some weaknesses in the design from a dynamical point of view and some potential ideas of improvement are presented. To introduce additional damping of some of the rotational equipment is the idea which is proceeded with. A great simplification in this thesis is that only transversal vibrations (the y-component of the vibrations) are considered after the factory acceptance test is performed. This results in less reliable quantities although the trends and the final conclusion remains correct. A comprehensive finite element analysis is carried out to study the effect of a passive damper solution. It turns out that passive dampers can limit the vibrations remarkably, but if the foundation gets too soft the vibrations will increase. The low frequency vibration however, is not affected much by the additional damping. Some important eigenfrequencies are also studied and put into consideration. A sensitivity analysis of the constant damping ratio in the finite element solver is also performed. In addition a more trivial analysis is performed to study the effect of an active damper solution. This solution seems to be less effective and does not influence the low frequencies considerably neither. It also introduces additional risk and weight to the system, which is highly undesirable. The thesis concludes that passive damping of the hydraulic power unit has favourable effects on the system. If the main goal is to reduce low frequency vibration it might not be an entirely satisfying solution.

Start and stop procedures affect pressure oscillations throughout a hydropower plant. A desire to study how pressure oscillations behave during these dynamic conditions was the basis of this report. Instrumentation, experimentation and measurement analysis was conducted on a Francis model turbine in the Waterpower Laboratory at NTNU. Eight pressure transducers were calibrated and used during the experiments. Two transducers were installed in the draft tube below the turbine. One was placed in the vaneless space between the guide vanes and the impeller vanes. Three pressure transducers on an impeller vane and two transducers located at the inlet were also included in the experiments. Frequency analysis (PSD) was carried out for all the measurements to explore various pressure oscillations. Except for the low frequent oscillations (< 30 Hz), definite frequencies repeatedly dominated the frequency domain during start/stop as well as for steady state operation. The impeller vane oscillation showed an increase in pressure amplitude during guide vane closing. A bigger amplitude increase was registered for BEP than for part load and full load operation. The guide vane frequency was located in and only in the runner. The amplitude of the guide vane frequency was significant and was located for all studied operational points. The power of this oscillation decreased during guide vane closing. One specific frequency arose the question of an overtone phenomenon for the water hammer oscillation, a phenomenon, were the fundamental frequency is three times higher than the customary water hammer frequency.

This thesis is based on a project from the previous semester (fall 2011) and initiated by Sigve Gjerstad at Frank Mohn Flato y AS. The thesis introduces the FWP system and different aspects regarding a static analysis of it's main component; The FWP Module. It takes a brief look at different meshing techniques and other choices that needs to be made in the early stages of an analysis. A series of simple analyses are carried out to show how shell elements are the best representation for a plate structure subjected to pressure. A series of simplified blast load analyses are presented where different choices within the Finite Element Method are compared. It's concluded that it is sufficient to consider only one of the two load steps to get the maximum values of stress and deformation. This saves us computation time with no loss of accuracy. The analyses also conclude that a blast load analysis is dependant on a non-linear material model to get reasonable result. A linear material model assumes stress is proportional to strain, even beyond the yield strength. This results in unrealistic high stresses. Implicit solver versus explicit solver are compared in the case of blast loading, which is a problem that requires short time increments. It is clear that the results are similar, however the computational cost is much higher for the implicit solver. It is also shown that stainless steel is more beneficial than structural steel in blast load scenarios. Finally, model simplification is studied as yet another way to decrease the computation time. This implies simplifying solid models with a mid-surface features, representing the model with shells

Kaldnes HYBAS (Hybrid Biofilm Activated-Sludge) avløpsvann-renseprosess består av to prosesser som er relativt godt forstått: Aktivslam (AS) og Moving-Bed Biofilm Reactor (MBBR), biofilm med bevegelige bærere. Det finnes en stor del litteratur, men spesielt for Aktivslam, som beskriver virkemåten og dimensjoneringsprosedyrer for de to systemene. For HYBAS er det viktig å få kunnskap om hvordan biofilm interakterer med aktivslammet og å danne en metode for dimensjonering av en fullstendig HYBAS prosess. Professor Hallvard Ødegaard ved NTNU har foreslått en modell for HYBAS, formulert som en 15-stegs utregnings-prosedyre, delvis basert på erfaringsdata, men med vekt på å være logisk og intuitiv. Denne modellen er analysert for overenstemmelse med litteraturen. Små modifikasjoner som forbedrer nøyaktigheten og generaliserer modellen er foreslått. Modellen er implementert i et Excel regneark for å muliggjøre eksperimentering og videre utvikling av modellen. En analyse av enkelte komponenter av modellen mot data fra et pilot-anlegg er forsøkt, men med betydelige problemer. Noen gode overenstemmelser med modellen blir vist, men også sterke uoverenstemmelser med modellen blir identifisert, med forbehold.

Hensikten med denne oppgaven var å kartlegge spillvarmestrømmene på et aluminiumsverk, samt diskutere deres utnyttelsespotensialer. Det ble ansett som mest hensiktsmessig å ta utgangspunkt i Hydro Aluminium Sunndal. Hydro var villige til å samarbeide om dette med kriterie om at oppgaven må kunne være matnyttig for et NTNU-Hydro-prosjekt som omhandler utvikling av en rågassvarmeveksler. Å undersøke partikkelkonsentrasjon og partikkelstørrelsesfordeling i rågassen fra elektrolysen på Hydro Sunndal ble dermed en viktig del av oppgaven. Spillvarmestrømmene på Hydro Sunndal ble kvantifisert til 3,4 TWh per år. Av denne energien forsvinner 304 GWh/år med rågassen fra SU3 ved en gasstemperatur på omtrent 90C, og 673 GWh/år med rågassen fra SU4 ved en gasstemperatur på omtrent 110C. 977 GWh/år med spillvarme har derfor et middels stort utnyttelsespotensial. Energien er meget godt egnet for distribusjon med fjernvarme, men markedet for dette i nærliggende områder er meget lite. Elektrisitetsproduksjon kan bli aktuelt i fremtiden. Spillvarmestrømmene er hovedsakelig kartlagt med dataer fra ulike kilder på Hydro Sunndal, blant annet fra HERE-databasen og målinger gjort av laboratorieteamet på verket, samt et måleprogram for varmetapet gjennom en elektrolysecelles overflater, utført fra 28. til 30. april 2008 på Hydro Sunndal, med tilhørende beregningsmodell. Et måleprogram for rågassen fra elektrolyseceller ble utført på Hydro Sunndal i perioden 10. - 14. mars 2008. Støvkonsentrasjonen i rågassen fra 56 elektrolyseceller i SU3 ble målt til å være 363 mg/Nm3 med et standardavvik på 12 %. Dette avviker sterkt fra resultater fra målinger gjort av Hydro Sunndals laboratorieteam i perioden februar 2007 til januar 2008, hvor støvkonsentrasjonen er målt til 848 mg/Nm3 med et standardavvik på 15 %. Avviket antas i hovedsak å skyldes naturlige variasjoner i støvkonsentrasjonen i rågassen. Resultatene for partikkelstørrelsesfordelingen forelå ikke da oppgaven gikk i trykken. Anbefalt videre arbeid er analyse av partikkelstørrelsesfordeling i rågassen så snart de nødvendige data foreligger, et omfattende måleprogram for å kartlegge energibalansen til en elektrolysecelle, samt et måleprogram for å kartlegge partikkelkonsentrasjon og -størrelsesfordeling for rågassen fra Hydro SU4.

Spyling (Flushing) av gass med en væske kolonne er viktig i forbindelse med trykk testing av rørledninger. For å vurdere multifase simulatoren OLGA 6.0 sin evne til å predikere spyling av en rørledning har simuleringer i OLGA blitt sammenlignet med små skala forsøk. En test rigg har blitt satt opp med konfigurasjonen av en bølgeformet rørledning. Den viktigste variabelen var høyden på vannet i reservoaret. Forsøkene ble filmet med et video kamera. Slutt tilstanded ble logget ved å måle den vertikale høyden av væske kolonnene i de ulike rør seksjonene. Dette ble sammenlignet med slutt tilstanden i OLGA simuleringene. Et Matlab skripe ble utviklet for å gjøre bilde analyse av filmen. Bilde analysen ble brukt til å sammenligne det transiente forløpet av eksperimentene med simuleringene i OLGA. Slutt tilstanden i forsøkene hvor røret ikke ble spylt var i god overensstemmelse med simuleringene i OLGA. Det transiente forløpet var mye raskere i OLGA. Forholdet mellom tiden det tok væsken å nå utløpet i eksperimentet hvor røret ble spylt og simuleringen i OLGA var 2.5. Dette forholdet avtok med innløpstrykket. Grunnen til denne uoverensstemmelsen er vurdert å komme av at det ikke er noen modell for overflatespenning mellom fluid og vegg i OLGA. For å finne minste løftehøyde for at OLGA skulle predikere spyling av røret, ble en parameterstudie av innløpstrykket utført. Faktoren mellom løftehøyden som var nødvendig for å spyle røret i eksperimentene og OLGA simuleringen var 0.84. Dette var overraskende siden OLGA predikerte et mye raskere transient forløp med større hastighet og bevegelsesmengde. Grunnen til over prediksjonen av den nødvendige løftehøyden antaes å komme av at OLGA til en liten grad tar høyde for strømnings historikk. Effekten av dette er at væskeplugger forsvinner i overgangen mellom et oppover rør og et nedover rør.

This thesis embraces simulations of NOx emissions from a partially premixed 20 kW swirl burner. The simulations were carried out in the commercial computational fluid dynamics software FLUENT. The concept of partial premixing air and fuel before adding additional air for complete combustion has proven promising with a view on the NOx emissions. However, little research has been done on reach premixing of fuel and air and therefore further investigation of this topic is of interest. In most experiments in the literature methane is used as fuel, but due to problems with stability and blow off in the 20 kW swirl burner propane were chosen as fuel.Simulations of eight different air-fuel ratios have been performed, ranging from diffusion flame to a mass based air-fuel ratio of four. The results from these simulations proved satisfactory when comparing with previous experimental and simulated work, except from the calculations of the exact NOx concentration. This difference in the concentration was one the other hand expected since the power of FLUENT and similar software is to predict variation trends and not the exact value itself.The simulations showed that the NOx concentration increased with increasing premixing, reaching a local peak at an air-fuel ratio of two. After this a local minimum in the NOx concentration was observed before a strong increase when further raising the air-fuel ratio. This is the same trends that are observed in the literature when using methane as fuel, but for propane there is no global reduction in the NOx emissions when applying premixing. This increase in the NOx emission was found to be due to an expansion of the high temperature flame zone with increasing premixing, which benefits the thermal NOx formation mechanism. The NOx reducing effect of swirl generation observed to decrease when the air-fuel ratio was increased. For subsequent experimental work it is recommended to perform a high amount of experiments at different air-fuel ratios, especially in the ratio range where the NOx concentrations starts to fluctuate.