I denne oppgaven beskrives de aerodynamiske ustabilitetene kalt stall og surge. Oppgaven består hovedsakelig av tre deler. I første del gjennomgås noe fundamental teori på aerodynamikken i sentrifugalkompressorer, før funn gjort i tidligere eksperiment på ustabilitetene presenteres. I litteraturen er det bevist at stall og surge forekommer i flere former og med flere karakteristikker. Med tørrgass som arbeidsmedium kan disse karakteristikkene identifiseres ved hjelp av trykksensorer. Karakteristikkene har vist seg å være svært avhengig av kompressorens geometri.Visualiseringsmetoder som tidligere har vist seg å fungere godt på turbomaskineri gjennomgåes og det diskuteres rundt applikasjonen med våtgass. Laser Doppler Velocimetry ble prøvet ut, men det viste seg at denne måleteknikken er for ømfintelig til at den kan brukes med våtgasstrømning. En spesialløsning med pitot-prober er en mulig metode for fremtidige visualiseringsforsøk. Til slutt presenteres et eget eksperiment hvor en industriell kompressor utsettes for tørr- og våtgass. Formålet med eksperimentet var å dokumentere ustabiliteter, med hovedfokus på frekvens og størrelse. Karakteristikken til tørrgassustabilitetene ble kartlagt ved hjelp av dynamiske trykksensorer plassert i diffusoren. Resultatene ble sammenligning med resultat fra tidliger eksperiment funnet i litteraturen. Funnene stemte godt med tidligere forsøk gjort med tørrgass. Karakteristikken til våtgass lot seg ikke identifisere like lett. De dynamiske sensorene plukket ikke opp noen stallfrekvenser eller størrelser, selv om ustabiliteter var observert visuelt ved testkjøring. Det ble heller ikke funnet noe bevis på at maskinen gikk i surge.

A dense gas released into the atmosphere will have a flow development that can be described by a large range of physical scales and quantities. An instantaneous release will slump towards the ground unaffcted by the wind, before it is gradually and increasingly diluted by the turbulence in the surrounding flow. Therefore, when the gas is far from the release point, its movement is determined by that of the wind.The wind's turbulence characteristics varies with the atmospheric stability. An unstably stratified boundary layer will have turbulence production by negative density gradients, regardless of free stream velocity. A stable stratification, however, requires a wind velocity and shear to produce turbulence. The wind profile's velocity and turbulence characteristics can be described by similarity models, which may further be used as initial and boundary conditions in a turbulence model.The ke~model is a second order turbulence closure that has proved succesful in describing several turbulent flow scenarios. The version of the model used in the software package Kameleon FireEx has here been tested for dense gas releases, with a focus on far field development. Wind modeling is an area where the standard k-[epsilon] model is known to have problems, as it gives an unrealistic, inhomogoneous flow field.Three alterations to the k-[epsilon] model were tested in the work on this thesis. The first was a model constant varying with the local turbulence parameters, the second was a modification to the turbulence Schmidt number and, finally, a correctional production was added to the transport equations for k and [epsilon]. Of the three approaches, the last one gave the most encouraging results.There are still problems left regarding the k-[epsilon] model's handling of buoyancy-affected diffusivity. The Schmidt number modification dampens the dense gas' ability to diffuse also in the lateral directions, not only in the vertical, an effect that should be investigated further.

Different concepts for Enhanced Geothermal Systems (EGS) are presented and evaluated according to their potential for medium to large scale power production in Norwegian conditions. Potential locations for geothermal energy in Norway are identified. A fractured EGS with multiple wells situated in a low to medium temperature granitic basement was found to be the concept best suited for medium to large scale power production in Norway. An Organic Rankine Cycle (ORC) is typically used as the heat conversion cycle in low to medium temperatures. The ORC yields a better thermal performance in these temperatures, compared to flash cycles and Stirling engines. It is also a mature technology and commercially available. Thermal efficiency of the ORC was found to decrease drastically when operated at lower than design temperature. A numerical model of a fractured EGS was developed using Matlab. The model was able to capture the long term thermal behavior of a EGS. Based on this model was a sensitivity analysis conducted in order to see how responsive the thermal output is to different parameters. Typical ranges of fractured EGS parameters was found in existing literature regarding EGS. Thermo physical properties, such as thermal conductivity and specific heat, are highly dependent on mineral composition and temperature. They can therefore vary several factors between sites. Typical fracture apertures were found to be between 0.2 mm to 3 mm, and dependent on local geological conditions. The thermal output from the fractured EGS was found to be highly sensitive to changes in parameters like fracture aperture, fracture length and fracture spacing. Geothermal energy is marginal at best, consequently is it vital to extract as much geothermal energy as possible. A typical fractured EGS is therefore designed with a temperature drop of about $10^0C-15^0C$. The result is that the system is highly sensitive to variations in reservoir parameters. It is therefore critical to obtain accurate estimates and models of the fractured reservoir, and to control the fracture development during stimulation and operation. A system consisting of a fractured EGS and ORC was found to be extremely sensitive to variations in geothermal temperature. A temperature decrease of 10% yielded a 25% decrease in net work output.In order to reduce the risk related to the uncertainty of the geothermal temperature over the life time of the EGS is it advisable to combine geothermal energy with an alternative energy source. A hybridization of geothermal energy and a waste combustion plant was found to yield a stable power output regardless of geothermal temperature, and also offered a higher thermal efficiency than a standalone ORC. Geothermal energy could either by used as pre-heat in the waste combustion cycle or a ORC bottoming cycle could be used.

The stochastically forced Burgers equation shares some of the same characteristics as the three-dimensional Navier-Stokes equations. Because of this it is sometimes used as a model equation for turbulence. Simulating the stochastically forced Burgers equation with low resolution can be considered as a one dimensional model of a three-dimensional large eddy simulation, and can be used to evaluate subgrid models. Modified versions of subgrid models using the fractal interpolation technique are presented here and tested in low resolution simulations of the stochastically forced Burgers equations. The results are compared with high resolution simulations, then low resolution simulations first using the dynamic Smagorinsky model and then using no subgrid model other than the numerical dissipation of the convective flux discretisation scheme. The fractal models perform reasonably well and most of the large scale features from the high resolution simulations are reproduced by corresponding simulations with low resolution. The performance of the fractal models is not, however, better than the performance of the dynamic Smagorinsky model. Therefore one might say that although the fractal models give promising results, it is not obvious that they are in any way superior to the traditional models. Also the low resolution simulation with the dissipative convective scheme performs well, suggesting that numerical dissipation can be sufficient as a subgrid model in one dimension.The solutions to the stochastically forced Burgers equation follow a k^(-5/3) energy spectrum, but high order statistics are not similar to real turbulence, due to the complete domination of shocks. Thus the stochastically forced Burgers equation might not be a suitable model for turbulence. It is not likely that the complexity of three-dimensional subgrid modelling is sufficiently represented by the one-dimensional case either.

An investigation of how different levels of turbulence modelling tackle the effects of system rotation has been performed. Ranging from simple one-equation models to large-eddy simulations, different approaches have been considered by means of a literature study and numerical calculations of turbulent flow over a backward-facing step subjected to spanwise rotation. The computed results were compared with results from direct numerical simulations.The literature study revealed that simple linear eddy-viscosity turbulence models are unable to predict any effects on the turbulence field due to system rotation. Eddy-viscosity models may be sensitised to rotation, but this has been done with a varying degree of success. The Reynolds stress equation models inherently respond well to system rotation, but a more costly eddy simulation will yield the most accurate result.Numerical calculations confirmed what was found in the literature. A linear eddy-viscosity model was unaffected by system rotation, while the sensitised model exhibited some effects on the mean flow field. The Reynolds stress model managed to predict all essential effects related to system rotation, although one separation bubble was oversized. This defect was attributed to a flaw in the modelling of the Reynolds stress redistribution process.

Målet med denne masteroppgaven er å undersøke dynamisk drift av RSW-anlegg med CO<sub>2</sub> for å optimalisere kapasitet og redusere energibruk. Ulike faktorer som spiller inn på den dynamiske driften for et RSW-anlegg, ble først kartlagt. At prosessen kan drives gunstig i subkritisk drift ble vurdert som mest avgjørende på grunn av generelt lav sjøvannstemperatur i Norge. Fire ulike løsninger som er utviklet av SINTEF Energi for RSW-anlegg ble drøftet i denne rapporten. Simuleringer i Csim viste at alle systemløsningene klarte å kjøle vannet i tanken på de 12 timer som maksimalt er disponibelt. Et system med tørr fordamper og gasskjøler ga best COP i subkritisk drift. En kontrollstrategi for minimal energibruk ble videre foreslått for subkritisk drift. I samarbeid med SINTEF og NTNU ble det skrevet en artikkel om dette temaet til den internasjonale kjølekonferansen ”ICR2011” i Praha. Simuleringer viste 50 % reduksjon i kompressorarbeid. Resultatene fra eksperimenter i laboratoriet viste at kompressorarbeidet kan reduseres ved bruk av kontrollstrategien, men at reduksjonen i energiforbruk vil variere med anleggets spesifikasjoner. Denne driftsmåten gjør at sirkulasjonspumpene må drives lengre, og hvilke energibesparelser som kan oppnås, avhenger av pumpevirkningsgrad, trykktap og muligheten for regulering av kompressorturtall og kondenseringstrykk. Det er nødvendig med et komplekst reguleringssystem for å oppnå de største energibesparelser. Dagens RSW-modell i Dymola manglet en rørkjelvarmeveksler, og dette ble implementert i løpet av denne oppgaven i samarbeid med SINTEF. Resultatene fra simuleringer ble sammenlignet med stasjonære simuleringer av det samme anlegget i Csim, da denne modellen er mer verifisert. Modellen i Dymola ga til slutt kun 3 % avvik i nedkjølingstid fra Csim.For å oppnå en kontrollstrategi for minimal energibruk i transkritisk drift er det gunstig med en direktekoblet høytrykksoptimalisator. Et nytt reguleringssystem basert på maksimalverdisøking ble vurdert, og en modell med utgangspunkt i denne kontrollstrategien ble utviklet i Dymola i løpet av denne masteroppgaven. Simuleringer av RSW-anlegg viste at denne maksimalverdisøkeren fant det høytrykket som ga best COP selv i dynamisk drift av komplekse system. Da RSW-anlegget i hovedsak drives subkritisk, vil høytrykksoptimalisatoren ha større potensial for energisparing ved bruk i andre CO<sub>2</sub>-anlegg, som oftere drives transkritisk. Dette kan for eksempel være varmepumper for varmtvannsberedning.

Energiforbruket til fritidsboligsektoren i Norge har de senere årene hatt en dramatisk økning. Fremtidsprognosene anslår at dersom ingenting gjøres vil denne utviklingen fortsette til fritidsboligsektoren står for en merkbar andel av det totale strømforbruket. Tall fra SSB tyder på at det ikke er antallet nybygde hytter som i hovedsak bidrar til det økte forbruket, men økt standard på allerede eksisterende fritidsboliger. Det økte forbruket kommer både som en følge av innleggelse av vann med påfølgende behov for frostsikring i ubebodde perioder, og som en følge av økt forbruk i bebodde perioder. En gjennomgang av tidligere arbeid viser at det er gjort mye godt arbeid og mange gode vurderinger som danner grunnlag for en videre prosess. Dessverre lider tidligere simuleringer av et par grove forenklinger som gjør at arbeidet må dimensjoneres og verifiseres på nytt før det kan benyttes som annet enn parameterstudier og løsningsforslag uten å vise nødvendig dimensjonering. Tidligere arbeid har likevel med tydelighet vist muligheten for, og gitt gode forslag til utformingen av en rekke tiltak og vurderinger. De viktigste er listet opp under:-Klarlagt den store betydningen av en indre, ekstra isolert og frostfri sone(Børset, 2009)-Vist muligheten for utnyttelse av energitilførsel fra sola:oPassiv soloppvarming (Amble, 2008)(Bratteberg, 2009)oSolfangere og luftsolfangere (Børset, 2009)(Bøckman, 2010)oSolcellepanel (Børset, 2009)(Bratteberg, 2009)-Potensialet for frostsikring gjennom grunnkobling er utforsket (Amble, 2008)-Bratteberg sin mastergrad (Bratteberg, 2010) illustrerer viktigheten av først og fremst å redusere strømforbruket. Videre viser studien at LCA vurderinger kan være nyttige for å oppnå utslippsreduksjoner.-Hybrid ventilasjon av ytre sone er optimalt for en fritidsbolig (Bøckman, 2010)I denne oppgaven er det lagt ned et omfattende arbeid for å sikre mer realistiske simuleringer som også tar hensyn til tidligere arbeider. Det er vist at med en realistisk og optimalisert modell som benytter enkleste form for ventilasjon av indre sone vil energiforbruket bli 3.3 ganger høyere enn for tidligere løsninger, med mindre ekstra tiltak implementeres. Slike tiltak kan være å ventilere indre sone gjennom en luftsolfanger eller en jord-luft varmeveksler. Det har ikke lyktes å simulere en løsning med jord-luft varmeveksler tilstrekkelig realistisk til å det er verdt å ta med. Derimot har det vist seg at selv en simpel luftsolfanger kan redusere energibehovet til frostsikring til 107 kWh per år. Dette er fortsatt dobbelt så høyt forbruk som antatt i tidligere arbeid. Det er både påpekt flere muligheter for optimalisering av tidligere løsninger og luftsolfangeren og det er til en viss grad mulig å skalere opp tidligere løsninger. Derfor antas det at løsningene fortsatt er gjennomførbare, men krever ytterligere optimalisering. De viktigste forslagene til optimalisering er: -Optimalisering av luftsolfangeren.-Dersom solfanger og akkumulatortank benyttes for frostsikring, foreslås det å benytte flere små tanker kombinert med vakuumrørsolfangere i stedet for løsningen i Børsets mastergrad. -Dersom metoden med grunnkobling benyttes for frostsikring, foreslås det å jobbe videre med geometrien til indre sone, alternative måter å føre grunnvarmen inn i bygget på, og bedre simulering av de termiske forholdene i grunnen. Gjennom arbeidet med den nye modellen ble det tatt hensyn til anbefalte materialvalg fra mastergraden til Bratteberg. Resultatet viser at det er mulig å bygge en fritidsbolig med tilnærmet lik prestasjon som tidligere og samtidig trolig redusere CO2 utslippene i forbindelse med byggeprosessen med 28 tonn CO2. Viktige tiltak for å oppnå dette har vært å benytte cellulosefiber til isolering, massivtre til vegger og jordgulv for å oppnå tilstrekkelig termisk masse. En undersøkelse viser at jordgulv, selv om det er utradisjonelt, kan fungere veldig godt som gulv i fritidsboliger.For ytre sone anbefales det å ventilere med ventiler som er selvregulerende med hensyn på vind. Et luftskifte på 0,29 h-1 antas å være passelig mengde ventilasjonsmengde. Forholdene rundt kondensering i ytre sone er noe usikkert, spesielt for klima som er varmere og fuktigere enn Østersund. Derfor anbefales det å se videre på et VAV anlegg som regulerer den naturlige ventilasjon med hensyn på temperaturer og RF inne i ytre sone og utendørs. Det antas at dette vil gi vesentlig tørrere forhold inne i ytre sone. Energibehovet forbundet med ventilering av indre sone er ikke stort, i størrelsesordenen 35 kWh/år. En simpel luftsolfanger har vist seg å gi vesentlig reduksjon av dette energibehovet, og til og med gitt netto varmetilskudd til indre sone. Luftsolfangere er rimelige i innkjøp og derfor anbefales det å benytte slike i fremtidig simuleringer. En litteraturstudie antyder også sterkt at en løsning med jord-luft varmevekslere kan bidra med netto energitilskudd.

Hovedformålet med oppgaven er å etablere en fungerende metode for forsegling av varmerør ved hjelp av induksjonssveising. Varmerøret skal produseres i nikkel og ha kalium som arbeidsmedium, og det stilles derfor strenge krav til påfylling, vakuumering og lukking av påfyllingsrøret. Siden nikkel reagerer med luft og danner nikkeloksid, og kalium reagerer med både tørr og fuktig luft, ble det nødvendig å utføre påfyllingen og forseglingen under vakuum.I sammenheng med denne problemstillingen ble det utført et litteraturstudium innen induksjonsoppvarming og induksjonssveising. Her ble det fokusert på klargjøring av de ulike parameternes betydning, samt hvilke verdier som gav best mulig resultat.Det ble laget en forsøksrigg for å undersøke mulige fremgangsmåter for induksjonssveising under vakuum. Hovedfokuset var på å fremstille en gasstett sveis hvor resultatet kan overføres til hovedriggen for påfylling og forsegling av varmerøret. Hovedriggen var ikke klar ved oppgavens slutt.Eksperimentene utført ved forsøksriggen resulterte i en gasstett sveis, et resultat som lot seg reproduseres.I tillegg til forsøkene ble det gjennomført numeriske beregninger ved hjelp av FEM-vektøyet Comsol Multiphysics. Simuleringene hadde som formål å undersøke temperaturutviklingen rundt sveisesonen, samt å forstå betydningen av å variere de forskjellige parameterne som kunne påvirke sveiseprosessen.Som resultat av eksperimentene og de numeriske beregningene ble det oppdaget utfordringer relatert til implementeringen av induksjonsprosessen i påfyllingsriggen. Det viste seg at det opprinnelige designet til påfyllingsriggen kunne gi en uønsket lav frekvens. Derfor ble det utført simuleringer i Comsol for å undersøke hvilket design som passet best til formålene. Løsningen ble å inkludere en RF-gjennomføring, og redusere trykkbeholderens materiale i nærheten av lederne til spolen, dette skal føre til en reduksjon av den induserte motstanden.Med utgangspunkt i disse løsningene samt resultatene fra sveiseprosessen ble det laget tegninger for oppsettet til påfyllingsriggen.Med bakgrunn i litteraturstudiet, forsøksresultatene og de numeriske beregningene ble det satt opp en forsøksplan. For å kunne oppnå en gasstett sveis er det nødvendig å teste den nye riggen før påfyllingsprosessen startes. Det er i oppgaven laget en anbefaling av startverdier for de ulike parameterne, samt en forklaring av hvordan en bør justere disse for å oppnå ønsket resultat. Det er altså ikke sikkert at de angitte verdiene vil resultere i en gasstett sveis, hensikten er å redusere antall nødvendige forsøk før påfyllingen kan iverksettes.Oppgaven avsluttes med forslag til videre arbeid, med den hensikt å optimalisere resultatene fra denne oppgaven.

The Höegh LNG FPSO is designed for a CO2 removal of a gas stream containing 12.3% CO, but has a desire to add discuss alternative CO2 compositions.The thesis aims to give an introduction of some CO2 removal technologies. The work of this thesis is comprised of a literature study and evaluation of different aspects of these technologies. The evaluation includes discussing the aspects of the technologies and also collecting comparative data.There are three main technologies for CO2 removal; amine, membrane and molecular sieve. These were chosen from the literature study to be most suitable for removal of CO2 for LNG production. Two combinations are most relevant, the amine-membrane, and the amine-molecular sieve.Both the molecular sieve and the membrane have certain issues with regards to hydrocarbon losses. The best solution is to use both of these losses as fuel for the turbine. This however requires the turbine design to be adjusted accordingly.The molecular sieve is suggested used for CO2 compositions of less than 0.1%. The amine solution is suggested used for CO2 compositions between 0.1% and 6%. The membrane-amine solution is suggested for CO2 compositions above 6% because of the high bulk removal capability of the membrane and the ability for the amine process to remove CO2 on the lower part of the scale.

Due to the increasing demand for LNG, more environmental friendly regasification solutions are of interest. Aker Solutions has developed a concept for zero emission regasification of LNG, where the regasification train is heat integrated with an oxy-fuel power and steam plant. The oxy-fuel combustor burns part of the send-out gas in an oxygen enriched environment. The flue gas produced is CO2 rich, making CO2 capture feasible. 95mol% pure oxygen is produced by cryogenic distillation in an ASU. Today, oxy-fuel combustion is not economical feasible, mainly due to the significant power demand in the ASU and the CO2 Compression and Purification Unit (CPU). This thesis investigates opportunities of reducing the power consumption in the plant. Pinch analysis is used to evaluate the heat integration in the Aker Solutions’ concept. Simulation models are created in Aspen Hysys to investigate possibilities of integrating the ASU with the power and steam plant, and to find the impact of changing the oxygen purity. In addition the use of membranes to separate air is discussed. The heat integration was evaluated in terms of sequence of the pair matches, and placement of Heat Transfer Fluids (HTFs). The sequence of the streams was found acceptable. However, changing the HTF in LNG heater 2 and 3 from MEG/Water to Methanol could be beneficial. The freezing point of Methanol is lower than that of MEG/Water; hence the HTF can be shifted to a lower temperature. Because LNG has a higher h-value than the hot streams, ∆T between the LNG and the HTF should be lower than that of the hot fluid and the HTF. If the oxygen purity was set to 90mol%, the load of the CO2 CPU and the condenser duty of the N2/CO2 distillation were increased by 10% and 65% respectively. If the purity was increased to 97mol% the opposite results were obtained. Although increasing the purity leads to savings in the CO2 CPU, this unit only accounts for a small part of the overall power consumption compared to the ASU, hence the impact on the ASU is of greater concern. For the ASU, decreasing the purity would lead to some energy savings. However, the required equipment size of the unit would increase. If the purity is increased, the separation of Argon is required in the distillation column, thus a significant increase in energy of separation is experienced. In addition the capital expenses of the ASU are increased, due to implementation of a supplementary distillation column. Based on the previous facts, it was recommended to keep the oxygen purity at 95mol%. If integrating the ASU, cryogenic LNG should be used to cool the air upstream and downstream the air compressor. Results from Hysys showed that this would lead to 18 % reduction in external utility consumptions. In addition the compressor work of the ASU would be decrease by 14%, and the yield of the LP turbine would increase with 2MW. Today, membranes are not capable of producing large quantities of oxygen. However, there exist some membranes with great potential. The most promising membranes are found to be MIECs with a perovskite structure, especially Ba0.5Sr0.5Co0.8Fe0.2O3-δ. At 800ºC the oxygen flux of these membranes are found to be approximately 1.56∙10-6 mol/scm2, and the oxygen purity obtained is above 99mol%. The thickness of one of these membrane were found to be 1.8mm, hence more than 1∙109 membranes are required to produce enough oxygen for the oxy-combustion plant. Although these membranes have a great potential, they need to be further evolved before implemented to oxy-fuel power plants.