Replacing metals with polymers is getting more and more popular. The main reason for this is that in a lot of cases the same requirement can still be achieved while at the same time using the benefits that polymer brings with them. In some cases the polymers can actually be the favorable choice of material. Fagerhults Belysning AB is one of the companies that traditionally have been using metals but their interest in polymers has grown. The purpose has therefore been to investigate the possibilities of implementing a polymer based material in a LED-armature which will be stationed outdoors and how this realizable potential CADconstruction in a polymer material can be measured against current requirements. The difficulty with this and the main reason why this haven’t been done yet is the general bad thermal conductivity that polymers have. The heat that is being created by the LED-lights has to be taken care of otherwise they will become too warm and will not be able to operate under the same conditions anymore. The side effects will be reduced lifetime and effect. However, if this is taken care of in a proper way and the LED-lights can operate under given temperatures the benefits of polymers can be applied. Two different requirement specifications were created to choose the right materials. The first requirement specifications takes care of the part of the armature where heat is being conducted and needs to be taken care of while the other requirement specifications takes care of the composition and exterior of the armature. Different types of polymers where then selected for the two requirement specification using material database and consultation from plastic suppliers. Another aspect that was part in taking care of the conductive heat two concepts was created. Both of these concepts where then put in a heat simulation program with the polymer that was considered having the highest thermal conductivity. The material that was used for the exterior design was a normal engineering polymer with a low thermal conductivity. However, after the heat simulations the result showed that a polymer with a high thermal conductivity was needed to be used even for the exterior design. Otherwise the heat would have exceeded the limit that was set for the LED-lights. Furthermore, the thermal conductive polymer was considered to be good enough to be used even for the exterior design. Thereby a couple of concepts where created for the exterior design and how it should be composed by using brainstorming, morphology and Pugh’s matrix and a final concept could then be presented. The purpose was thereby fulfilled since the possibilities of implementing a polymer based material had been done together with a realizable CAD-concept. The final result became that the heat that was being generated by the LED-lights can be managed of already existing polymers and at the same time using the benefits with polymers by integrating functions and lower the weight. The usage of a thermal conductive polymer in both the whole armature will lead to high cost for the material. High water- and dust requirements were put on the armature which led to implications in integrating more functions. / Ersättning av metall med ett polymert material blir allt vanligare. Det här för att i många fall kan samma kravbild uppnås samtidigt som fördelarna hos polymera material utnyttjas. Fagerhults Belysning AB är ett av de företag där metall traditionellt sett har använts men där det finns ett intresse för vilka möjligheter polymera material kan innebära. Syftet har därmed varit är att utreda möjligheten av implementering av polymert material i LED-armatur för utomhusmiljö och hur en potentiellt realiserbar konstruktion i valt polymert material i datorsimulerad miljö kan jämföra sig med nuvarande krav. Svårigheten, som också i högsta grad varit anledningen till varför det här inte har genomförts tidigare, är polymerernas generellt dåliga förmåga att leda värme. LED-lampornas effekt och livslängd är starkt beroende av värmeavledningen och leds värmen bort så kan LED-lamporna operera under rätt temperatur. Två olika kravspecifikationer ställdes upp för valet av material. Den ena avser den del av armaturen som främst påverkar värmeavledningen och den andra avser den sammansättande konstruktionen, det vill säga den yttre formgivningen. Materialval gjordes med avseende på de olika kravspecifikationerna med hjälp av en materialdatabas och konsultation av plastleverantörer. Konstruktion för att leda bort värme gjordes sedan och baserades på två varianter av kylflänsar. De här båda varianterna simulerades med den värmeledande polymeren som hade högst värmeledningsförmåga. Materialet för den yttre formgivningen var en enklare konstruktionsplast men efter värmesimuleringar visade resultaten att en värmeledande polymer var tvungen att användas även för den yttre formgivningen. Det här för att klara temperaturkraven hos LED-lamporna. Vidare togs flertalet olika koncept fram för hur den yttre formgivningen skulle sammansättas och med brainstorming, morfologi samt Pughs matris kunde ett slutgiltigt koncept presenteras. Syftet är därmed uppnått genom att möjligheterna har studerats och en realiserbar konstruktion har tagits fram. Resultatet är att värmehanteringen i LED-armaturen kan hanteras av befintliga polymera material samtidigt som egenskaperna hos polymerer utnyttjades då bland annat funktioner integrerats och vikten red ucerats. Användandet av den värmeledande polymeren för hela armaturen resulterar dock i höga materialkostnader samtidigt som höga krav på vatten- och dammtäthet har skapat svårigheter för integration av fler funktioner i armaturen.

Detta examensarbete försöker svara på frågan hur man optimerar värmespridningen från en oljefylld elradiator. Flera teorier används för att försöka svara på denna fråga, och slutligen ges ett förslag på en oljefylld elradiator, som enligt författarnas undersökningar borde vara optimerad för värmespridning.

I det här examensarbetet behandlas problematiken i krypgrunder i allmänhet och för Kungsmadskolan i Växjö i synnerhet, där undersökning av energiförlust samt en klimatutredning gjorts för nuvarande konstruktion. En lämplig energieffektiviserande åtgärd i form av tilläggsisolering tas fram och dess påverkan på klimatet i krypgrunden utvärderas. Kalkyler innehållande investeringskostnad och årlig besparing presenteras.

I drygt ett år har MHM-Scandinavia producerat massiva väggelement i Norden helt i trä. Detta är ett miljövänligt sätt att bygga på samtidigt som väggelementen har en god värmeisolerande förmåga. Genom att göra spår i lamellerna bildas luftkanaler inuti väggen som isolerar bättre än trä. Spåren gör att kontaktytorna mellan lamellerna blir mindre. Det medför att värmetransporten som i huvudsak sker genom ledning blir mindre och väggens värmeisolerande förmåga ökar.     Undersökningar av det massiva träelementets värmetransport är inte gjorda tidigare i Sverige. Vi har genom hjälpväggsmetoden jämfört tre olika typer av väggar. Väggarna har samma konstruktion fast med små avvikelser när det gäller luftkanalernas andel i lamellerna. Väggelementen är uppbyggda av korslagda lameller och förändringarna som gjorts i två av väggtyperna är endast utförda i de horisontella lamellerna.     Mätningarna indikerar att ju mindre kontaktytor och mer luft som finns i väggen desto bättre värmeisolerande förmåga.

<p>I drygt ett år har MHM-Scandinavia producerat massiva väggelement i Norden helt i trä. Detta är ett miljövänligt sätt att bygga på samtidigt som väggelementen har en god värmeisolerande förmåga. Genom att göra spår i lamellerna bildas luftkanaler inuti väggen som isolerar bättre än trä. Spåren gör att kontaktytorna mellan lamellerna blir mindre. Det medför att värmetransporten som i huvudsak sker genom ledning blir mindre och väggens värmeisolerande förmåga ökar.     Undersökningar av det massiva träelementets värmetransport är inte gjorda tidigare i Sverige. Vi har genom hjälpväggsmetoden jämfört tre olika typer av väggar. Väggarna har samma konstruktion fast med små avvikelser när det gäller luftkanalernas andel i lamellerna. Väggelementen är uppbyggda av korslagda lameller och förändringarna som gjorts i två av väggtyperna är endast utförda i de horisontella lamellerna.     Mätningarna indikerar att ju mindre kontaktytor och mer luft som finns i väggen desto bättre värmeisolerande förmåga.</p>

In nuclear power plants, during operation at high temperatures, there can occur a steam build-up around the fuel rods at an increasing rate. This inhibits the water’s effectivity in removing heat from the rods. When this occurs and reaches a critical point, the temperature in the fuel rods surges, which can lead to them being damaged. This is called critical heat flux (CHF). During operation, the reactor always keeps a safety margin to the point where CHF can occur. The margin to CHF is one of the factors that limits the nuclear power plant’s ability to produce electricity. With the help of the tests that Westinghouse runs, the safety margin to the CHF can be more accurately determined, so that the reactor can safely be closer to the critical point.Westinghouse uses rods that are heated with electricity instead of nuclear fuel. In Westinghouse’s test facility, a problem has been identified, where the uppermost part of the rod has a risk of breaking due to the high temperatures. The temperatures are so high due to the rod being unable to conduct the large amount of current (max. 300kW) through the grid plate, situated at the top. The rod has a tapered end and is hammered into the grid plate’s tapered holes during assembly. The rod’s end is hollow and is attached from above using screws.To find a solution, two theoretical concepts have been developed and an eventual change of rod material has been evaluated. The purpose of the concepts is to limit the risk of problems occurring due to heat increase during operation. Both concepts have reduced hole size and length, to avoid hollow areas around the warmest part of the construction. For concept evaluation, Pugh’s concept selection method has been used. The most appropriate concept has been evaluated to be a reduced hole width, and a deeper hole with a thread insert.

The study identifies a specific problem area related to students' misconceptions about heat and heat conduction. The aims of the study are to contribute knowledge about how practical activities with thermal cameras impact the interaction and understanding of heat conduction among intermediate-grade students. The study was conducted with 23 fifth-grade students in two different schools in Sweden. To address the study's purpose, groups of three to four students were observed during a designed activity in which we participated. This activity included discussions and experiments on heat conduction using a thermal camera. The activity was recorded on video and later analysed. The results of the study, presented in three experiments, indicate that the use of thermal cameras can effectively support students' understanding of heat conduction. Students articulate the concept of heat conduction and use it in discussions. Visualizing heat with the help of thermal cameras facilitates students in connecting theoretical concepts to practical situations and enhances their ability to explain and reason about the phenomenon. The study also highlights the teacher's role in guiding students in their development. Despite some difficulties in verbalizing their conclusions, students show increased awareness of heat conduction and its connection to different materials. The study thus emphasizes the potential of using thermal cameras to support teaching and improve students' understanding of how heat spreads. / Studien identifierar ett specifikt problemområde relaterat till elevers missuppfattningar om värme och värmeledning. Syften med studien är att bidra med kunskap om hur praktiska aktiviteter med värmekameror påverkar mellanstadieelevers interaktion och förståelse för hur värme sprids genom ledning. Studien är utförd på 23 elever i årskurs 5 på två olika skolor i Sverige.    För att besvara studiens syfte observerades grupper av tre till fyra elever under en designad aktivitet där vi deltog. I denna aktivitet ingick diskussioner och experiment om värmeledning där värmekamera användes. Aktiviteten videofilmades och analyserades senare.  Studiens resultat, presenterade i tre experiment, visar att användningen av värmekameror effektivt kan stödja elevernas förståelse för värmeledning. Eleverna uttrycker begreppet värmeledning och använder det i diskussioner. Visualiseringen av värme med hjälp av värmekameror underlättar för eleverna att koppla teoretiska begrepp till praktiska situationer och främjar deras förmåga att förklara och resonera kring fenomenet. Studien belyser också lärarens roll för att vägleda eleverna i deras utveckling. Trots vissa svårigheter att verbalisera sina slutsatser visar eleverna ökad medvetenhet om värmeledning och dess koppling till olika material. Studien betonar således potentialen i att använda värmekameror för att stödja undervisningen och förbättra elevernas förståelse för hur värme sprids.

Värmelära upplevs ofta som ett abstrakt område i gymnasiefysiken och elever tenderar att tolka känseln som en termometer. Värmelära kan därmed bli en tuff utmaning för många elever. Genom att introducera värmekameror i undervisningen ges elever möjligheten att se annars osynliga värmefenomen. Eftersom värmekameran inte ännu blivit etablerad i undervisningen finns det ett intresse att studera elevernas interaktion med värmekameran. Syftet med studien är att undersöka hur interaktionen ser ut och hur värmekameran kan hjälpa elever i begreppsbildandet av värmerelaterade fenomen. Denna studie har gjorts på ca 140 elever som går sitt första år på det naturvetenskapliga programmet på en gymnasieskola i Mellansverige. Eleverna fick utföra en laboration designad enligt prediction-observation-explanation-metoden. Laborationen innehöll tre stationer där de centrala begreppen var värmeledning, stöt och friktion. Eleverna använde en värmekamera som hjälpmedel för att förklara de olika fenomenen. Elevernas interaktioner vid laborationen dokumenterades med video- och ljudupptagning i syfte att ge grund för en kvalitativ analys. Analysen av materialet kom att handla om tre delar: hur eleverna resonerar kring värmeledning, respektive friktion och stöt, och hur värmekameran kan stimulera det kreativa tänkandet hos eleverna. Det visade sig att många elevgrupper kom långt i det makroskopiska och en bra bit i det mikroskopiska resonemanget kring värmeledning genom att tillämpa en modell av fria elektroner i metall de hade lärt sig från kemin. De flesta grupperna hade svårt att resonera kring energiomvandlingar vid stöt både på en makroskopisk och mikroskopisk nivå. Det kreativa undersökandet resulterade i en röra. Värmekameran lockar elevernas nyfikenhet, ger ”disciplinary affordance” och stimulerar dem till ”instant inquiry”. När eleverna gick utanför instruktionerna och bedrev egna undersökningar resulterade det i en röra då de prioriterade bort sina nykonstruerade hypoteser. / Thermodynamics is often perceived as an abstract field in secondary school physics. Thermodynamics can thus be a tough challenge for many students. By including thermal imaging cameras in teaching, students are given the opportunity to see otherwise invisible thermal phenomena. Since the infrared camera has not yet been established in teaching, there is an interest in studying the interaction between students and the thermal imaging camera. The purpose of this study is to investigate the interaction between student and the infrared camera and to see how the infrared camera can help students in the conceptual formation of heat-related phenomena. The study included about 140 students attending their first year on the science program at an upper secondary school in central Sweden. The students had to perform laboratory experiments designed according to the prediction-observation-explanation method. The laboratory experiments consisted of three stations where the key concepts were heat conduction, collision and friction. Students took help of an infrared camera to explain the various phenomena. The students' interactions at the lab were documented with video and audio recording in order to set the basis of a qualitative analysis. The analysis of the material consisted of three parts: how students reason concerning heat conduction, their reasoning concerning dissipative processes as friction and collision, and how the infrared camera can stimulate the students' creative thinking. Many student groups were successful in the macroscopic and quite successful in the microscopic reasoning regarding heat conduction by applying a model of free electrons in the metal which they had learned in chemistry class. Other studies have shown that students find it hard explaining heat conduction and that they tend to interpret the physical touch as a thermometer. The group that examined friction and collision found it difficult explaining the transformation from kinetic energy into thermal energy in collision at both the macroscopic and microscopic level. The creative investigation resulted in a mess. The infrared camera attracts students' curiosity, gives ”disciplinary affordance” and stimulates them to ”instant inquiry”. When the students went beyond their instructions and conducted own investigations it resulted in a mess when they prioritized away the recently created hypotheses.

This thesis has been performed in collaboration with the Swedish Space Corporation at the department Science Services. SSC provides services in the areas of spacecraft subsystems, ground stations and sounding rockets to enable governments, companies and research institutes to benefit from space. Science Services are responsible for sounding rocket flight missions allowing customers to perform research in a microgravity environment. Currently, they have good knowledge how to design the sounding rockets experiment modules to minimize thermal effects within the system. However, no computational models are available to evaluate and verify the thermal heat transfer inside of the modules and as such the systems are designed primarily based on previous experience. The main purpose of this thesis was to develop a thermal computational model, which would work as a basis for designing experiment modules. The model would be used in an early stage of the design process before CAD parts have been designed. This required a flexible model allowing the user to evaluate different types of components and configurations. A finite element method (FEM) was used to perform heat transfer calculations in MATLAB. The development process was divided into three stages, which reduced the complexity of the problem formulation. The first version was made to approximate heat transfer solution in three dimensions using the Galerkin’s weighed residuals method. The second version was made to implement the dynamic environment occurring during flight missions. Based on the external environment, the dynamic process was divided into phases with different boundary conditions. In the final version internal convection, conductivity between air elements and a GUI was developed. The versions were verified with COMSOL (2013) and previous measured flight data. The results from the simulations showed that the internal convection coefficient and the element’s conductivity have a great impact on how the heat is distributed inside th e modules. A low convection will lead to internal temperature peaks, which can cause damage to sensitive experiment equipment. Also, the results indicated that the external environment does not have a significant impact on the internal temperatures. The assumptions made and recommendations are also covered in this thesis. Keywords: Three-dimensional heat transfer, Finite element method, Sounding rocket, Computational simulation / Detta examensarbete har utförts i samarbete med Swedish Space Corporation på avdelningen Science Services. SSC är ett svenskt företag verksam inom rymdtekniksektorn som erbjuder myndigheter, företag och forskarlag runt om i världen möjlighet att dra nytta av rymden. Avdelningen Science Service är ansvariga för utvecklig samt uppskjutning av sondraketer. I dagsläget finns en god kunskap hur sondraketens experimentmoduler ska konstrueras för att minimera den termiska påverkan i systemen. Dock existerar ingen beräkningsmodell för att undersöka värmeutvecklingen och temperaturer i dessa experimentmoduler, all kunskap inom detta område är baserad på tidigare erfarenheter. Syftet med detta examensarbete var att utveckla en termisk beräkningsmodell som kan användas som underlag när nya experimentmoduler konstrueras på SSC. Användningsområdet för modellen var avsett i ett tidigt skede i produktutvecklingsprocessen, innan CAD-modeller eller dylikt har framställts. Därav efterfrågades en flexibel modell där användaren kan undersöka olika typer av kompententer och konfigurationer. Den Finita elementmetoden (FEM) har används för att skapa en termisk beräkningsmodell i MATLAB. Utvecklingen delades upp i tre steg, eller tre programversioner, vilket bidrog till att frågeställningens komplexitet reducerades. Första programversion genomfördes för att approximera värmeflöden och temperaturer i tre dimensioner med hjälp av Galerkins viktade residualmetod. I den andra programversionen implementerades den dynamiska omgivningen som uppstår under flygning. Baserat på den yttre påverkan från det dynamiska förloppet delades flygningen in i olika faser, alla med skilda randvillkor. I den slutliga programversionen implementerades intern konvektion, strålning och ett grafiskt användargränssnitt. Samtliga versioner verifierades numerisk med hjälp av COMSOL (2013) . Resultatet från beräkningsmodellen påvisade att den interna konvektionskoefficient samt konduktiviteten hos element har stor inverkan på hur temperaturen fördelas inuti modulen. Resultaten indikerade även att den yttre miljön inte har en signifikant betydelse för dessa temperaturer. De antaganden som utförts samt förbättringsförslag avhandlades även i detta arbete. Nyckelord: Värmeledning, tredimensionellt, Finita elementmetoden, Sondraket, Simulering

The company Kanthal produces electric heating elements that require high temperature treatment in one production step. In this process step, called sintering, the amount of heat received by the sintered material is in direct correlation to the product’s outcome.  It is therefore of interest for the company to gather information about how heat transfer happens in an electrical furnace. This study examines two different possible scenarios of how the heat transfer in the furnace could look like and which amount of heat the sintered material would receive. The relation between a gaseous ambience at a certain temperature and the temperature an object submerged into this ambience is assuming is studied in the process called "transient heat conduction".  Two models were built in Matlab, representing transient heat conduction effects on two different geometries: a plane wall and a short cylinder.  It could be shown that transient heat conduction effects turned out differently for the two models. The conclusion drawn from the results was that the wall model was susceptible to horizontal heat transfer effects, whereas the cylinder model was affected from all directions equally. Further, an analysis of the heat transfer channels within the furnace revealed that the heat leakage through the furnace muffle edges, which are in contact with air, causes a multiple in heat loss compared to the overall heat leakage.