Uusien energiantuotantojärjestelmien mekaniikan ja lämmönhallinnan kehittäminen

Tutkimustuotos: Doctoral ThesisMonograph

Abstrakti

Koneiden ja laitteiden energiatehokkuus on ollut tämän vuosikymmenen tärkein suunnittelua ohjaava tekijä. Kevyet rakenteet, laitteen toimintojen integrointi, pienempi koko ja kasvanut tehon ja painon suhde vaatii aiempaa tehokkaampia ratkaisuja lämmönhallinnalle. Uusissa energiantuottoprosesseissa lämpötilat voivat nousta korkeiksi, jopa 800 °C asteeseen, jolloin lämpötekninen suunnittelu on erityisen tärkeää. Lämpölaajeneminen voidaan ottaa suunnittelussa yhä paremmin huomioon nykyisillä tehokkailla numeerisilla laskentamenetelmillä, mutta tämän lisäksi myös viruminen, lämpöhäviöt ja kuumissa olosuhteissa tapahtuva korroosio tulee huomioida uusien laitteistojen suunnittelussa. Tämä väitöskirja esittelee kuusi tapausta, jotka liittyvät uusiin energiatekniikoihin ja joissa kehitetään koneiden suunnittelua ja rakennetta tieteellisiä menetelmiä käyttäen. Neljä ensimmäistä tapausta liittyvät kiinteäoksidipolttokennojärjestelmien (SOFC) suunnitteluun. Väitöstyön alussa laitteistoa kehitettiin systeemi- ja konseptisuunnittelun menetelmin sekä numeerisen laskennan avulla, joilla pyrittiin löytämään paras mahdollinen ratkaisu. Laitteiston rakentamisen jälkeen empiiristen mittauksien tuloksia verrattiin teoreettisiin laskentatuloksiin. Painopiste neljässä ensimmäisessä tapauksessa oli laitteiston, lämmöneristyksen ja komponenttien suunnittelussa sekä korroosiotutkimuksessa. Viidennessä tapauksessa tutkittiin kitkatyöstetyn kanavan (FSC) lämmönsiirtokykyä. FSC on ainutlaatuinen menetelmä, jolla voidaan valmistaa kappaleeseen sisäisiä kanavia. Näiden kanavien lämmönsiirtokykyä tutkittiin sekä numeerisen laskennan, että empiiristen kokeiden avulla. Kuudes tapaus käsittelee suurten koneenosien valmistustarkkuuden ja tarkastusmenetelmien kehittämistä, erityisesti lämpölaajenemisen osalta. Väitöskirjan aikana saavutettujen tulosten johdosta SOFC-järjestelmien rakennetta ja erityisesti lämmöneristystä on pystytty edistämään. Laitteistojen rakennetta on kehitetty yksinkertaisemmaksi, edullisemmaksi ja luotettavammaksi. Työn tuloksia on otettu käyttöön sekä tutkimuslaitoksissa että teollisuudessa. Viidennessä tapauksessa suoritettujen empiiristen kalorimetrikokeiden ja numeerisen laskennan avulla saatujen tulosten mukaan kitkatyöstettyä kanavaa voidaan käyttää lämmönsiirron hallintaan monissa eri sovelluskohteissa, ja kanavan lämmönsiirtokyky pystytään laskemaan entistä tarkemmin jo suunnitteluvaiheessa. Kuudennen tapauksen tutkimustulosten avulla osien valmistustarkkuutta ja laadunvalvontaa on kehitetty selvittämällä valmistuksen ja mittauksen virhelähteet numeerisen laskennan avulla. Yhteenvetona voidaan todeta, että väitöskirjan lämpömekaniikkaan liittyvän tutkimuksen avulla uusien energiantuotantomenetelmien suunnittelua, valmistusta ja laadunhallintaa on edistetty. Laitteistoista voidaan nyt suunnitella tehokkaampia, edullisempia, luotettavampia ja pitkäikäisiä.
Julkaisun otsikon käännösUusien energiantuotantojärjestelmien mekaniikan ja lämmönhallinnan kehittäminen
AlkuperäiskieliEnglanti
PätevyysTohtorintutkinto
Myöntävä instituutio
  • Aalto-yliopisto
Valvoja/neuvonantaja
  • Kuosmanen, Petri, Vastuuprofessori
  • Kuosmanen, Petri, Ohjaaja
Kustantaja
Painoksen ISBN978-952-60-7749-9
Sähköinen ISBN978-952-60-7750-5
TilaJulkaistu - 2017
OKM-julkaisutyyppiG4 Tohtorinväitöskirja (monografia)

Tutkimusalat

  • kiinteäoksidipolttokenno
  • lämmöneristys
  • koneenrakennus
  • laadunvalvonta

Sormenjälki Sukella tutkimusaiheisiin 'Uusien energiantuotantojärjestelmien mekaniikan ja lämmönhallinnan kehittäminen'. Ne muodostavat yhdessä ainutlaatuisen sormenjäljen.

Siteeraa tätä