Search the digital library catalog

Abstract: V doktorskem delu je predstavljen model za zgorevanje trdnih odpadkov na rešetki. Modeliranje trdnih odpadkov na rešetki je sestavljeno iz dveh delov: modeliranje pretvorbe trdnega goriva v plinasto fazo na rešetki s pomočjo ustreznega ravnotežnega modela in numerična simulacija plinaste faze zgorevanja nad plastjo trdnega goriva s pomočjo računalniške dinamike tekočin (RDT). Oba dela sta med seboj neposredno povezana preko sestave sinteznega plina in sevalnega toplotnega toka. Predstavljen pristop modeliranja zahteva medsebojno izmenjavo podatkov med obema modeloma, dokler se podatki obeh modelov ne uskladijo oz. ni bistvene spremembe, t.j. med sinteznim plinom, ki zapušča plast trdnega goriva in sevalnim toplotnim tokom, ki prihaja na samo plast. Pretvorba trdnih odpadkov v plinasto fazo na rešetki je bila modelirana s pomočjo lastno razvitega empiričnega 1D ravnotežnega modela, ki temelji na vhodnih podatkih kot so: količina in sestava trdnih odpadkov, količina primarnega zraka, ki se dodatno pomeša še z recirkuliranimi dimnimi plini pod rešetko in sevalnim toplotnim tokom na vrhu plasti trdnega goriva. Ravnotežni model na podlagi vhodnih podatkov predvidi ustrezne robne pogoje na medfazni površini trdnega goriva in plinaste faze kot je sestava (O2, H2O, CO, volatili) temperatura in hitrost sinteznega plina vzdolž rešetke. Pridobljeni robni pogoji v okviru ravnotežnega modela predstavljajo vstopne robne pogoje za izvedbo simulacije plinaste faze zgorevanja. Numerična simulacija je bila narejena s pomočjo komercialnega paketa RDT ANSYS CFX z uporabo ustreznih numeričnih modelov zgorevanja. Z vidika validacije numeričnega modela je bila na različnih mestih znotraj kurišča narejena primerjava temperature z eksperimentalno pridobljenimi podatki. Narejena analiza s pomočjo RDT razkriva detajlno mešanje in karakteristike zgorevanja v realni kurilni napravi z rešetko in nudi možnost poiskati ustrezne rešitve na kakšen način jo optimizirati kot tudi kako izboljšati obratovanje takšnih naprav za energijsko izrabo odpadkov (EIO) z namenom doseganja boljšega izkoristka. Rezultati so pokazali, da neupoštevanje učinka vzgona lahko povzroči bistvene napake v numeričnih rezultatih. Izkazalo se je, da je v industriji mogoče uporabiti RDT kot osnovno orodje za optimizacijo takšnih objektov za EIO glede na številne kritične faktorje kot tudi, na kakšen način učinkovito optimizirati takšen sistem za namen boljšega obratovanja.
Keywords: Pretvorba trdnega goriva, trdni odpadki, modeliranje zgorevanja v plasti, ravnotežni model, kurilna naprava z rešetko, zgorevanje, računalniška dinamika tekočin (RDT)
Published in DKUM: 22.12.2014; Views: 2585; Downloads: 469
Full text (26,96 MB)

Abstract: Pred začetkom izdelave diplomske naloge sem v podjetju na glavni cevovod namestili merilec pretoka, s katerim sem v tabelo zbral dejanske vrednosti masnega pretoka plinske faze v sistem pri različnih obremenitvah puhal. Do takrat so bile poznane samo teoretične vrednosti podane s strani proizvajalca puhal. Simulacija je bila narejena za tri pretoke, maksimalnega 2,472kg/s, srednjega 1,388kg/s in najmanjšega 0,88kg/s. Nato je bil v programu Ansys 15.0 zmodeliran celoten bazen (52,80m X 18,00m X 4,66m), prav tako sta bila zmodelirana dva podporna stebra za most, dva cevovoda za črpalki in dekanter. Nato je sledila mreža, katera je bila namensko zgoščena pod blazinami za vbrizgavanje zraka za večjo natančnost pri določanju hitrostnih polj in vsebuje 4.385.013 vozlišč, torej 14.752.784 elementov. Nato so sledile fizikalne nastavitve v programu Ansys 15.0. treba je omeniti, da je celotna simulacija temelji na Euler-Euler pristopu in ne na Euler – Lagrange. Vse fizikalne nastavitve si sledijo v kronološkem zaporedju, na začetku je bil izbran tip analize »časovno odvisna analiza«, kjer je bilo izbranih 300 sekund s časovnim korakom 0,1s. Potem so sledile nastavitve sistema, kjer sem določil fizikalne nastavitve posameznih faz, ter nastavitve obeh faz kot par. Ko so bile vnesene vse fizikalne nastavitve, je bilo potrebno določiti definirana območja v sistemu. Tako so bile za vnos plinske faze v sistem izbrane blazine, katerih je 72. Simulacija je bila narejena za tri pretoke, ki so bili pridobljeni s namestitvijo merilca. Na gladini vode je bilo potrebno določiti pogoje odplinjevanja disperzne faze. Vse ostale nastavitve so bile narejene v zavihku nedefinirana območja, kjer sem vsem oviram in stenam v sistemu predpisal, da je hitrost zvezne faze enaka 0m/s, torej ni dovoljen zdrs. Za zvezno fazo pa stene in ovire predstavljajo površino s prostim zdrsom. Pri nadzorovanju konvergence sem si pomagal s dodano funkcijo in sicer volumski delež zraka, iz katere je bilo razvidno, da je bila izbira 3000 časovnih korakov pravilna, saj se prične plinska faza v sistemu stabilizirati. Ko je bila simulacija končana sem primerjal rezultate vseh treh pretokov. Volumski delež plinske faze je prikazan po prerezih bazena. Posebej zanimiv je volumski delež plinske faze od enega metra navzgor. Ugotovil sem, da se volumski delež plinske faze najbolj enakomerno porazdeli prav pri pretoku 1,388kg/s v katerem obratuje Centralna čistilna naprava Ptuj. Prav tako je narejen graf povprečnih vrednosti volumskega deleža plinske faze v sistemu in graf maksimalnih vrednosti volumskega deleža plinske faze v sistemu. Zanimivo je, da se maksimalne vrednosti volumskega deleža plinske faze pojavijo v območij največje turbolence. Druga naloga te diplomske naloge pa je bila preučiti posedanje delcev v bazenu. Iz grafa posedanja delcev sem določil povprečno hitrost posedanja delcev. Nato sem v programu Ansys omejil hitrost zvezne faze tako, da je bilo mogoče razbrati ali so hitrosti manjše ali večje. Če so bile večje od predpisane hitrosti posedanja, tam do posedanja ni prišlo. Ko sem se osredotočil na samo par blazin, je bilo razvidno, da v sistemu lahko prihaja do popolnega posedanja ali pa do delnega posedanja delcev pod blazinami. Ko je bil narejen prečni prerez bazena pa je bilo razvidno, da prihaja do delnega posedanja ponovno v območjih največje turbolence. Končne ugotovitve diplomske naloge so bile naslednje, čeprav v bazenu prihaja do posedanja delcev je količina teh dovolj majhna, da lahko Centralna čistilna naprava Ptuj obratuje ne moteno. Ugotovitev, da se volumski delež plinske faze najbolj enakomerno razporedi pri točno tem pretoku pri katerem deluje Ptujska čistilna naprava. S odkritjem območij največjih koncentracij zraka smo na predstavitvi v podjetju ugotovili, da se nahaja sonda za merjenje kisika ravno v tem območju in bo v prihodnosti premeščena na mesto, kjer ne prihaja do maksimalnih vrednosti volumskega deleža plinske faze.
Keywords: CFD simulacija, čistilna naprava, vbrizgavanje zraka, razporeditev plinske faze, posedanje
Published in DKUM: 20.10.2014; Views: 2009; Downloads: 228
Full text (3,95 MB)

Abstract: V nalogi je obravnavan proces sušenja poroznega delca, sestavljenega iz omočenih kristalov zeolita 4A v razmerah, ki prevladujejo v razpršilnem sušilniku. Obstoječi numerični modeli v inženirskih programskih paketih obravnavajo vso vlago v delcu kot površinsko sušenje pa kot enostopenjsko, kar lahko vodi do netočnih in nepopolnih rezultatov. V želji po nadgradnji obstoječih numeričnih modelov je bil razvit model za večstopenjsko sušenje poroznega delca. Le-ta upošteva tudi kristalno vezano vlago, ki v procesu sušenja mokrega jedra prehaja skozi osušeno skorjo. Za opis prehoda vlage skozi osušeno skorjo v drugi stopnji sušenja je bil uporabljen model enostranske Stefanove difuzije, med tem ko je bila tretja stopnja sušenja razvita na osnovi karakteristik materiala, določenih s termo gravimetrično analizo. S pridobljenimi rezultati iz numeričnih simulacij je bila pripravljena primerjava z eksperimentalno pridobljenimi rezultati, ki je pokazala uporabnost ter fizikalno pravilnost uporabljenega numeričnega modela večstopenjskega sušenja.
Keywords: Zeolit, Razpršilno sušenje, Večfazni numerični model, Računalniška dinamika tekočin, Prenos toplote in snovi
Published in DKUM: 08.08.2014; Views: 4742; Downloads: 340
Full text (3,09 MB)

Abstract: Namen magistrskega dela je s pomočjo računalniških simulacij ugotoviti primernost uporabe UniPore celične strukture kot izmenjevalca toplote z analizo njenega toplotnega obnašanja pri različnih režimih obratovanja. Magistrsko delo zajema študij literature s področja obnašanja celičnih gradiv oz. poroznih snovi pri termičnih obremenitvah, pripravo numeričnih modelov celičnih struktur UniPore, ter izvedbo parametričnih računalniških simulacij prenosa toplote skozi UniPore celično strukturo, izdelano iz bakra pri enakih vhodnih temperaturah, za različna grelna medija (voda, zrak) in hitrostih toka tekočine vzdolž pore. Tokovni režim bo omejen na laminarni tok viskozne tekočine. Na osnovi simulacij podrobne geometrije je bilo potrebno izdelati tudi poenostavljen model toplotnega prenosnika z upoštevanjem koncepta porozne snovi. Rezultati računalniških simulacij so nam tako služili za opis hidrodinamskih lastnosti (tlačni padec) in toplotnih lastnosti (vrednost toplotne difuzivnosti porozne snovi ter Nusseltovega števila)UniPor celične strukture.
Keywords: UniPor materiali, porozna snov, prenos toplote, toplotno - tokovne razmere v celični strukturi.
Published in DKUM: 06.01.2014; Views: 2124; Downloads: 210
Full text (3,61 MB)

Abstract: Avtomobilska industrija se dandanes sooča z vedno večjimi izzivi, razvojni cikel bencinskega motorja pa mora biti zaključen v izredno kratkem časovnem obdobju. Ugoditi okoljskim predpisom je le eden izmed poglavitnih izzivov, s katerimi so soočeni inženirji. Vsem zahtevam trga je v izjemno kratkem času možno ugoditi le izključno z pomočjo uporabe numeričnimi simulacij (RDT). V ta namen se uporabljajo programska orodja, ki omogočajo izdelavo računskih mrež zgorevalne komore, pri čemer je uporabniku ponujena možnost odločitve med dvema različnima topologijama. Izvedena je bila primerjava rezultatov pridobljenih z računsko mrežo izdelano s pomočjo avtomatiziranega postopka znotraj programa Fire FAME Engine Plus ter strukturirano računsko mrežo izdelano s programom Fire ESE Engine. Glede na pridobljene rezultate različnih topologij in gostot mrež ter debeline in števila dodeljenih plasti za popis razmer tik ob steni, so bila podana priporočila za nadaljnjo delo pri izdelavi tovrstnih računskih mrež.
Keywords: čunalniška dinamika tekočin, bencinski motor GDI, emisije CO2, evropski emisijski standard, sistem za dobavo goriva, zidna funkcija, turbulentni model, večfazni tok, zgorevanje, diskretizacija domene, strukturirana računska mreža
Published in DKUM: 12.12.2013; Views: 1875; Downloads: 240
Full text (5,23 MB)