71. Vpliv različnih gostot in topologij mrež na izračunane karakteristike procesov zgorevanja pri GDI motorjuUroš Pešaković, 2013, master's thesis 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: 243
 Full text (5,23 MB) |
72. EKSPERIMENTALNO NUMERIČNA ANALIZA TOKOVNO REAKTIVNIH VELIČIN VEČPLAMENSKEGA GORILNIKAMarko Klančišar, 2013, doctoral dissertation Abstract: Optimizacija zgorevalnih naprav v smislu povečanja učinkovitosti in zmanjšanja obremenitve okolja s polutanti, je danes glavno vodilo pri raziskavi ter snovanju novih projektov povezanih z zgorevanjem. To je mogoče doseči s pomočjo točnih zasnov pomembnih komponent gorilnika ter kurišča, kar dodatno zajema pojave prenosa mase in toplote. V zadnjih nekaj letih je računalniška dinamika tekočin (CFD) postala popularna metoda za uporaben pristop k pridobivanju preliminarnih informacij in napovedovanju obnašanja komercialnih zgorevalnih zasnov. Vendar so pojavi, ki potekajo v gorilnikih zelo kompleksni; recirkulacija dimnih plinov, prenos energije, turbulentna kemijska kinetika in razmerje toka-kemijskih reakcij so v primeru vrtinčnih zgorevalnih naprav še ojačeni. Z omenjenega vidika je CFD analiza vrtinčnih ne-predmešanih reaktivnih tokov ena najpomembnejših in zahtevnih področij v moderni CFD. Za primerjavo so dokumentirani eksperimentalni podatki, ki predstavljajo uporabno informacijo za kontrolo in testiranje CFD.
Za popis dinamike tekočin skupaj s prenosom toplote, je v literature mogoče najti različne matematične pristope. Glavni pristop uporablja turbulentne modele zgorevanja kar omogoča uporabo statističnih lastnosti skalarnega polja. Ti pristopi omogočajo v večini primerov podrobne informacije o tokovnem polju ter temperaturi vendar so pri napovedovanju koncentracij nižjih vrst manj natančni. Za kotlovske naprave je bila že predlagana nova metoda (Faravelli et al., 2001). Ta pristop (SFIRN) temelji na originalni zasnovi hibridne metode. Tokovna ter temperaturna polja niso pod vplivom nastanka NOx. Za opis nastanka toplote v CFD modeliranju je dovolj manjše število hitrih kemijskih reakcij. Spisek oziroma skupina idealnih reaktantov je definirana na osnovi rezultatov pridobljenih z numerično simulacijo. Ti reaktanti skupaj predstavljajo število enakih celic in se rešujejo s pomočjo zelo podrobne kemijske kinetike. Podrobne eksperimentalne meritve 1SF gorilnika predstavljajo pomemben testni primer z namenom potrditve numeričnega postopka, kar je mogoče kasneje razširiti na kompleksnejše primere. Realno kurilno napravo smo preučevali z uporabo računalniške dinamike tekočin; podrobneje s programskim paketom ANSYS CFX. V nalogi smo uporabili eksperimentalno dognane robne pogoje vhodnih parametrov ter nekaj parametrov drugih avtorjev. Za numerične simulacije so bili uporabljeni turbulentni modeli, modeli zgorevanja ter sevanja. Nadalje smo primerjali rezultate različnih izbranih modelov z eksperimentalnimi ter ugotavljali primernost le teh. Cilj modeliranja je bila izbira primernih modelov za uporabo numeričnega preizkušanja novih industrijskih gorilnikov, kar smo v primerjavi z eksperimentom okarakterizirali s tokovnim in temperaturnim poljem, hkrati pa z lokalno stopnjo izgorelosti (CO). Rezultati numeričnega modeliranja so bili povsod primerjani z eksperimentalnimi meritvami.
Prikazan znanstveni pristop omogoča CFD analizo tokovnih lastnosti kot tudi reaktivnega toka že v fazi načrtovanja novih zasnov gorilnikov kar omogoča hitrejši in bolj zanesljiv razvoj novega izdelka.
Keywords: Swirlflame, industrijski gorilnik, računalniška dinamika tekočin, ne-predmešano zgorevanje, program ANSYS CFX, razprševanje goriva, mešalna frakcija
Published in DKUM: 14.10.2013; Views: 2491; Downloads: 234
Full text (10,17 MB) |
73. NUMERIČNI MODEL ADSORPCIJSKEGA PROCESA PRI TOKU V KANALUTeodor Štimec, 2013, doctoral dissertation Abstract: V doktorski disertaciji je predstavljen numerični model za simulacijo adsorpcijskega procesa v kanalu, ki ima na svojih stenah nameščeno plast adsorbenta. V kanalu teče tok nosilne tekočine z zelo nizko koncentracijo adsorbata, ki se zaradi med-molekularnih sil adsorbira v plast adsorbenta. Zaradi nizke koncentracije adsorbata v nosilnem mediju le ta ne vpliva na tokovne razmere v kanalu, ampak je vključen le v adsorpcijski proces. Simulacija toka tekočine v kanalu je izvedena z reševanjem sistema Navier-Stokesovih ohranitvenih enačb, ki so diskretizirane z metodo robnih elementov. Adsorpcijski prenos snovi adsorbata iz glavnine tekočine v plast adsorbenta je modeliran s prilaganjem vrednosti robne koncentracije. Koncentracija adsorbata se ob medfazni površini v tekočini in nad plastjo adsorbenta namreč zaradi adsorpcijskih procesov znižuje, kar povzroči nastanek koncentracijskega gradienta v smeti proti plasti adsorbenta in z njim povezan snovni tok. Vrednost robne koncentracije je odvisna od porazdelitvenega koeficienta, oziroma razmerja med akumulirano ter ravnotežno množino adsorbata v plasti adsorbenta. Ravnotežna množina adsorbata v plasti adsorbenta je določena s primernim ravnotežnim modelom, ki podaja omenjene vrednosti na podlagi temperature in koncentracije adsorbata ter snovnih lastnosti dostopnih v literaturi. V numerični shemi so sicer bili uporabljani štirje različni ravnotežni modeli in sicer Freundlichov, Dubinin-Radushkevichev ter SLD ravnotežna modela na osnovi Van der Waalsove ter Peng-Robinsonove enačbe stanja. Z izdelanim numeričnim modelom je bila nato izvedena vrsta simulacij toka revne mešanice zraka ter butana v kanalu, ki je imel na stenah nameščeno plast aktivnega oglja. Na podlagi rezultatov simulacij so bile izvedene: analiza primernosti računske mreže, analiza primernosti časovnega koraka ter primerjava rezultatov z referenčnimi rezultati drugih avtorjev. Primerjava rezultatov kaže, da izdelana numerična rutina omogoča natančno simuliranje adsorpcijskih procesov v kanalu. V zaključku sta bili izvedeni še parametrični analizi vpliva hitrosti ter temperature na adsorpcijski proces v kanal ter podane smernice za nadaljnjo raziskovalno delo.
Keywords: adsorpcija, ravnotežni model, SLD ravnotežni model, adsorpcijsko satovje, adsorpcija v kanalu, metoda robnih elementov, računska dinamika tekočin
Published in DKUM: 12.07.2013; Views: 2530; Downloads: 338
Full text (2,51 MB) |
74. Pomen CIP sistemov čiščenja naprav za delovanje procesnih napravJure Žilič, 2013, undergraduate thesis Abstract: V diplomskem delu je predstavljen CIP postopek čiščenja cevovodnih sistemov. Hkrati je predstavljena tudi problematika čiščenja in vzdrževanja higiene zaprtih cevovodnih sistemov. S pomočjo primerov je opisana uporaba CIP sistema v farmacevtske in biofarmacevtske namene, predstavljena pa je tudi uporaba različnih komponent, ki združujejo celoten sklop sistema. Delo vključuje tudi opis pomena CIP sistema ter opis priprave čistilnih sredstev in procesne opreme. Navedene so ugotovitve pomena CIP sistema za delovni proces in za sam produkt izdelave.
Keywords: CIP sistem, čiščenje cevovodnih sistemov, procesna oprema, procesne naprave
Published in DKUM: 13.05.2013; Views: 2767; Downloads: 363
Full text (2,40 MB) |
75. Eksperimentalna in numerična raziskava tokovnih pojavov v aksialnem ventilatorjuMatej Fike, 2013, doctoral dissertation Abstract: Aksialni ventilatorji so zasnovani tako, da delujejo v stabilnem področju dušilne krivulje. Prostorske oziroma druge omejitve lahko povzročijo, da delovanje ventilatorja preide iz stabilnega v nestabilno področje, kjer se razvijejo kompleksni 3D časovno odvisni tokovni pojavi, ki negativno vplivajo na karakteristiko ventilatorja. Da bi razumeli kompleksne pojave v medlopatičnem kanalu ventilatorja, je bila najprej narejena eksperimentalna in numerična analiza toka okoli osamljenega krila. V nadaljevanju je predstavljena eksperimentalna in numerična raziskava tokovnih pojavov v aksialnem ventilatorju s poudarkom na nestacionarnem delovanju. V okvirju eksperimentalne raziskave je bila posneta dušilna krivulja, ki je bila razdeljena na stabilni in nestabilni del. S PIV merilno metodo so bila posneta tokovna polja pred rotorjem ventilatorja in v medlopatičnem prostoru v različnih delovnih točkah. Raziskovanje je usmerjeno v analizo vrtečega zastoja, ki se razvije pri prehodu iz stabilnega v nestabilno delovanje. Razvita je bila metoda rekonstrukcije vrtečega zastoja, s katero je bila v izbranih delovnih točkah opravljena rekonstrukcija vrtečega zastoja pred rotorjem in v medlopatičnem kanalu. Prav tako je bil izračunan delež povratnega toka v medlopatičnem kanalu. Rezultati meritev, integralni in lokalni, so bili primerjani z rezultati numeričnih simulacij. Izvedene so bile stacionarne in časovno odvisne simulacije z uporabljenima k-ε in SST turbulentnima modeloma. Stabilni del dušilne krivulje je bil primerjan z rezultati stacionarnih simulacij, nestabilni del pa s časovno odvisnimi simulacijami. Ugotovljeno je bilo, da stacionarne simulacije dobro napovejo časovno povprečena tokovna polja in potek stabilnega dela dušilne krivulje. Časovno odvisne simulacije z uporabljenima k-ε in SST turbulentnima modeloma slabo napovejo potek nestabilnega dela dušilne krivulje. Oba omenjena turbulentna modela uspeta napovedati pojav vrtečega zastoja, ne uspeta pa napovedati časovno odvisnega tokovnega polja v primeru osamljenega krila kot tudi v primeru ventilatorja.
Keywords: osamljeno krilo, aksialni ventilator, vrteči zastoj, PIV, numerični izračun
Published in DKUM: 18.03.2013; Views: 2854; Downloads: 296
Full text (32,12 MB) |
76. Sušenje modrega bakraBenjamin Cerkvenik, 2012, undergraduate thesis Abstract: Pri sušilniku z lebdečim slojem vpihujemo sušilni zrak skozi mrežo in skozi vlažen zrnat material, ki se nahaja v sušilniku. Hitrost zraka, s katerim sušimo, mora biti dovolj velika, da se material, ki ga želimo osušiti, dvigne in začne obnašati kot tekočina. Padec tlaka v sušilnem zraku pri prehodu skozi lebdeči sloj je enak približni teži materiala na enoto površine. Za razumevanje in optimiziranje sušenja moramo poznati tokovno polje zraka v sušilniku, saj je od tega odvisen prenos toplote in snovi med delci. Razmere v lebdečem sloju so izotermne zaradi visoke stopnje mešanja delcev, torej ni velikih temperaturnih nihanj. Od tod sledi, da se lebdeča snov suši enakomerno. Snov je v obliki prašnih delcev. Komora, v kateri se nahaja vlažni material, je pod majhnim kotom in lahko vsebuje vibrirajoče ploščice, ki nam pomagajo pri lepljivih materialih. Po končanem sušenju vodimo material iz sušilnika na vibracijsko sito, kjer odstranimo nezaželene grobe delce, ki jih pozneje vodimo v fazo recikliranja. Preostali delci, ki so primerni za uporabo, pa napolnijo vreče, ki jih pripravimo za transport do končnih uporabnikov.
Keywords: sušenje, sušilnik z lebdečim slojem, merilni instrumenti, izboljšava, optimiziranje
Published in DKUM: 21.11.2012; Views: 1853; Downloads: 102
 Link to full text |
77. Modeliranje kondenzacije in uparjanja vlage na trdnih površinah z računalniško dinamiko tekočinUroš Jeke, 2012, master's thesis Abstract: Vlažen zrak je zmes, ki obdaja večino tehniških naprav in sistemov. Največja količina vlage, ki jo pri konstantnem tlaku in določeni temperaturi sprejme prostornina zraka, se imenuje točka rosišča. Če je količina vlage višja, kot jo lahko sprejme, pride do pojava kondenzacije. Nasproten pojav je uparjanje. Kondenzacija na stenah trdnih površin velikokrat ovira normalno delovanje v tehničnih napravah in je nezaželena. V programskih paketih, ki jih uporabljamo za raziskovalno delo, posebnih uporabniških modelov za upoštevanje gibanja vlažnega zraka ter kondenzacije in uparjanja na trdnih površinah ni na voljo. V nalogi je predstavljen splošen matematično-fizikalni model za implementacijo v obstoječe programske komplete za računalniško dinamiko tekočin. Model smo uporabili v programskem paketu za računalniško dinamiko tekočin Ansys CFX. Simulacije računalniške dinamike tekočin (RDT) smo izvedli za tok vlažnega zraka v 3D pravokotnem kanalu. Zrak teče nad vodno površino, pri čemer prihaja do uparjanja vode. Uparjanje ohlaja vodno površino, dokler se ne vzpostavi ravnotežje med prevodom toplote iz zraka in latentne toplote, ki se porabi za uparjanje. Spremljali smo kombiniran prenos toplote in snovi, ki sta potekala v različnih smereh. Ugotovili smo, da je vpliv naravne konvekcije pri vrednosti Reynoldsovega števila 844 v primerjavi s konvektivnim tokom zanemarljiv. Z brezdimenzijsko kriterialno analizo Sherwoodovega in Nusseltovega števila smo potrdili analogijo med prenosom toplote in snovi. Na medfazni meji vode in zraka lahko predpišemo kot robni pogoj enostransko difuzijo snovi. Vpliv enostranske difuzije vode v tok zraka je zanemarljiv. Toplotna in koncentracijska mejna plast sta si zelo podobni. Koncentracijska mejna plast je malo krajša. V dolžini obravnavanega kanala se nista povsem razvili. Izdelan model je prvi korak h končnemu modelu kondenzacije in uparjanja v programskem paketu Ansys CFX.
Keywords: Računalniška dinamika tekočin, kondenzacija, uparjanje, prenos snovi in toplote, naravna konvekcija, mešana konvekcija, Nusseltovo število, Sherwoodovo število, Stefanov tok
Published in DKUM: 24.09.2012; Views: 3442; Downloads: 486
Full text (2,63 MB) |
78. Vpliv postopkov odstranjevanja hlapljivih organskih snovi na emisije pri proizvodnji izolacijKatja Kompolšek, 2012, master's thesis Abstract: Izhodišča: Namen raziskave je bil najti najprimernejših postopek čiščenja hlapnih organskih spojin iz odpadnih plinov pri proizvodnji izolacij. Kvantitativno analizirati učinkovitost odstranjevanja hlapnih organskih spojin ter na osnovi inženirskih preračunov učinkovitosti čistilnih postopkov dobiti vhodne podatke. Le-te uporabiti kot podatek emisij v modelih razširjenja onesnaževal v ozračju ter raziskati vpliv proizvodnje na okolje in napovedati koncentracije hlapnih organskih spojin v okolici tovarne.
Metoda dela: Za čiščenje hlapnih organskih spojin iz odpadnih plinov pri proizvodnji izolacij se je izkazala kot najprimernejša rešitev regenerativno termična oksidacija. Na podlagi izkustvenih podatkov iz člankov, pridobljenih z meritvami na realnih napravah, smo naredili izračune. Podano imamo izmerjeno koncentracijo celokupnega organskega ogljika (TOC) [mg/Nm3] in preračunano emisijo TOC [g/h] pred čiščenjem. Obe proučevani spremenljivki merimo v 3 meritvah, na osnovi 3 izmerjenih vrednosti za vsako spremenljivko izračunamo aritmetično sredino. Postopek čiščenja ima 95 do 99 % -ni učinek. Zanimalo nas je, kolika je pričakovana koncentracija TOC in emisija TOC po čiščenju.
Za prikaz razširjanja onesnaževal smo uporabili dva modela. Med poenostavljenimi modeli smo uporabili Gaussov disperzijski model ISC-ISCST3 (EPA, 1995, 1995, Lakes Environmental 2006). Z namenom primerjave in kot dopolnilo smo k rezultatom Gaussovega modela za podroben vpogled širjenja onesnaževal med kompleksnimi modeli izbrali Lagrangeev paketni model CALPUFF, ki ga je razvila skupina znanstvenikov na področju ozračja (ASG - The Atmospheric Studies Group) in ga je sprejela Ameriška agencija za varstvo okolja (U.S. Environmental Protection Agency, U.S. EPA). Meteorološke podatke za oba disperzijska modela smo pridobili od Agencije Republike Slovenije za okolje.
Rezultati: Na 6 x 6 kilometrov velikem območju z realno topografijo reliefa smo modelirali razširjanje odpadnih plinov. Modeliranje disperzije smo izvedli za tri iteracije. Prva iteracija je obstoječe stanje pred obnovo, druga iteracija je s 95 % -nim učinkom čiščenja dimnih plinov ter tretja iteracija z 99 % -nim učinkom čiščenja dimnih plinov. Emisije TOC za prvo iteracijo za posamezne izpuste se gibljejo od 0,0093 g/s do 0,3877 g/s, emisije TOC za drugo iteracijo od 0,00046 g/s do 0,095 g/s, emisije TOC za tretjo iteracijo pa od 0,00008 g/s do 0,095 g/s. Vir onesnaženja je industrija (proizvodnja izolacij), gre za t.i. točkast izvor onesnaževanja. V modelu AERMOD smo uporabili tri leta urnih meteoroloških podatkov. Izključno z namenom primerjave in kot dopolnilo k tem rezultatom pa smo za AERMOD in CALPUFF model zbrali še za štiri mesece meteoroloških podatkov. Iz rože vetrov razberemo dominantne smeri vetra. Rezultati obeh modelov kažejo, da se onesnaževalo razširja v dominantni smeri vetra.
Sklep: Modeliranje onesnaževal v zraku daje odgovore na vzroke in mehanizme onesnaževanja, predvsem pa odgovor na prostorsko in časovno razporeditev onesnaženja. Dandanes so zaradi svoje preprostosti in cenovne dostopnosti najpogostejši disperzijski modeli tako imenovani Gaussovi modeli. V ozadju teh modelov je veliko poenostavitev in predpostavk v obliki in obnašanju oblaka onesnaževala. Kljub vsemu pa ti modeli dajejo uporabne in fizikalno upravičene rezultate. Dobro dopolnilo k rezultatom Gaussovega modela pa so za podroben vpogled v dogajanje širjenja onesnaževal v ozračju t.i. kompleksni modeli (npr. Lagrangeev disperzijski model). Le-te je smiselno uporabiti, ko se meteorološki parametri spreminjajo v območju, ki ga simuliramo, ter kadar so izvor in mesta, kjer nas koncentracija zanima, postavljeni v zelo razgibanem terenu. Pa tudi takrat, ko imamo daljša obdobja brezvetrja. Slovenija zahteva zaradi svoje geomorfologije uporabo najboljših modelov za spremljanje onesnaženja. Vemo pa, da tudi najboljši modeli ne morajo točno napovedati koncentracije na določenem mestu. Natančnost modela omejujejo na eni str
Keywords: proizvodnja izolacij, hlapne organske spojine, kakovost zraka, odstranjevanje plinastih nečistoč iz odpadnih plinov, disperzijski model
Published in DKUM: 27.07.2012; Views: 2645; Downloads: 146
Link to full text |
79. |
80. Computational fluid dynamics by boundary-domain integral methodLeopold Škerget, Matjaž Hriberšek, G. Kuhn, 1999, original scientific article Abstract: A boundary-domain integral method for the solution of general transport phenomena incompressible fluid motion given by the Navier-Stokes equation set is presented. Velocity-vorticity formulation of the conservations is employed. Different integral representations for conservation field functions based on different fundamental solutions are developed. Special attention is given to the use of subdomain technique and Krylov subspace iterative solvers. The computed solutions of several benchmark problems agree well with available experimental and other computational results.
Keywords: fluid mechanics, fluid dynamics, numerical methods, boundary domain integral method, viscous fluid, heat transfer, diffusion-convective solution
Published in DKUM: 01.06.2012; Views: 2443; Downloads: 83
Link to full text |
