Egyenes csőben és csőidomban áramló nemnewtoni közeg kísérleti és numerikus vizsgálata
A dolgozat nemnewtoni közegek áramlástani és reológiai tulajdonságainak vizsgálatával foglalkozik. Az ilyen típusú anyagokat az ipari gyakorlat számos területén fellelhetjük, például a gyógyszeriparban, az élelmiszeriparban és a szennyvíziparban is. Ezek feldolgozása során az anyagot szivattyúzni kell az adott munkaállomások között. Mivel egy üzemben a költségek jelentős hányada ebből származik, ezért a költséghatékony és környezettudatos üzemeltetés érdekében szükséges a pontos méretezés; így ismerni kell a rendszer egyes elemeinek hidraulikai ellenállását. Newtoni folyadékok esetén ezen hidraulikai veszteségekre széleskörű, mély irodalom áll rendelkezésre. Ezzel szemben a nemnewtoni folyadékok esetében az irodalmi háttér lényegesen szűkösebb, így célszerűek az ezek meghatározása irányuló laboratóriumi és numerikus vizsgálatok.
A munka során két különböző, valós, hatványfüggvény modellel leírható közegnek a hidraulikai veszteségeire gyakorolt hatását vizsgáltuk egyenes csőben és egy R/D=2 relatív görbületi sugarú csőkönyökben laboratóriumi és numerikus (CFD) módszerrel. A számítások előtt elkészült egy előtanulmány, amelyben a hálófüggetlenségi vizsgálatot végeztünk két strukturált egy kettő,- illetve egy háromdimenziós modellen; továbbá megvizsgáltuk a használt turbulenciamodell alkalmasságát a nemnewtoni reológiájú közegek kezelésére is. Ezeket a számításokat a saját laboratóriumi méréseinkkel validáltuk oly módon, hogy a numerikus szimulációhoz felhasznált geometria megegyezett a mérések során alkalmazottal.
Ezt követően a már validált numerikus modelljeink és a vizsgálataink paramétereit szélesítettük. Rendelkezésünkre állt egy valós nemnewtoni reológiájú közeg reológiai mérési adatsora, amelyekre különböző görbéket illesztettük hasonló determinációs együtthatóval. Ezen modellek a hatványfüggvény, a Bingham plasztikus és a Herschel-Bulkley modell szerint viselkedő közeg modelljei. A kutatásnak ezen fázisa a három modell egymással és szakirodalommal való összehasonlítását, majd pedig a számunkra legalkalmasabb modell kiválasztását tartalmazza. A vizsgálat során csősúrlódási tényező és csőkönyök veszteségtényező értékeket vetettünk össze széles (6 nagyságrendnyi) Reynolds-szám tartományon. A kutatás kitér továbbá a sebességprofilok összehasonlítására, valamint elemezzük a módosított Reynolds-számok használatát is.
A kutatás tovább lépésében érdemes lehet korábban még nem vizsgált áramlástechnikai elemek hidraulikai ellenállását meghatározni, valamint egy összetettebb csőhálózat esetére is kitekinteni.
szerző
-
Bíbok Máté
Gépészmérnöki mesterképzési szak
mesterképzés (MA/MSc)
konzulens
-
Dr. Csizmadia Péter
egyetemi adjunktus, Hidrodinamikai Rendszerek Tanszék
