Hatványfüggvény közegek áramlásának szimulációja érdes falú csőben
Az ipari gyakorlat során (erőműipar, élelmiszeripar) gyakran találkozhatunk nemnewtoni reológiájú anyagokkal, amelyeket szállítani kell a különböző technológiai lépésekben. Ezen anyagok szivattyúzási veszteségei különösen függenek a reológiai és áramlástani tulajdonságoktól. A munkám során numerikus módszerrel, ANSYS CFX környezetben vizsgáltam néhány nemnewtoni, hatványfüggvény közeg veszteségtényezőjét egyenes csőben, különböző homokérdességek esetén. Ezzel együtt kerestem a hatványfüggvény közegekre alkalmazott összefüggések korlátait.
Elsőként létrehoztam a CFD modellt, amelyet víz közeggel ellenőriztem: megállapítottam azon Reynolds-szám tartományokat, amelyeken pontos eredményt ad a módszer. Ennek segítségével vizsgáltam a különböző, hatványfüggvény szerint viselkedő közegeket. Minden esetben két eredményt hasonlítottam össze: a szakirodalomból és a szimuláció eredményéből kinyert csősúrlódási tényező értékét.
A munkám első felében ketchup közeget vizsgáltam két különböző hőmérsékleten. Ezen rész célja főként elméleti jellegű: a szakirodalomban javasolt módosított Reynolds-szám [1] illetve Dodge-Metzner egyenlet [2] használhatóságának tesztelése különböző csőérdességek és erősen nemnewtoni folyadékok esetén. Célkitűzés továbbá az erősen nemnewtoni hatványfüggvény folyadékok a newtoni folyadékok viselkedésétől való eltérésének vizsgálata általánosságban.
Vizsgáltam ezen felül több, hatványfüggvény reológiai tulajdonságú közeg viselkedését az iparban is előforduló sebességek esetén, lamináris és turbulens jellegű áramlásnál is. Ezen munka célja egyrészt megállapítani, hogy az alkalmazott számítási módszerek milyen erős nemnewtoni viselkedés, Reynolds-szám és sebesség tartományokon hoznak pontos eredményt. Ezen felül cél a mérnöki tervezőmunkához való információ nyújtása az általam vizsgált, vagy azokhoz hasonló reológiai paraméterekkel rendelkező közegekre tervezett rendszerekhez.
Kutatásom eredményei között megtalálhatók a használt módszerek alkalmazásának javasolt, Reynolds-számra és reológiai paraméterekre vonatkozó tartományai hatványfüggvény folyadékokra. Ezen kívül ajánlásokat tettem keményítő keverékek, különböző algazagyok, a ketchup és tejsavas italok áramoltatásával kapcsolatban, amelyre ipari felhasználásukkor, feldolgozásukkor, vagy csomagolásuk során kerülhet sor.
Irodalom:
1. K. Madlener, B. F. (2009). GENERALIZED REYNOLDS NUMBER FOR NON-NEWTONIAN FLUIDS. EDP Sciences.
2. Ashley C.S. Monteiro, P. K. (2010). Pressure drop characteristics and rheological modeling of ice slurry flow in pipes. Auckland: Elsevier Ltd and IIR.
szerző
-
Radics Levente
Gépészmérnöki alapszak (BSc)
alapképzés (BA/BSc)
konzulens
-
Dr. Csizmadia Péter
egyetemi adjunktus, Hidrodinamikai Rendszerek Tanszék
