Hajócsavar és egyéb gépelemek vizsgálata a diszkrételemes módszer és numerikus áramlástani modellek együttes alkalmazásával különböző viszkozitású folyadékokban
A TDK témája egy olyan problémakör, mellyel először a BME Solar Boat Team hollandiai útján találkoztunk. A csapat egy elektromos versenyhajót fejleszt és versenyeztet. A szűk holland csatornák alacsony vízszintje miatt megfigyelhető az iszapos talaj nagyfokú felkavarodása, mely a hajócsavar mozgása miatt jön létre. Miután a csapat saját hajócsavar fejlesztésbe kezdett, felmerült a feladat elméleti szempontból történő megközelítése is. Így a hajócsavar és a vízben lévő szennyeződések kölcsönhatásának viselkedését, a profilok és a szemcsék áramlásának függését, illetve a gyorsabb kopásból adódó tönkremenetel vizsgálását tűztük ki célul.
Rövid keresés után a kapcsolt CFD-DEM szimulációs módszer használata mellett döntöttünk, mely alkalmasnak bizonyult a felmerült kérdés megválaszolására. A módszer alkalmasságát mutatja, hogy bonyolult szimulációk futtathatók alacsony számítási kapacitás mellett, továbbá eddig több eredményes alkalmazása volt a kapcsolt módszernek. A szimulációk felépítéséhez és végzéséhez az MFiX nyílt forráskódú programot alkalmaztuk.
A dolgozat bemutatja a szimulációk elméleti hátterét, a különféle modellek matematikai illetve gyakorlati felépítését. Az alkalmazott CFD-DEM program párhuzamosan végzi a szilárd részecskék sebességének, hőmérsékletének, koncentrációjának és pozíciójának, illetve a folyadék-gáz fázis sebességének, hőmérsékletének, koncentrációjának és nyomásának számítását. A TDK egyik vizsgálati szempontja a választott geometriában áramló közeg viszkozitásának a változtatása, mely hatására különböző lerakódási illetve áramlási képek alakultnak ki. Kitekintésként bemutatásra kerülnek a különböző gépészeti-tribológiai alkalmazások is, melyek nagyban segítik a géptervezők munkáját, így költséget és időt spórolva a laboratóriumi mérések szimulációra történő cserélésével. Továbbá útmutatást nyújtanak a megfelelő viszkozitású áramlási közeg kiválasztásában.
A kiválasztott módszer megfelelőnek bizonyult a felmerülő problémák vizsgálatára. A szimulációk a várt eredményeket hozták és alkalmasnak bizonyultak további kutatásra más területeken is. További terveink között szerepel a mezőgazdasági alkalmazhatóság felmérése, pneumatikus és hidraulikus gépelemek vizsgálata, illetve szimulációk validálása mérésekkel.
Irodalom:
1. Chu, K.W., Wang, B., Yu, A.B., and Vince, A. (2009) CFD-DEM modelling of multiphase flow in dense medium cyclones. Powder Technology, 193, 235.
2. Dahl, S. R. and Hrenya, C.M. (2004) Size segregation in rapid, granular flows with continuous size distributions. Physics of Fluids, 16, 1–13.
3. Deen, N.G., Annaland, M.V.S., and Kuipers, J.A.M. (2006) Detailed computational and experimental fluid dynamics of fluidized beds. Applied Mathematical Modelling, 30, 1459–1471
szerzők
-
Faller Ádám
Gépészmérnöki alapszak (BSc)
alapképzés (BA/BSc) -
Tóth Márton
Gépészmérnöki mesterképzési szak
mesterképzés (MA/MSc)
konzulensek
-
Dr. Tamás Kornél
egyetemi docens, Gép- és Terméktervezés Tanszék -
Horváth Dániel
doktorandusz, Épületgépészeti és Gépészeti Eljárástechnika Tanszék
