do pobrania

Plan referatu
Politechnika Warszawska
Centrum Doskonał
Doskonałości CERED
Zakł
Zakład Aparatury Przemysł
Przemysłowej
Pracownia Przepł
Przepływu Pł
Płynó
ynów i Wymiany Ciepł
Ciepła
•
•
•
•
•
Wprowadzenie
Metody wizualizacji przepływu płynów
Wybrane stanowiska badawcze
Aparatura badawcza i pomocnicza
Podsumowanie
Witold Suchecki
Laboratorium Wizualizacji Przepł
Przepływó
ywów - nowoczesne narzę
narzędzie badawcze
Płock, 3 listopada 2009 r.
Pracownia Przepł
Przepływu Pł
Płynó
ynów i Wymiany Ciepł
Ciepła
Skł
Skład osobowy:
dr inż. Witold Suchecki – kierownik
dr inż. Sławomir Alabrudziński
Dlaczego metody wizualizacyjne ?
Wspó
Współpraca:
dr inż. Krzysztof Wołosz, dr inż. Przemysław Trzciński
Obszary zainteresowań
zainteresowań naukowych (warsztat badawczy)
• Metody wizualizacji przepływu płynów i ciepła (DPIV, DPTV, Optical
Flow, zmodyfikowana PIV, metody cieniowe).
• Symulacje numeryczne, w tym:
¾ metoda elementów skończonych (MES),
¾ metoda objętości skończonej (MOS),
¾ metoda cząstek znaczonych (SIMPLE-MAC).
• Weryfikacja wyników symulacji numerycznych.
Wspó
Współpraca naukowa
IPPT PAN w Warszawie – prof. dr hab. Tomasz A. Kowalewski (metody wizualizacji
przepływów oraz obliczeniowa mechanika płynów CFD).
Politechnika Opolska – prof. dr hab. Roman Ulbrich (metody wizyjne badania
przepływów mieszanin wielofazowych).
Politechnika Gdań
Gdańska – prof. dr hab. Jerzy M. Sawicki (przepływy z powierzchnią
swobodną oraz uproszczone metody obliczeniowe).
Digital Particle Image Velocimetry
Pola prę
prędkoś
dkości dla ruchu modelu w dó
dół
V = 4,8 mm/s , Re = 0,0274
Digital Particle Image Velocimetry
Pola prę
prędkoś
dkości dla ruchu modelu w dó
dół - zbliż
zbliżenie
V = 4,8 mm/s , Re = 0,0274
Digital Particle Tracks Visualization
a) Re = 0,032
Digital Particle Tracks Visualization
b) Re = 26,725
Mroż
Mrożenie w zbiorniku chł
chłodzonym od strony ściany gó
górnej
Tory cząstek wskaźnikowych podczas opływu pęku rur
15 nałożonych obrazów
Obraz cząstek
Zmodyfikowana PIV
Zmodyfikowana PIV
(przepł
(przepływ pę
pęcherzy gazowych w cieczy)
(przepł
(przepływ pę
pęcherzy gazowych w cieczy)
Zmodyfikowana PIV
Zmodyfikowana PIV
(ruch pojedynczego pę
pęcherza gazowego w cieczy)
0
1
2
3
4
5
6
7
8
9
0
10
[mm]
0
5
10
10
1 0 mm / s
2
3
4
5
(opadanie czą
cząstek ciał
ciała stał
stałego w cieczy)
6
7
8
9
0
5
[mm]
1
10
[mm]
[mm]
0
5
10
15
20
0
0
[mm]
5
10
15
20
0
10
10
20
20
[mm]
10 mm/s
[mm]
4 mm/s
[mm]
4 mm/s
Stanowisko do badania opł
opływu ciał
ciał stał
stałych metodą
metodą cyfrowej anemometrii obrazowej
Stanowisko do badania hydrodynamiki cieczy jedno i dwufazowych
Modernizacja układu napędowego
Stanowisko do badania hydrodynamiki cieczy jedno i dwufazowych cd.
cd.
Stanowisko pomiarowe do badania pola przepł
przepływu cieczy wokó
wokół pęku rur
Przykładowe pola prędkości cieczy opływającej
pęk rur
Stanowisko do badania ruchu cieczy wywoł
wywołanego
elementami obrotowymi metodą
metodą tomografii obrazowej
Pole prędkości w zbiorniku dla tarczy 70 mm i
prędkości obrotowej 10,2 obr/min.
Stanowisko do badania pó
pól prę
prędkoś
dkości z uwzglę
uwzględnieniem
istnienia duż
dużych obiektó
obiektów w przepł
przepływie
Zestawienie pozyskanych środkó
rodków na zakup aparatury
w Laboratorium Wizualizacji Przepł
Przepływó
ywów
Zestawienie waż
ważniejszej aparatury
w Laboratorium Wizualizacji Przepł
Przepływó
ywów
•
•
•
•
•
•
•
•
•
Laser New Wave PIV 120XT - 15 Hz (210.000 zł)
Laser półprzewodnikowy 532 nm, 450 mW (10.000 zł)
Kamera PCO 1200hs, 636 fps, 1280x1024 (80.000 zł)
PIV-Synchronizer wraz z oprogramowaniem (40.000 zł)
Dwie kamery cyfrowe Prosilica EC1600 (1620x1220 pikseli) (20.000 zł)
Komputerowy system pozycjonowania kamer i lasera (24.000 zł)
Stacja obliczeniowa Sun Blade 6000 (72.000 zł)
Stacja robocza Sun Ultra 24 (13.000 zł)
Komputerowy system rejestracji i archiwizacji danych pomiarowych
(10.000 zł)
Dwa granty aparaturowe
9%
6%
1%
84%
Prace własne, statutowe i z
projektu HYVOLUTION
Dofinansowanie zakupu
lasera ze środków
Wydziałowych
Inicjatywa Technologiczna
Wartość
Wartość aparatury ok. 520.000 zł
zł
Razem ponad 520.000 zł
zł
Zestawienie aparatury w Laboratorium Wizualizacji Przepł
Przepływó
ywów oraz
kosztu remontu pomieszczeń
pomieszczeń przeprowadzony przez Instytut Inż
Inżynierii
Mechanicznej
Laser New Wave PIV 120XT120XT-15Hz, DualDual-Nd:YAG
6%
Aparatura badawcza
Środki IIM - remont
pomieszczeń
94%
Koszt remontu pomieszczeń
pomieszczeń ok. 35.000 zł
zł
Komputerowy system pozycjonowania kamer i lasera
oraz pozycjonowania kamer w 3D3D-PIV
Stacja obliczeniowa SUN Blade 6000
Test stacji obliczeniowej SUN Blade 6000
Test stacji obliczeniowej SUN Blade 6000
12000
40000
11105
8000
6000
4000
2000
4844
2306
3484
1659
0
SUN Ultra 24
PC
czas
35000
czas [s]
liczba obrazów/dobę
czas [s]
liczba obrazów/dobę
10000
25000
20000
15000
SUN Blade 6000
liczba obrazów/dobę
Czas obliczeń
obliczeń 94 obrazó
obrazów o rozdzielczoś
rozdzielczości 640x480 pikseli (307200) oraz liczba obrazó
obrazów na dobę
dobę
Uwaga: w teś
teście wykorzystywano 1 rdzeń
rdzeń, 1 procesora w nodzie.
nodzie.
Podsumowanie - plany badawcze
1. Wniosek badawczy własny (nr 72110 – 38 konkurs) do MNiSzW pt. „Numeryczne
Numeryczne
wyznaczanie kawitują
kawitujących wiró
wirów wierzchoł
wierzchołkowych generowanych przez pł
płaty noś
nośne w
wirnikowych maszynach hydraulicznych”
hydraulicznych – złożono wspólnie z PG.
2. Wniosek badawczy własny do MNiSzW pt. „Konstrukcyjne
Konstrukcyjne kształ
kształtowanie warunkó
warunków
przepł
przepływu w wymienniku ciepł
ciepła pł
płaszczowoaszczowo-rurowym z przegrodami w celu zapobiegania
osadom powodują
powodującym utratę
utratę wydajnoś
wydajności cieplnej aparatu”
aparatu – w przygotowaniu.
3. Wniosek badawczy do UE dot. skraplacza przemysłowego – w przygotowaniu.
4. Badania modelowe z wykorzystaniem metod numerycznych CFD oraz stacji obliczeniowej
SUN Blade 6000 - przygotowanie oferty dla przemysłu.
5. Badania przepływów płynów w modelach aparatów przemysłowych – przygotowanie
oferty dla przemysłu - złożono ofertę do CTO .
6. „Opracowanie
Opracowanie metody obiektywnej oceny techniki pł
pływania opartej na wirach i
interpretacji ich wielkoś
wielkości i przemieszczeń
przemieszczeń” – we współpracy z głównym trenerem w
holenderskim klubie pływackim SBC 2000 w Bredzie – w trakcie uzgodnień.
16954
10000
5000
724
35579
30000
245
117
8051
515
0
SUN Ultra 24
PC
czas
SUN Blade 6000
liczba obrazów/dobę
Czas obliczeń
obliczeń 50 obrazó
obrazów o rozdzielczoś
rozdzielczości 1620x1220 pikseli (1976400) oraz liczba obrazó
obrazów na dobę
dobę
Uwaga: w teś
teście wykorzystywano 1 rdzeń
rdzeń, 1 procesora w nodzie.
nodzie.
Podsumowanie - plany badawcze (ad. 1.)
Wniosek badawczy własny pt.:
„Numeryczne wyznaczanie kawitują
kawitujących wiró
wirów wierzchoł
wierzchołkowych
generowanych przez pł
płaty noś
nośne w wirnikowych maszyn hydraulicznych”
hydraulicznych”
Kierownik projektu: prof. dr hab. inż. Jan Szantyr - Politechnika Gdańska; Wydział Mechaniczny;
Katedra Maszyn Wirnikowych i Mechaniki Płynów
Cel naukowy projektu
Opracowanie metody numerycznego wyznaczania geometrii kawitującego jądra wiru wierzchołkowego
generowanego przez płaty nośne pracujące w cieczach.
Kawitujący wir generowany przez płat nośny
Kawitują
Kawitujące wiry wierzchoł
wierzchołkowe generowane na modelu śruby okrę
okrętowej
i oddział
cy jego erozyjnemu uszkodzeniu
oddziałują
ujące ze sterem w sposó
sposób grożą
grożący
Tunel kawitacyjny Katedry Maszyn Wirnikowych i Mechaniki Pł
Płynó
ynów
Przestrzeń
Przestrzeń pomiarowa tunelu kawitacyjnego
Przestrzeń
Przestrzeń pomiarowa tunelu kawitacyjnego
Podsumowanie - plany badawcze (ad. 2.)
Plan zadań
zadań projektu badawczego
Lp.
Nazwa zadania badawczego
Czas trwania
(miesiące)
Wykonawca
1
Eksperymentalne pomiary geometrii kawitującego jądra wiru oraz pola
prędkości w jego bliskim otoczeniu
7
PW
2
Wykonanie obliczeń dla wybranej konfiguracji przepływu różnymi modelami
kawitacji
5
PG
3
Wykonanie obliczeń dla różnych geometrii i warunków przepływu wybranym
modelem kawitacji
7
PG
4
Wykonanie obliczeń niestacjonarnych dla wybranego przypadku. Analiza
porównawcza wyników. Przygotowanie publikacji prezentujących wyniki
projektu
5
PG
Nazwa zadania badawczego
Kierownik projektu: dr inż. Witold Suchecki
Cel naukowy projektu
Minimalizacja obszarów, w których tworzą się osady w wymienniku ciepła płaszczowo-rurowym z
przegrodami.
Podsumowanie - plany badawcze (ad. 5.)
Plan zadań
zadań projektu badawczego
Lp.
Wniosek badawczy własny pt.:
„Konstrukcyjne kształ
kształtowanie warunkó
warunków przepł
przepływu w wymienniku ciepł
ciepła
płaszczowoaszczowo-rurowym z przegrodami w celu zapobiegania osadom
powodują
powodującym utratę
utratę wydajnoś
wydajności cieplnej”
cieplnej”
Czas trwania
(miesiące)
1
Budowa i analiza modeli numerycznych płaszczowo-rurowych wymienników ciepła z
przegrodami o różnych geometriach, określenie kierunków optymalizacji i badań
szczegółowych nad pojedynczym segmentem wymiennika
12
2
Budowa eksperymentalnego modelu segmentu wymiennika ciepła w skali laboratoryjnej i
analiza wpływu geometrii przegród na pole prędkości i temperatur
12
3
Symulacja numeryczna przepływu czynnika i ciepła w modelu segmentu wymiennika
ciepła, porównanie z wynikami eksperymentalnymi i zaproponowanie kierunków
optymalizacji geometrii przegród
12
4
Budowa modelu eksperymentalnego całego wymiennika ciepła w skali laboratoryjnej z
uwzględnieniem wyników badań z poprzednich etapów, porównanie z wynikami
numerycznymi i danymi przemysłowymi
18
5
Badanie parametrów pracy modelu wymiennika ciepła, a w szczególności zakresu natężeń
przepływu, pola temperatur i lepkości czynnika
18
Badania z wykorzystaniem metody PIV na basenie modelowym
w Centrum Techniki Okrętowej S.A. w Gdańsku – złożono ofertę.
•
Podsumowanie - plany badawcze (ad. 6.)
Badany obiekt
Opracowanie metody obiektywnej oceny techniki pł
pływania opartej na wirach i
interpretacji ich wielkoś
wielkości i przemieszczeń
przemieszczeń – we współpracy z głównym trenerem w
holenderskim klubie pływackim SBC 2000 w Bredzie – w trakcie uzgodnień .
(badania na basenie SBC 2000, Breda, Holandia)
Pola prę
prędkoś
dkości w cieczy
(Optical Flow)
Flow)
Kontury prę
prędkoś
dkości
(Optical Flow)
Flow)
Energia jednostkowa
(Optical Flow)
Flow)
Politechnika Warszawska
Wydział
Wydział Budownictwa, Mechaniki
i Petrochemii w Pł
Płocku
Zakł
Zakład Aparatury Przemysł
Przemysłowej
http://www.zap.pw.plock.pl
http://www.zap.pw.plock.pl//
Pracownia Przepł
Przepływu Pł
Płynó
ynów i Wymiany Ciepł
Ciepła
Witold Suchecki
http://www.wsuchecki.pw.plock.pl
http://www.wsuchecki.pw.plock.pl//
e-mail:
mail: [email protected]