Wyniki wyszukiwania - BazTech

1

Modelowanie matematyczne i badania symulacyjne bioreaktora z wymuszonym napowietrzaniem

Przysiężnik Michał, Bartecki Krzysztof

Pomiary Automatyka Robotyka

|

2023

|

R. 27, nr 2

77--88

PL

Proces kompostowania jest powszechnie stosowany w gospodarce odpadami jako metoda przekształcania lub stabilizacji odpadów organicznych. Ze względu na złożony, nieliniowy charakter zachodzących w nim zjawisk biologicznych oraz fizykochemicznych, jest on stosunkowo trudny z punktu widzenia predykcji oraz sterowania. Sterowanie procesem ma tu na celu uzyskiwanie w określonym horyzoncie czasowym produktu finalnego, czyli zwykle kompostu spełniającego określone wymagania jakościowe. W artykule zaprezentowano prosty model matematyczny procesu kompostowania z wymuszonym napowietrzaniem, potencjalnie umożliwiającym realizację wspomnianego celu sterowania. Opracowano model drugiego rzędu, z dwiema wielkościami wejściowymi reprezentującymi zewnętrzne oddziaływania na proces. Na podstawie modelu matematycznego przekształconego do postaci równań stanu, zbudowano w środowisku MATLAB/Simulink model komputerowy bioreaktora, który następnie wykorzystano do przeprowadzenia badań symulacyjnych. Pokazano, że możliwe jest oddziaływanie na proces za pomocą wymuszonego napowietrzania, bezpośrednio wpływającego na zmianę temperatury w bioreaktorze, a w konsekwencji również na czas otrzymania końcowego produktu reakcji. Wyniki analizy właściwości dynamicznych procesu, przeprowadzonej z wykorzystaniem modelu zlinearyzowanego wzdłuż wybranej, nominalnej trajektorii stanu, wskazują na zmienny charakter jego stabilności - począwszy od niestabilności w początkowych fazach reakcji, przez stabilizację w fazie pośredniej, aż do stabilności asymptotycznej, zakończonej osiągnięciem stanu równowagi.

EN

The composting process is commonly used in waste management as a method of converting or stabilizing organic waste. Due to the complex, non-linear nature of biological and physicochemical phenomena involved, this process is relatively difficult to predict and control. The control is usually aimed at obtaining the final product, that is, the compost that meets legal standards. The article presents a simple mathematical model of the composting process with forced aeration, which will potentially facilitate the control task. A second order model was developed, with two inputs signals. Based on the mathematical model in the form of the state equations, the computer model of the bioreactor was built in the MATLAB/Simulink environment, which was then used to conduct different simulation tests. It was shown that it is possible to control the process using forced aeration, directly influencing the temperature changes in the bioreactor, and consequently also the time of obtaining the final product of the reaction. The analysis of the dynamic properties of the process performed using its model linearized about some nominal state trajectory shows the changes in its internal stability - starting from the unstable character in the initial phases of the reaction, through stabilization in its intermediate phase, up to the asymptotic stability, ending in the stable equilibrium state.

2

Sposób oceny rozkładu temperatury w produkcyjnym otworze geotermalnym przy dopływie mieszaniny solanki i dwutlenku węgla w zakresie warunków nadkrytycznych

Szpunar Tadeusz, Majkrzak Marcin

Nafta-Gaz

|

2023

|

R. 79, nr 3

190--198

PL

W artykule przedstawiono sposób oceny rozkładu temperatury w produkcyjnym otworze geotermalnym w sytuacji dopływu mieszaniny wody złożowej (solanki) oraz – planowanego jako główny nośnik energii cieplnej – dwutlenku węgla w zakresie nadkrytycznych parametrów ciśnienia i temperatury. We wstępie podkreślono znaczenie ograniczenia emisji dwutlenku węgla do atmosfery, omówiono krótko charakterystykę przemian fazowych CO2 oraz przedstawiono sposób jego alternatywnego zagospodarowania. Zyskującym w ostatnich latach na popularności sposobem ograniczenia szkodliwego oddziaływania dwutlenku węgla jest jego wykorzystanie jako medium roboczego przy pozyskiwaniu energii geotermalnej, tj. wprowadzenie go do obiegu w układzie otworów (zatłaczającego i produkcyjnego) do wyeksploatowanych złóż węglowodorów (ropy lub gazu). W pracy zobrazowano zasady pracy takich otworów, przedstawiono korzyści wykorzystania w systemach geotermalnych dwutlenku węgla jako płynu roboczego oraz określono warunki niezbędne do efektywnego działania omawianego układu. Jednym z elementów publikacji jest bilans wymiany ciepła pomiędzy płynem przemieszczającym się ze złoża na powierzchnię a górotworem. W ramach rozwiązania problemu zaprezentowano model bilansowy przyjętych i oddanych ilości ciepła przez mieszaninę solanki i dwutlenku węgla w otworze geotermalnym. Przedstawione zostały ponadto procedury określania parametrów CO2 w funkcji ciśnienia i temperatury w odwiercie, w tym lepkość, gęstość i współczynnik przewodzenia ciepła w mieszaninie. Podano również sposób obliczania parametrów koniecznych do określenia współczynnika przejmowania ciepła pomiędzy cyrkulującym płynem a ścianą rury okładzinowej. Na potrzeby obliczeń założono, że temperatura na ścianie odwiertu zmienia się liniowo wraz z głębokością, tzn. zgodnie z tak zwanym gradientem geotermicznym. Podano też zależność umożliwiającą określenie ilości ciepła przekazywanego od górotworu do przepływającej mieszaniny solanki i CO2. Jako element końcowy przedstawiono zależność wielkości temperatury płynu wypływającego z otworu od jego głębokości całkowitej, przyjętego natężenia przepływu i zmiennych proporcji CO2 i solanki w składzie mieszaniny. Wszystkie obliczenia przeprowadzono z uwzględnieniem właściwości CO2 w zakresie parametrów nadkrytycznych ciśnienia i temperatury, wzięto w nich również pod uwagę stopień izolacji cieplnej odwiertu. Przedstawiona została procedura obliczeń, a wyniki przykładu obliczeniowego zestawiono w formie tabelarycznej i graficznej. Na ich podstawie podjęto próbę wskazania, który z rozpatrywanych parametrów wpływa najsilniej na końcową wielkość temperatury wypływającego z odwiertu płynu.

EN

The article presents a method of evaluating temperature distribution in a production geothermal well in case of inflow of a mixture of formation water (brine) and supercritical carbon dioxide, as the main carrier of thermal energy. In introduction the problem of reducing the carbon dioxide emissions to atmosphere and characteristics of CO2 phase transformations are briefly discussed. Provided are alternative methods of utilization of CO2 including its sequestration by injection to the depleted oil and gas reservoirs using the injection and production wells working in tandem. As the main part of the article heat balance is constructed describing heat exchange between fluid flowing up from reservoir and the rock mass. The heat balance is used to find the relation between temperature of brine/CO2 mixture which is out-flowing of the geothermal well. Procedures for determination of CO2 parameters are provided (viscosity, density and thermal conductivity in the mixture) as function of pressure and temperature in the well. The method for calculation of these parameters is presented, which is used to determine heat transfer coefficient between circulating fluid and wall of casing. For the purposes of the calculations, it was assumed that the temperature on the borehole changes linearly with the depth, i.e. in accordance with geothermal gradient. Moreover, the dependence enabling determination of the amount of heat transferred from the rock mass to the flowing mixture of brine and CO2 was given. Carbon dioxide is assumed to be in the supercritical range of temperature and pressure. The results are presented as the relation between temperature of the mixture at various depths of well and for various flow rates and various compositions of the mixture. Due account is given to the impact of the wellbore thermal insulation on temperature and pressure-dependent parameters of carbon dioxide flow in the well. The parameters which govern temperature of brine and CO2 mixture out- flowing of production well are specified. The results are also presented in a graphical and tabular form.

3

Opracowanie, kalibracja i weryfikacja modelu komputerowego w programie GPS-X do wspomagania optymalizacji procesu dawkowania zewnętrznego źródła węgla na przykładzie oczyszczalni ścieków zlokalizowanej w środkowej Polsce

Drewnowski Jakub, Czerwionka Krzysztof, Mąkinia Jakub

Inżynieria Morska i Geotechnika

|

2023

|

nr 2

27--43

PL

Ocena, na podstawie wykonanych wielotygodniowych badań w bioreaktorze oczyszczalni ścieków w środkowej Polsce i laboratoryjnych testów wsadowych, przydatności produktów odpadowych z produkcji alkoholu do intensyfikacji procesu biologicznej denitryfikacji (w ciągu głównym i ciągu oczyszczania odcieków z procesów przeróbki osadu) w komunalnych oczyszczalniach ścieków opartych na systemie osadu czynnego. Opracowanie, kalibracja i weryfikacja modelu komputerowego za pomocą specjalistycznego oprogramowania GPS-X w celu optymalizacji procesu dozowania zewnętrznego źródła węgla na przykładzie oczyszczalni zlokalizowanej w centralnej Polsce.

EN

The assessment, on the basis of several weeks of research in a bioreactor of a WWTP in central Poland and laboratory batch tests, of the suitability of waste products from alcohol production for intensification of the biological denitrification process (in the main line and in the line of leachate treatment from sludge processing processes) in municipal sewage treatment plants based on the activated sludge system. Development, calibration and verification of a computer model using specialized GPS-X software in order to optimize the process of dosing an external carbon source on the example of a WWTP located in central Poland.

4

Sezonowe magazyny ciepła

Czekalski Rafał, Ksiądz Mateusz

Energetyka

|

2023

|

nr 2

77--87

PL

W artykule przedstawiono ideę sezonowego magazynowania ciepła w systemach ciepłowniczych. Dokonano przeglądu potencjalnych technologii długoterminowego magazynowania ciepła wraz z opisem przykładowych instalacji. Skupiono się na magazynach typu PTES współpracujących z kolektorami słonecznymi. Przedstawiono także autorski model układu ciepłowniczego wyposażonego w sezonowy magazyn ciepła, opracowany w programie TRNSYS.

EN

The article presents the concept of seasonal thermal energy storage in district heating systems. A review of potential long-term heat storage technologies is included and some examples of installations are described. The focus is on the technology of pit thermal energy storage (PTES) systems integrated with solar collectors. Moreover, the original model of a district heating system equipped with seasonal thermal energy storage developed using TRNSYS software is presented.

5

Preventing the development of emergency modes of interlocked electric drives of a rolling mill under the impact loads

Druzhinin Valeriy, Sivyakova Galina, Kalinin Alexey, Tytiuk Valerii, Nikolenko Anatolii, Kuznetsov Vitaliy Vadimovich, Kuzmenko Mykhailo

Diagnostyka

|

2023

|

Vol. 24, No. 1

art. no. 2023105

EN

In recent years, due to the tightening of competition in the global market of steel producers, the requirements for the quality of hot-rolled steel have increased. The finishing group of the rolling mill is characterized by a complex structure of mechanical and electrical parts. The operation of electric drive systems of such units is characterized by the interrelation of electromagnetic processes, mechanical phenomena and technological factors. As experimental studies have shown, the quality of the supply voltage is inextricably linked with the impact nature of the loads in the rolling stands of the roughing and finishing groups of the hot rolling mill. A decrease in the supply voltage may be accompanied by the development of emergency modes of synchronous electric drives, leading to a decrease in the quality of the finished product.The paper developed a mathematical model of the power supply system of the rolling mill JSC "ArcelorMittal Temirtau". It is shown that this can lead to loss of synchronism of the synchronous motor. Such a voltage drop has a significant impact on the operation of DC electric drives of the finishing group. Various strategies are proposed to counter the development of emergency situations.

6

Wykorzystanie elementów uczenia maszynowego do modelowania stężenia zanieczyszczeń atmosferycznych: studium przypadku pyłu pm2.5 w Szczecinie

Bihałowicz Jan Stefan

Zeszyty Naukowe SGSP / Szkoła Główna Służby Pożarniczej

|

2022

|

Nr 81

7--28

PL

W pracy przedstawiono możliwość modelowania stężeń zanieczyszczeń w lokalizacji o określonym, stałym profilu emisji przy wykorzystaniu modeli uczenia maszynowego. Jako zanieczyszczenie wybrano pył PM2.5,a jako zmienne objaśniające przyjęto parametry metrologiczne mierzone na stacji synoptycznej. Przeprowadzono uczenie i walidację sześciu różnych modeli na podstawie obserwacji meteorologicznych zarejestrowanych w latach 2013–2018 na stacji IMGW-PIB w Szczecinie (Polska) oraz średniodobowych stężeń pyłu PM2.5 z tego samego okresu zmierzonych na stacji GIOŚ w Szczecinie przy ul. Andrzejewskiego, podzielonych na trzy równoliczne klasy stężeń. Dwa modele, które dawały najdokładniejsze wyniki, zostały szczegółowo przedstawione. Czułość tych modeli, w zależności od klasy stężenia pyłu, zawierała się pomiędzy 0,484 a 0,711. Te dwa modele zostały zastosowane do identyfikacji wzrostu średniodobowych stężeń w trakcie zdarzenia nietypowego – pożaru składowisk odpadów. Stężenia przewidziane w dniach, w których trwał pożar, były zaniżone względem faktycznych stężeń, co pozwala na zastosowanie modeli w identyfikacji zjawisk atypowych, które mają wpływ na stężenia zanieczyszczeń w danym miejscu.

EN

The work presents the possibilities of using machine learning in modeling pollutant concentra tions at locations with defined constant sources of emission. The PM2.5 was chosen as the pollutant to be studied with meteorological variables as exogenous variables measured at a weather station. Six different models were implemented and cross-validated on meteorological data recorded in 2013-2018 at the Institute of Meteorology and Water Management station in Szczecin, Poland, and PM2.5 concentrations from the same period divided into three classes, measured at the air quality station of the Chief Inspectorate of Environmental Protection (Poland) located at Andrzejewskiego Street in Szczecin. Two best-performing models were described in detail. The sensitivity of the models was found to vary from 0.484 to 0.711 depending on the class of PM2.5 concentration. Those two models were then applied to identify increases in PM concentrations that were caused by an extraordinary incident – landfill fire. It was proven that the predicted values of concentration that occur during the fire were underestimated as compared to actual concentration levels and hence such models can be applied in the identification of abnormal phenomena that may affect the concentrations of pollutants in a given location.

7

Mathematical modeling of the aeroion mode in a car

Biliaiev Mykola, Pshinko Oleksandr, Rusakova Tetiana, Biliaieva Viktoriia, Sładkowski Aleksander

Transport Problems

|

2022

|

T. 17, z. 2

19--32

EN

In this study, a mathematical method is proposed for calculating the concentration field of air ions of different polarities and dust levels in the passenger compartment, taking into account the geometry of the passenger compartment and seats, shelves, and other internal elements of the passenger compartment. The method also takes into account changes in the rate of the air flow ventilation, the location and number of ionizers, and sources of positive ions and dust, taking into account their different intensities and locations. On the basis of a numerical model for this method, software has been developed that allows users to carry out computational experiments without requiring much time for calculation. Based on the results, the optimal location of the ionizer in the passenger compartment of the car was determined to ensure comfortable conditions for the stay of passengers, which favorably affects their health. It has been found that the presence of two ionizers is optimal for creating comfort in the car with an ionization intensity of Qn= 0.47 ×1010 ions/s located at the top of the car. If there is one ionizer located on the dashboard or at the top of the car with a higher ionization rate than ions/s, it is not possible to simultaneously provide optimal ionization parameters for passengers in the front and rear seats of the car.

8

Numerical investigations of the thermal properties of window systems: a review

Sadko Karolina, Piotrowski Jerzy Zbigniew

Structure and Environment

|

2022

|

Vol. 14, no. 4

126--141

EN

Windows are an essential part of building envelopes since they enhance the appearance of the building, allow daylight and solar heat to come in, and allow people to observe outside. However, conventional windows tend to have poor U-values, which cause significant heat losses during the winter season and undesired heat gain in summer. Modern glazing technologies are therefore required to improve thermal resistance and comfort of the occupants, whilst mitigating the energy consumption of buildings. In the present work, a comprehensive review of the numerical investigations of the thermal properties of window systems and glazed buildings partitions is presented. However, the proposed models to predict the thermal performance most often concern only specific cases of window systems related to geometry and used material solutions, focused on specific physical processes, thus they contain a lot of simplifications, such as omitting the influence of radiation, temperature changes or velocity profiles.

PL

Istotnymi elementami budynków są okna, które wpływają na ich wygląd, umożliwiają dostęp światła dziennego i ciepła pochodzącego z promieniowania słonecznego, a także pozwalają na obserwowanie otoczenia. Jednakże w porównaniu do pozostałych przegród budowlanych konwencjonalne okna charakteryzują się zwykle gorszymi wartościami współczynnika przenikania ciepła U, generując znaczne straty ciepła w sezonie zimowym i niepożądane zyski ciepła w lecie. W związku z tym konieczne jest poszukiwanie nowoczesnych rozwiązań w technologii okiennej, które poprawią opór cieplny i komfort mieszkańców, jednocześnie zmniejszając zużycie energii przez budynki. W niniejszej pracy przedstawiono przegląd numerycznych metod określania właściwości cieplnych okien i przeszklonych przegród budowlanych. Analiza literatury pokazuje, że proponowane modele dotyczą jednak najczęściej tylko konkretnych przypadków systemów okiennych, związanych z określoną geometrią i zastosowanymi rozwiązaniami materiałowymi, w których uwzględnia się jedynie wybrane procesy fizyczne. Skutkiem tego jest przyjmowanie podczas modelowania wymiany ciepła szeregu uproszczeń, takich jak pomijanie wpływu promieniowania czy nieuwzględnianie zmian temperatury i prędkości.

9

The Use of the k-ω SST Turbulence Model for Mathematical Modeling of Jet Fire

Lewak Michał Wojciech, Tępiński Jarosław, Klapsa Wojciech

Safety & Fire Technology

|

2022

|

Vol. 59, iss. 1

28--40

EN

Aim: The purpose of this study is to verify the usability of the k-ω SST turbulence model for the description of the combustion process during a vertical propane jet fire. Simulating a jet fire using computational fluid mechanics involves an appropriate selection of a mathematical model to describe the turbulent flow. It is important as the variables from this model also describe the rate of the combustion reaction. As a result, they have an impact on the size and shape of the flame. The selection of an appropriate model should be preceded by preliminary simulations. Project and methods: For this purpose, a vertical jet fire in no wind conditions was selected for simulation. Consequently, it was possible to develop a two-dimensional axisymmetric geometry. A good numerical mesh can be applied to such axisymmetric geometry. Selected process conditions allowed to create an axisymmetric numerical grid. Its values, proving the quality, are shown in a chart demonstrating the distribution of the parameter quality depending on the number of elements from which the numerical grid was built. In the work, a two-stage model of the combustion reaction was selected in order to verify whether the area in which the mole fraction of carbon monoxide will have significant values is so large that the selected kinetic reaction model will have an impact on the flame length. Results: Three simulations of jet fire taking place in the direction opposite to the force of gravity were performed. The simulations performed allowed for setting the basic L[f] parameter, which determines the flame length. Additionally, the length of the mixing path s[lift-off], needed to initiate the combustion reaction, was determined. The simulations performed allowed for comparing significant parameters characterizing the flame with the parameters calculated using correlations included in the literature on the subject. Due to this comparison, it was possible to define an interesting scope of research work, because the length of the gas mixing path determined from the CFD simulation differed significantly from the values calculated from the correlation. Conclusions: Interestingly, such large differences between CFD results and correlations were not observed for the L[f] parameter. The correlations based on the Froude number give slightly higher values of the flame length than the results of the CFD simulation. On the other hand, the correlation based on the Reynolds number gives slightly lower values of the L[f] parameter than the values obtained from the CFD calculations. This may indicate that the effects related to the inertia forces (Re number) better describe the simulation process conditions than the correlations based on the influence of inertia forces and gravity forces (Fr number).

PL

Cel: Celem tego opracowania jest sprawdzenie przydatności modelu k-ω SST do opisu procesu spalania podczas pionowego pożaru strumieniowego propanu. Symulacja pożaru strumieniowego przy pomocy obliczeniowej mechaniki płynów wiąże się z odpowiednim wyborem modelu matematycznego służącego do opisu przepływu burzliwego. Jest to o tyle ważne, że zmienne z tego modelu opisują również szybkość reakcji spalania, a więc mają wpływ na rozmiar i kształt płomienia. Dobór odpowiedniego modelu powinien być poprzedzony symulacjami wstępnymi. Projekt i metody: Do symulacji wybrano pionowy pożar strumieniowy w warunkach bezwietrznych. Dzięki temu opracowana została dwuwymiarowa osiowosymetryczna geometria, na którą możliwe jest nałożenie dobrej siatki numerycznej. Wybrane warunki procesowe pozwoliły na stworzenie osiowosymetrycznej siatki numerycznej, której wartości świadczące o jakości uwidoczniono na wykresie przedstawiającym rozkład jakości parametru w zależności od liczby elementów, z jakich zbudowano siatkę numeryczną. Na podstawie dwuetapowego modelu reakcji spalania sprawdzono, czy obszar, w którym ułamek molowy tlenku węgla będzie miał duże wartości wpłynie na długość płomienia w wybranym modelu kinetycznym reakcji. Wyniki: Wykonane zostały trzy symulacje pożaru strumieniowego odbywającego się w kierunku przeciwnym do działania sił grawitacji. Pozwoliły one na wyznaczenie podstawowego parametru L[f] , który określa długość płomienia. Dodatkowo wyznaczona została długość drogi mieszania s[lift-off], która jest niezbędna do zapoczątkowania reakcji spalania. Wykonane symulacje pozwoliły na porównanie istotnych parametrów charakteryzujących płomień z parametrami obliczonymi przy pomocy korelacji zawartych w literaturze przedmiotu. Wnioski: Porównanie wyżej wymienionych parametrów umożliwiło określenie ciekawego zakresu pracy badawczej, ponieważ wyznaczona z symulacji CFD długość drogi mieszania gazu znacząco różniła się od wartości obliczonych z korelacji. Co ciekawe, tak dużych rozbieżności między wynikami CFD a korelacjami nie zaobserwowano dla parametru L[f] . Przy czym korelacje oparte o liczbę Froude’a podają nieco większe wartości długości płomienia niż wyniki symulacji CFD. Natomiast korelacja oparta o liczbę Reynoldsa podaje nieco mniejsze wartości parametru L[f] niż wartości otrzymane z obliczeń CFD. Może to świadczyć o tym, że efekty związane z siłami bezwładności (liczba Re) lepiej opisują warunki procesowe niż korelacje oparte o wpływ sił bezwładności i sił ciężkości (liczba Fr).

10

Wpływ jakości siatki numerycznej na wyniki symulacji rozprzestrzeniania się zanieczyszczeń w powietrzu

Lewak Michał, Tępiński Jarosław

Przemysł Chemiczny

|

2022

|

T. 101, nr 11

957--962

PL

Praca dotyczy matematycznego modelowania rozprzestrzeniania się zanieczyszczeń w powietrzu za pomocą obliczeniowej mechaniki płynów z wykorzystaniem modelu bilansowania pędu w fazie dyskretnej DPM (discrete phase model). Skupiono się na problemie zagęszczenia siatki numerycznej potrzebnej do tworzenia symulacji rozprzestrzeniania się zanieczyszczeń w powietrzu. Opierając się na parametrze określającym jakość numeryczną siatki, wykonano symulacje pracy pieca centralnego ogrzewania klasy I. Do określenia najlepszego stopnia zagęszczenia siatki wykorzystany został rozkład cząstek pyłu opuszczającego komin, z którego emitowane były zanieczyszczenia.

EN

A math. modeling of the operation of a class I central heating furnace was performed by computational fluid dynamics together with the DPM discrete-phase momentum balancing model. The problem of numerical mesh compaction needed to simulate the spread of pollutants in the air was focused on. Relying only on the qmesh parameter, which determines the quality of individual elements of the numerical mesh, was not sufficient. Therefore, the impact of the number of elements and the distribution of the qmesh parameter in the mesh on the obtained simulation results should be analyzed.

11

Modelowanie matematyczne pożarów strumieniowych za pomocą obliczeniowej mechaniki płynów CFD

Lewak Michał, Tępiński Jarosław, Lesiak Piotr

Przemysł Chemiczny

|

2022

|

T. 101, nr 5

324--329

PL

Przedstawiono modelowanie matematyczne pożaru strumieniowego metodą CFD na przykładzie pożaru propanu wydostającego się z dyszy. Pokazano wpływ masowego przepływu gazu na długość, szerokość i wysokość płomienia. Symulacje numeryczne przeprowadzono dla przepływów cieczy w zakresie liczby Macha poniżej 0,2. Pozwoliło to na prowadzenie symulacji w zakresie przepływu nieściśliwego. Otrzymane wyniki symulacji porównano z korelacjami opisanymi w literaturze.

EN

Math. modeling of a jet fire using the CFD method was presented on the example of a propane fire escaping from a nozzle. The effect of gas mass flow on the length, width and height of the flame was shown. Numerical simulations were performed for fluid flows in the Mach number range below 0.2. This allowed the process to be defined as an incompressible flow. The obtained simulation results were compared with the correlations described in the literature.

12

The mathematical modelling of transient processes in a three phase electric power system for a single phase short-circuit at the end of a long power supply line

Chaban Andriy, Lis Marek, Szafraniec Andrzej, Levoniuk Vitaliy

Przegląd Elektrotechniczny

|

2022

|

R. 98, nr 2

174--177

EN

A mathematical model of a three-phase power line loaded with a resistance and inductive receiver is developed in the paper. The power line is considered as a system with distributed electrical parameters with a calculated output voltage. This approach makes it possible to use the three-phase line model as a stand-alone, universal subsystem of the integrated electric power system. The results are presented of a computer simulation of transient processes as the line is switched on in the single-phase short-circuit mode at the end of the line.

PL

W pracy opracowano model matematyczny trójfazowej elektroenergetycznej linii zasilania obciążonej odbiornikiem o charakterze rezystancyjno-indukcyjnym. Linia elektroenergetyczna jest traktowana, jako układ o elektrycznych parametrach rozłożonych, w którym obliczono napięcie wyjściowe. Takie podejście umożliwiło opracowanie modelu linii trójfazowego, jako autonomicznego, uniwersalnego podsystemu scalonego układu analizowanej sieci elektrycznej. Przedstawiono wyniki symulacji komputerowej procesów nieustalonych w sieci elektrycznej w czasie włączania linii w tryb zwarcia jednofazowego na końcu linii.

13

The mathematical modelling of transient processes in a drive system including asynchronous and synchronous drives of susceptible motion transmission

Chaban Andriy, Lis Marek, Szafraniec Andrzej, Levoniuk Vitaliy

Przegląd Elektrotechniczny

|

2022

|

R. 98, nr 1

66--70

EN

A mathematical model is developed of an electric drive system including a power transformer, deep bar cage induction asynchronous motors, and long shaft synchronous drives of distributed mechanical parameters. The model of a deep bar cage induction asynchronous motor addresses the skin-effects across the rotor cage bars using the theory of electromagnetic field. The motion transmission of the drives is described with a mixed problem of the third type Poincaré boundary conditions. The general system of differential equations is given in the Cauchy form, integrated by means of the latent Euler method. Results of computer simulations are shown with graphics, which are analysed.

PL

W pracy niniejszej opracowano model matematyczny zespołu elektrycznego obciążenia, który zawiera transformator mocy, głębokożobkowe napędy asynchroniczne i napędy synchroniczne z długimi wałami o mechanicznych parametrach rozłożonych. Model głębokożłobkowych silników asynchronicznych uwzględnia zjawisko naskórkowości w prętach klatki wirników za pomocą teorii pola elektromagnetycznego. Transmisję ruchu napędów opisuje się za pomocą zadania mieszanego o warunkach brzegowych trzeciego rodzaju Poincaré. Ogólny układ równań różniczkowych podany jest w postaci Cauchy, który całkuje się za pomocą ukrytej metody Eulera. Wyniki symulacji komputerowej przedstawione są w postaci rysunków, które są analizowane.

14

Facility location problem mathematical models - supply chain perspective

Redmer Adam

LogForum

|

2022

|

Vol. 18, no. 4

379--395

EN

Background: Supply chains are the networks linking sources of supply with demand points and composed of so-called actors, i.e., producers, distributors/wholesalers, retailers, and customers/consumers. As in every network, supply chains contain vertices and arcs, the former represented by factories and warehouses (including distribution centers). Such facilities cause long-term and expensive investments. As a result, decisions on location and number of them belong to the strategic level of management and require quantitative analysis. To do this, mathematical models of the Facility Location Problem (FLP) are constructed to allow an application of optimization methods. Methods: Mathematical optimization or programming is the selection of the best solution, with regard to some criterion, from a set of feasible alternatives. The fundamental of mathematical optimization is the formulation of mathematical models of analyzed problems. Mathematical models are composed of objective function, decision variables, constraints, and parameters. These components are presented and compared in the paper concerning FLP from a supply chain perspective. Results: The ten mathematical models of the FLP are presented, including the two original ones. The models are classified according to such features as facility type they concern, including the desirable, neutral, and undesirable ones. The models and their components are characterized. In addition, their applicability and elasticity are analyzed. Finally, the models are compared and discussed from the supply chain point of view. Conclusions: However, the FLP mathematical models are relatively similar; the most important element of them for supply chain appropriate representation is an objective function. It strongly influences the possible applicability of FLP models and their solutions, as well. The objective functions having broader applicability turned out to be the maximized number of supply/demand points covered by facilities and the minimized number of facilities necessary to cover supply/demand points. However, not to locate all allowed facilities (use all the location sites) or as many as supply/demand points, but an appropriate number of them, it is necessary to take into account facility fixed costs. Thus, when locating logistics facilities, the minimized total cost of serving supply/demand points is the most appropriate objective function.

15

Modeling of corona discharge and overvoltage propagation along transmission lines

Anane Zahira, Bayadi AbdElhafid

Journal of Power Technologies

|

2022

|

Vol. 102, nr 2

45--55

EN

A mathematical model is incorporated into the Alternative Transients Program version of the Electromagnetic transients program (ATP/EMTP), using the MODELS interface introducing the algebraic, differential and Boolean equations, to be solved by the Trapezoidal method. The ATP-EMTP part sets out the additional network elements representing the corona model and discusses the basic aspects of modeling. It simulates transmission lines with the corona effect and computes the attenuation and distortion caused by surge propagation along transmission lines due to corona phenomena with the user-defined multi-branch circuit type94 in ATP. The results of the proposed model are compared with experimental investigations in the literature.

16

Comparative analysis of supercritical CO2 cycles

Milewski Jaroslaw, Szczesniak Arkadiusz, Futyma Kamil, Lis Piotr, Dybiński Olaf, Szablowski Lukasz, Wolowicz Marcin

Journal of Power Technologies

|

2022

|

Vol. 102, nr 2

79--97

EN

The presents a simulation of three different configurations of super critical CO2 cycles: pre-compression, partial cooling, and recompression performed using commercially available software (Ebsilon). The highest thermal efficiency is obtained for the recompression cycle (35%). All three cycles operate at 700°C. In addition to enjoying the highest efficiency, the recompression cycle involves a moderate number of elements - just one heat exchanger more than the simplest cycle (Pre-compression).

17

Mathematical modeling and analysis of mycobacterium tuberculosis transmission in humans with hospitalization and reinfection

Mustapha Umar T., Idris Buhari, Musa Salihu S., Yusuf Abdullahi

Journal of Applied Mathematics and Computational Mechanics

|

2022

|

Vol. 21, nr 1

55--66

EN

Tuberculosis (TB), a serious public health infection that mainly affects the lungs, is caused by bacteria (Mycobacterium tuberculosis, TB). This research is designed and analyzed using a compartmental modelling approach to study the transmission dynamics of TB with different stages of infection. Qualitative analysis of the proposed model reveals that the model exhibits two equilibrium points: the disease-free equilibrium point (DFE) and the endemic equilibrium (EE). The basic reproduction number (R0 ) is determined using the next generation matrix technique, and stability analysis is carried out to show whether the disease can persist or die out in population. Further analysis of the model shows that the EE is globally asymptotically stable (GAS) when R0 > 1. With the aid of the forward sensitivity index method, we determine the most sensitive parameters of the model to control the spread of TB infection effectively. Our analysis shows that treatment (medication) and campaign awareness coupled with other key control measures, could help maintain the spread of MTB infection in human geographical boundaries.

18

Development of mathematical and numerical models for the analysis of overlap laser beam welding of dissimilar materials

Domański Tomasz, Piekarska Wiesława, Saternus Zbigniew, Kubiak Marcin

Journal of Applied Mathematics and Computational Mechanics

|

2022

|

Vol. 21, nr 2

15--26

EN

The welding process of dissimilar materials causes a lot of technological issues related to different properties of materials of joined elements. Thermal conductivity is one of most important factors influencing the deformation of the weld. The change of thermal conductivity in the function of the temperature can produce various strains that cannot be predicted during construction design. Different structures of materials appear during joining of dissimilar materials as well as different characteristic zones of the joint and its mechanical properties. The most important is the proper identification of joint zones and the size of deformation at the production stage of welded construction. This work presents the numerical analysis of physical phenomena in overlap welding of two sheets made of S355 carbon steel and 304 austenitic steel using a laser beam. A three-dimensional discrete model is developed taking into account thermophysical properties changing with temperature. Temperature distribution and the shape of the welding pool is predicted on the basis of performer computer simulations. The influence of thermal load on the formation of stress and strain fields is determined.

19

Analiza wraz z oceną efektywności pracy elektrociepłowni zintegrowanej z układem akumulacji ciepła

Plutecki Zbigniew, Lichota Janusz, Kamiński Jacek, Saługa Piotr, Kaszyński Przemysław, Benalcazar Pablo, Sattler Paweł

Instal

|

2022

|

nr 9

16--25

PL

W pracy przedstawiono założenia i najważniejsze cechy modelu matematycznego wraz z przykładowymi wynikami badań symulacyjnych jakie wykonano w ramach analizy i oceny struktury techniczno-ekonomicznej, którą jest instalacja elektrociepłowni przed i po rozbudowie o instalację akumulacji ciepła. Opracowany model matematyczny pozwolił na odzwierciedlenie pracy rzeczywistego systemu oraz rozpatrywanych wariantów integracji z instalacją akumulacji ciepła w formie układu równań i nierówności z funkcją celu, którą jest maksymalizacja zysku ze sprzedaży energii elektrycznej i ciepła przy jednoczesnym minimalizowaniu zużycia węgla i energii elektrycznej potrzeb własnych wynikających z optymalizacji warunków pracy poszczególnych urządzeń i dynamicznego wykorzystania zjawiska akumulacji ciepła. Prezentowane wyniki pochodzą z zakończonych badań przemysłowych i prac rozwojowych związanych z realizacją projektu badawczego mającego na celu określenie technologii zapewniającej optymalną współpracę elektrociepłowni z układem wysokoefektywnej akumulacji ciepła.

EN

The paper presents the assumptions and most important features of the mathematical model, along with sample results of simulation studies that were carried out as part of the analysis and evaluation of the technical and economic structure, which is the installation of a combined heat and power plant before and after expansion with a heat accumulation installation. The developed mathematical model allowed to reflect the operation of the real system and the considered variants of integration with the heat accumulation installation in the form of a system of equations and inequalities with the objective function, which is to maximize the profit from the sale of electricity and heat while minimizing the consumption of coal and electricity own needs resulting from the optimization of the operating conditions of individual devices and the dynamic use of the heat accumulation phenomenon. The results presented here come from completed industrial research and development work related to the implementation of a research project aimed at determining the technology that ensures optimal cooperation of a thermal power plant with a highly efficient heat accumulation system.

20

Dynamic modelling of bacteriophage production process

Konopacki Maciej, Grygorcewicz Bartłomiej, Gliźniewicz Marta, Miłek Dominika, Kordas Marian, Rakoczy Rafał

Chemical and Process Engineering

|

2022

|

Vol. 43, nr 4

471–-482

EN

Bacteriophages, viruses that can infect bacteria, are promising alternatives for antibiotic treatment caused by antibiotic-resistant bacteria strains. For that reason, the production of bacteriophages is extensively studied. Mathematical modelling can lead to the improvement of bioprocess by identification of critical process parameters and their impact on the demanded product. Dynamic modelling considers a system (i.e. bioreactor or bioprocess) as a dynamic object focusing on changes in the initial and final parameters (such as biomass concentration and product formation) in time, so-called signals and treats the studied system as a “black box” that processes signals. This work aimed to develop a mathematical model that describes bacteriophage production process. As result, we created a dynamic model that can estimate the number of bacteriophages released from cells as plaque-forming units at specific time points based on the changes in the bacteria host-cell concentration. Moreover, the proposed model allowed us to analyze the impact of the initial virus concentration given by multiplicity of infection (MOI) on the amount of produced bacteriophages.