W artykule opisano próbę eksperymentalnego określenia parametrów strugi powietrza przepływającego stycznie nad powierzchnią złoża porowatego utworzonego z warstwy kulek o jednakowych średnicach. Badania polegały na wyznaczeniu rozkładów prędkości w pobliżu wcześniej zdefiniowanej płaszczyzny rozdziału pomiędzy złożem porowatym a przepływem swobodnym. Do eksperymentu użyto anemometryczne metody optyczne (PIV) wspomagane wynikami badań z poprzednich lat. Jak wykazały wcześniejsze analizy (Skotniczny i in., 2011-2013), dla przypadku stycznego przepływu płynu nad złożem porowatym w pobliżu płaszczyzny podziału, występuje strefa w której nie ma możliwości prostego połączenia przepływu fi ltracyjnego odbywającego się wewnątrz złoża porowatego, opisanego równaniem Darcy, z przepływem swobodnym nad złożem opisanym równaniami Naviera-Stokesa. Konieczność wyznaczenia parametrów omawianego obszaru jest niezbędna w aspekcie prowadzenia symulacji komputerowych.
EN
The article describes an experimental attempt to determine the parameters of the air stream flowing tangentially to the surface of the porous bed, formed with balls of equal diameter. The study consisted in determining the velocity distributions in the vicinity of a predefi ned plane interface between the porous bed and free flow. For the experiment the anemometric optical methods (PIV) were used, supported by the previous year's findings. As shown by previous analysis (Skotniczny, 2011-2013), for the case of a tangential flow of fluid over the porous bed near the parting plane, there is a zone in which there is no possibility of simply combining the movement of the flow described by Darcy equation, with the free flow over the deposit described by Naviera- Stokes equations. The determination of the parameters within this area is essential in terms of conducting computer simulations.
2
Dostęp do pełnego tekstu na zewnętrznej witrynie WWW
Analizy stanu wentylacji kopalń przeprowadzane są na podstawie wyników uzyskiwanych w trakcie pomiarów wykonywanych różnymi przyrządami pomiarowymi (Roszczynialski i in., 1999). W grupie takich przyrządów w szczególny sposób wyróżnić można anemometry skrzydełkowe, za pośrednictwem których wskazań możliwe jest określenie parametrów przewietrzania związanych z bezpieczeństwem pracy w wyrobiskach górniczych (Kruczkowski, 2008). Przyrządy te znajdują się zatem w grupie która powinna być regularnie sprawdzana pod kątem ich metrologicznej wiarygodności. Obecnie sprawdzenia anemometrów zabudowanych w wyrobiskach kopalnianych dokonywane są sporadycznie lub nie wykonywane są wcale. Związane jest to z brakiem odpowiednich procedur i metod, według których sprawdzenia takie mogłyby być wykonane. W niniejszym artykule zaproponowano metodę wykonania takich sprawdzeń, w oparciu o zastosowanie kryz dławiących przepływ, wraz z którymi dany przyrząd został wcześniej wywzorcowany. Metoda ta pozwala na wykonanie testu wiarygodności wskazania anemometru skrzydełkowego w wielu punktach pomiarowych umożliwiając zdobycie informacji na temat charakterystyki przetwarzania danego przyrządu pomiarowego.
EN
The analyses of the ventilation conditions in mines are based on measurements taken with various types of measuring devices (Roszczynialski et al., 1999). These devices include vane anemometers whose readouts can be well utilised to determine the ventilation parameters associated with work safety in mines (Kruczkowski, 2008). Therefore, these devices have to be checked regularly to ensure reliable measurements. Nowadays anemometers that are installed in mine workings are checked infrequently or not checked at all, due to the lack of applicable procedures and methods. This study outlines the method of checking the vane anemometers, with the use of flowthrottling orifices- the same ones that were previously used for calibration. Thus the reliability of anemometer readouts at various control points can be verified, providing valuable information about the operational characteristics of the given device.
3
Dostęp do pełnego tekstu na zewnętrznej witrynie WWW
Ruch płynu (cieczy lub gazu) w swobodnej strudze gazu płynącej ponad przepuszczalnym złożem porowatym posiada skomplikowany charakter ze względu na istnienie strefy przejściowej miedzy obydwoma wspomnianymi tu podobszarami. W każdym z nich ruch płynu posiada odmienny charakter (przepływ turbulentny w strudze swobodnej vs. przepływ pełzający w przestrzeni porowej). Tym samym efekt występowania niezerowej prędkości na granicy ośrodków, zwanej prędkością poślizgu jest trudny do precyzyjnego opisania z powodu istotnych różnic w równaniach ruchu opisujących przepływ płynu w strudze swobodnej i w złożu porowatym. Z drugiej jednak strony własności przepływu w jednej ze stref wpływają w sposób istotny na strefę drugą i vice versa, a ich wzajemny wpływ nie może być pominięty. Klasyczne ujęcie polegające na modelowaniu ruchu płynu z wyraźnym podziałem na przepływ w obszarze zewnętrznym (struga swobodna) i wewnętrznym (przepływ filtracyjny) z uwagi na niedoskonałość dostępnych modeli prowadzi do wyników niezgodnych z danymi doświadczalnymi. Dlatego też w przedstawionym artykule autorzy koncentrują się na koncepcji numerycznego modelu hybrydowego złoża porowatego, zbudowanego z kulek jednakowej średnicy, dla którego łatwo można określić wartości przepuszczalności i porowatości. Idea modelu opiera się na wprowadzeniu dodatkowej strefy łączącej geometrycznie przepływ zewnętrzny z przepływem wewnętrznym i odnoszącej się do pojedynczego rzędu równomiernie rozmieszonych wzdłuż złoża kulek o znanej średnicy, dla której ruch opisywany jest równaniami Naviera-Stokesa, a w przypadku przepływu turbulentnego równaniem Reynoldsa. Z kolei strefa wewnętrzna modelowana jest jako klasyczny obszar przepływu filtracyjnego. Rząd równomiernie rozłożonych, nie stykających się ze sobą kulek spełnia rolę turbulizatora przepływu wprowadzając tym samym brakujące wartości produkcji oraz dyssypacji energii kinetycznej turbulencji w pobliżu tak stworzonej półprzepuszczalnej płaszczyzny wirtualnego rozdziału. W wyniku takiego zabiegu wielkościami brzegowymi dla właściwego w obrębie złoża porowatego opisu równaniem Forchheimera są wartości prędkości oraz rozkładu ciśnień uzyskane z rozwiązania równania Naviera-Stokesa lub równania Reynoldsa. Przeprowadzone pomiary doświadczalne wykazały zgodność z obliczeniami numerycznymi przeprowadzonymi przez autorów według modelu scale adaptative simulation (SAS).
EN
Unlike the flow near the impermeable walls, the tangent flows of a real fluid over a porous medium displaying the permeability and porosity features will reveal the non- zero flow velocity on the free stream- porous medium boundary. This process determines the actual shape of velocity profiles near the separation place and the actual form of mass exchange between the porous medium and the stream of fluid flowing over it. An accurate description of the non-zero velocity effect at the phase boundary, also referred to as the slippage velocity, is still lacking because of major differences in equations of motion governing the fluid flow in the free stream and in a porous medium. Over the years numerous theories have appeared and attempts have been made to introduce a combined function so that the equations of motion should be solved simultaneously both in the outer region (the free stream) and in the inner one (porous medium). In each case the form of the combined function proved unsatisfactory or limited to a narrow category of fl ows. Development of numerical methods to be used in solving of complex flow problems makes the solution of the described problem possible. In the classical approach whereby the flow model involved strictly separated flow regions: the outer region (free stream) and the inner region (seepage flow), the turbulent flow parameters for flows near the semipermeable phase boundary were determined incorrectly as a consequence of a certain inadequacy of available models. In this study the Authors put forward a concept of a numerical hybrid model of a porous medium composed of balls of identical diameter, whose permeability and porosity can be easily determined. The model is complete with an additional layer providing a geometrical connection between the outer and inner flow regions and surrounded by a single row of uniformly distributed balls of a specified diameter. Accordingly, the motion there will be governed by the Navier-Stokes equations ( and for turbulent flows -by the Reynolds equation). The inner zone is modelled as the conventional filtration flow region. The row of uniformly distributed balls, having no contact with one another, acts as a turbulence –maker, thus introducing the parameters that were lacking: kinetic energy production and dissipation in the vicinity of thus created semipermeable boundary plane. Accordingly, the boundary parameters for the porous medium governed by the Forchheimer equations are velocities and pressure distributions obtained by solving the Navier-Stokes equations.
4
Dostęp do pełnego tekstu na zewnętrznej witrynie WWW
W części drugiej artykułu przedstawiono wyniki badań eksperymentalnych przedstawiających rozwój warstwy przyściennej tworzącej się na płaszczyźnie podziału złoże porowate – struga powietrza. Skoncentrowano się na czynnikach wpływających bezpośrednio lub pośrednio na sposób propagacji wektora prędkości, kształt tworzącej się warstwy przyściennej, oraz na wartości intensywności turbulencji i jej energii kinetycznej w obrębie spodziewanej strefy logarytmicznego rozkładu wektora prędkości. Dodatkowo dokonano próby oszacowania wpływu zmierzonych wielkości na wartość prędkości poślizgu uf występującej na granicy złoże porowate – struga powietrza. Do opracowania zagadnienia częściowo posłużono się wynikami badań eksperymentalnych wykonanych w latach 2009-2011 oraz wynikami badań rozszerzonych z bieżącego roku.
EN
The second part of the paper presented here describes the results of experimental research concerning the behaviour of the boundary layer in the air stream moving tangentially with respect to rough, porous, and permeable bed. In particular, factors affecting the propagation of velocity vector, form of the boundary layer, turbulence intensity, and turbulence kinetic energy in the zone of logarithmic velocity profile within the boundary layer have been analysed. The authors have undertaken an attempt to evaluate the influence of certain measured parameters on the magnitude velocity shift uf occurring at the interface between air stream and rough porous bed. The presented paper involves the results of experimental investigations performed in the years 2009-2011 as well as research realised in the year 2012.
5
Dostęp do pełnego tekstu na zewnętrznej witrynie WWW
W procesach wymiany masy i energii pomiędzy ośrodkiem płynnym a porowatym, szczególnie podczas stycznego przepływu strugi płynu w stosunku do powierzchni ośrodka porowatego kluczową rolę odgrywa właściwe określenie warunków przepływowych odbywających się wewnątrz materiału porowatego. Właściwa ich ocena wpływa na poprawne wyznaczenie parametrów określających wymianę masy pomiędzy tymi dwoma ośrodkami. Z uwagi na trudności natury technicznej, bezpośredni pomiar prędkości przepływu płynu wewnątrz złoża w funkcji odległości od powierzchni rozdziału płyn-złoże porowate jest niezwykle trudny do wykonania. Dostępne dane literaturowe ograniczają się do opisów wyników badań numerycznych opisywanego zagadnienia i opierają się na wczesnych badaniach eksperymentalnych z połowy ubiegłego wieku (Beavers i Joseph, 1967). Przeprowadzane poprzednio przez autora prace eksperymentalne (Skotniczny, 2010) wykazały brak zgodności pomiędzy danymi eksperymentalnymi a numerycznymi w pewnym zakresie prędkości strugi przepływającej nad złożem porowatym. W bieżącej pracy skoncentrowano się na wyznaczeniu profilu prędkości strugi powietrza poruszającej się stycznie do powierzchni rozdziału, oraz na próbie korelacji uzyskanych wyników z dostępnymi danymi literaturowymi i rozwiązaniami numerycznymi dla wybranych modeli turbulencji.
EN
In the processes of mass and energy exchange between the fluid and porous medium, especially in the tangential flow stream of fluid to the surface of the porous medium it is vital to determine appropriate conditions of flow taking place inside the porous material. Due to technical difficulties, direct measurement of the flow rate of fluid within the porous material as a function of distance from the interface fluid-porous bed is extremely difficult to implement. Available literature data are limited to descriptions of the numerical results described issues and based on early experimental studies of the middle of last century (Beavers & Joseph, 1967). Carried out previously by the author of research papers (Skotniczny, 2010) showed weak correlation between the experimental and numerical data. The current work focuses on determining velocity profile of air stream moving tangentially to the interface, and a sample correlation of results with available literature data and numerical solutions for selected models of turbulence.
6
Dostęp do pełnego tekstu na zewnętrznej witrynie WWW
Mechanizm wymiany masy i energii pomiędzy porowatym medium a otoczeniem w dalszym ciągu nie jest do końca opisany. Szereg zjawisk przepływowych towarzyszących procesowi wymiany masy pomiędzy materiałem porowatym a otoczeniem szczególnie w przypadku niestandardowej orientacji przestrzennej materiału porowatego względem przepływającej strugi powietrza stanowi szerokie pole do eksploracji. W klasycznym rozumieniu zagadnienia, który najczęściej ma zastosowanie w przepływach technicznych materiał porowaty stanowi ośrodek, przez który pod zadanym ciśnieniem przepływa płyn. W tego typu zagadnieniu ośrodek porowaty posiada cechy utylitarne, stanowiąc część projektowanej, bądź regulowanej instalacji przepływowej (zagadnienia filtracji, spalanie wewnętrzne itp.). W przypadku omawianym w artykule porowatość stanowi element o cechach mających negatywny wpływ na efektywność wymiany masy i energii pomiędzy obszarem porowatym a otoczeniem. Przeprowadzone dotychczas analizy numeryczne, oraz badania eksperymentalne (Skotniczny, 2008; Skotniczny i in., 2009) wskazują na rozbieżność wyników symulacji oraz eksperymentu w zakresie uzyskiwanych rozkładów temperatur wewnątrz złoża porowatego. W artykule skoncentrowano się na zjawisku powierzchniowej penetracji złoża przepływającą stycznie do niego strugą powietrza. Celem prac opisanych w artykule jest próba pośredniego opisu zjawiska występowania niezerowej prędkości przepływu powietrza na granicy materiał porowaty-struga powietrza (prędkość poślizgu), który może mieć wpływ na mechanizm wymiany energii pomiędzy materiałem porowatym a omywającą go strugą powietrza.
EN
The mechanism of mass and energy exchange between a porous medium and its ambience has not been fully recognised yet. A number of phenomena accompanying the mass exchange between a porous medium and its ambience still merit a rigorous research, particularly when the porous material has a non-standard confi guration with respect to the flux of flowing air. In classical approach, widely used to describe flows in engineering applications, the porous material is a medium through which a fl uid should flow under the predetermined pressure. In such cases the porous medium has purely utilitarian features, being a part of a designed or controlled flow installation (filtration problems, internal combustion). In the case outlined in the study porosity will negatively impact on efficiency of mass and energy exchange between the porous medium and its ambience. Numerical analyses to date and experimental tests (Skotniczny, 2008; Skotniczny et al., 2009) reveal a major discrepancy between simulated and experimental temperature distributions inside the porous deposit. The study is concentrated on surface penetration of the deposit by an air stream flowing tangent to it. The purpose of the study is to attempt an indirect description of the phenomenon of non-zero airflow velocity at the porous medium- air flux interface (slippage velocity), which might affect the mechanism of energy exchange between the porous material and the flowing stream of air.
7
Dostęp do pełnego tekstu na zewnętrznej witrynie WWW
Analiza numeryczna dowolnego przypadku przepływowego wymaga weryfikacji eksperymentalnej. Konieczność weryfikacji wzrasta przy bardziej skomplikowanych przypadkach przepływowych takich jak nieizotermiczna wymiana masy pomiędzy złożem porowatym a omywającą go strugą powietrza. Elementarnym problemem z którym eksperymentator spotyka się w przypadku pomiarów wielkości przepływowych w materiale porowatym jest brak możliwości bezpośredniego pomiaru wartości niektórych wielkości, jak choćby prędkości płynu w porach. Stąd też konieczne jest zastosowanie pośrednich metod pomiarowych umożliwiających weryfikację danych numerycznych. Opisany w artykule eksperyment ma na celu pośrednią weryfikację wyników analiz numerycznych opisujących wymianę masy i energii pomiędzy strugą swobodną a złożem porowatym. Warunkiem dobrze przeprowadzonego eksperymentu, w którym medium pomiarowe stanowi powietrze jest zapewnienie znanych oraz przede wszystkim stałych warunków przepływowych w przestrzeni wlotowej do komory pomiarowej. W artykule opisano proces budowy stanowiska pomiarowego (rys. 3) spełniającego żądane kryteria, oraz przedstawiono wybrane wyniki badań eksperymentalnych wymiany energii pomiędzy złożem porowatym a omywającą go stycznie struga powietrza.
EN
Numerical analysis of any flow case requires an experimental verification, which becomes absolutely necessary when handling more complex cases, such as non-isothermal mass exchange between the porous deposit and the flowing stream of air. The main problem faced by experimentators involved in measurements of flow parameters in porous media lies in the fact that certain quantities, such as fluid velocity in pores, cannot be measured directly. That prompts the use of indirect measurement methods to verify the numerical data. The main purpose of the experimental program described in the study is to verify the results of numerical analysis of the mass and energy exchange between the free flux and a porous deposit. In order to successfully conduct an experiment, it is required that all the air flow conditions be known beforehand and flow conditions should remain constant at the inlet to the control chamber. The study shows the experimental set-up (Fig. 3) that meets the above requirements and summarises the selected experimental data on energy exchange between the porous medium and a stream of air flowing tangent to it.
8
Dostęp do pełnego tekstu na zewnętrznej witrynie WWW
W artykule przedstawiono eksperymentalną metodę wyznaczania współczynnika przepuszczalności K oraz jej numeryczną weryfikację. Pomiary wykonano na specjalnie przygotowanym do tego celu stanowisku pomiarowym, ośrodek porowaty stanowiło złoże uformowane z kulek szklanych (ballotyna) o rozmiarze 5 mm. Do wyznaczenia wartości współczynnika K oraz współczynnika oporu kwadratowego zastosowano równanie Forchheimera. Przedstawione wyniki pomiarów mają posłużyć za podstawę do przeprowadzenia szeroko zakrojonej serii eksperymentów mających na celu określenie wpływu obecności źródła temperatury wewnątrz złoża porowatego na sposób wymiany masy w układzie materiał porowaty-powietrze.
EN
Presented paper discuses, an experimental method in prediction of K coefficient as well as its numerical verification. The measurements has been taken using specialized test bed, where porous bed was configured with 5 mm diameter glass balls. For determination of K coefficient as well as quadratic drag coefficient the Forchheimer equation has been used. Presented data are base for the further experiments concerning mass and heat exchange in porous bed – air complex.
9
Dostęp do pełnego tekstu na zewnętrznej witrynie WWW
W artykule omówiono przypadek niestacjonarnego przepływu powietrza wokół zwałowiska odpadów pogórniczych w aspekcie napowietrzania porowatego materiału zwałowiska. Prezentowany przypadek obejmuje analizę niestacjonarnych rozkładów ciśnień statycznych na powierzchni zwałowiska, analizę śladu turbulentnego za zwałowiskiem jak również rozkład prędkości powietrza wewnątrz zwałowiska. W zastosowanym w obliczeniach profilu prędkości uwzględniono atmosferyczną warstwę przyścienną.
EN
Presented paper discuses case of transient air flow around coal waste dump in terms of infiltration of porous material. In The analysis of the fluctuation of static pressure, velocity field outside and inside the dump as well as turbulent wake behavior is talked about. The atmospheric boundary layer was introduced into applied turbulent velocity profile as an inlet boundary condition.
W artykule zamieszczono rezultaty badań przepływowych katalizatora. Pierwsza część zadań dotyczyła charakterystyk przepływowych katalizatora w wersji konstrukcyjnej wytwórcy. Określono drogą eksperymentalną stratę ciśnienia związaną z przepływem gazów przez katalizator oraz określono rozkłady prędkości przepływu wewnątrz katalizatora przy różnych natężeniach przepływu gazu. Rozkłady prędkości mierzono w płaszczyźnie prostopadłej do kierunku przepływu gazu w płaszczyźnie sąsiadującej z częścią chemicznie czynną. Część katalizatora, w której struga gazu kierowana jest na część cylindryczną chemicznie czynną, ma kształt dyfuzora o dużym kącie rozbieżności. Problemem konstrukcyjnym jest ukształtowanie rozkładu prędkości w dyfuzorze, aby osiągnąć równomierne natężenie przepływu gazu przez powierzchnię napływu na układ chemicznie czynny. Po serii badań przepływowych na katalizatorze w wersji konstrukcyjnej wytwórcy, zmodernizowano układ przepływowy katalizatora poprzez wprowadzenie do części dyfuzorowej kilku wariantów układu kierownic. Wyniki przedstawiono w formie charakterystyk porównawczych strat ciśnienia i rozkładów prędkości w obudowie dla katalizatora w wersji fabrycznej i katalizatora uzupełnionego o układy kierownic. Ostatni etap badań obejmował pomiary katalizatora w układzie wydechowym silnika SW400. Przeprowadzono badania porównawcze katalizatora w wersji fabrycznej oraz najkorzystniejszego pod względem przepływowym układu kierownic.
EN
The lecture presents flow investigation results of the combustion engine catalyst. The first part of investigations has been concerned with flow characteristics on original construction version of manufacturer. A loss of pressure connected with gas flow through the catalyst as well as flow velocity distributions inside the catalyst at different combustion gas flow intensities have been defined on experimental way. The velocity distributions have been measured on a plane which was perpendicular to a combustion gas flow direction on an adjacent plane to the chemical active part. A catalyst part into which the gas stream directed towards chemical active cylindrical part had a diffuser shape of large divergence angle. The construction problem was a modelling of velocity distribution into a diffuser to obtain a uniform gas flow intensity through flow plane on the chemical octive circuit. After the series of flow investigations carried out on the original manufacturer's version the flow system of combustion engine catalyst has been modernized by an insertion of two steering gear systems to a diffuser part. The results of investigations have been shown in a shape of characteristics of pressure losses and velocity distributions in the catalyst housing for a manufacturer's catalyst and modernized on equipped with the steering gear systems. The last step of investigations covered the combustion engine catalyst measurements into the SW 400 engine exhausted systems. The comparative investigations of catalyst have been carried out on the manufacturer's version as well as the possibly optimal one with flow steering gear systems.
JavaScript jest wyłączony w Twojej przeglądarce internetowej. Włącz go, a następnie odśwież stronę, aby móc w pełni z niej korzystać.