Wyniki wyszukiwania - BazTech

1

Eksperymentalne i numeryczne badania przepływu powietrza w wyrobisku ślepym – walidacja modeli turbulencji

Branny M., Wodziak W., Szmyd J., Jaszczur M.

Przegląd Górniczy

|

2016

|

T. 72, nr 9

37--45

PL

W artykule przedstawiono wyniki badań eksperymentalnych i analiz numerycznych przepływu powietrza przez laboratoryjny model komory przewietrzanej wentylatorem wolnostrumieniowym. Pomiary prędkości przepływu wykonane przy użyciu metody PIV (Particle Image Velocimetry) wykorzystano do walidacji wybranych modeli turbulencji. Zamieszczono wyniki pomiarów i symulacji numerycznych przepływu powietrza w komorze o długości wynoszącej 2,0 m oraz 3,25 m (skala geometryczna modelu 1:10). Porównano zmierzone wartości dwóch składowych wektora prędkości przy średniej prędkości strugi wlotowej równej 21,2 m/s (Re=108 000) oraz 35,4 m/s (Re=180 000). Z uwagi na kształt tworzonego przez strugę nawiewną pola prędkości, w obszarze przepływu można wyróżnić dwie strefy z przepływem recyrkulacyjnym. Pierwsza strefa sięga na odległość około 1,0 m od wlotu strugi powietrza. W dalszej odległości od wlotu formułuje się druga strefa z wirem o przeciwnym do pierwszego kierunku wirowania. Przedstawiony obraz przepływu kształtuje się zarówno przy dwu, jak i trzymetrowej długości kanału ślepego, jak również dla różnych prędkości wlotowych strugi powietrza o liczbach Reynoldsa z przedziału 100 000÷200 000. Wykazano jakościową zgodność wyników symulacji numerycznych uzyskanych przy użyciu modelu turbulencji RSM (Reynolds Stress Model) z pomiarami. Przy stosowaniu tego modelu, średni błąd w prognozowanych wartościach składowych wzdłużnych prędkości wynosił 35%÷40%.

EN

This paper presents the results of experimental and numerical study of air flow through the laboratory model of the mining chamber ventilated by a jet fan. The measurements of the components of the velocity vector were used to validate the selected turbulence models. The results of measurements and numerical simulation of airflow within the chamber with a length of 2,0m and 3,25m (geometrical scale of the model 1:10) have been presented. The measured values of the two components of the velocity vector with the average velocity of the inlet air stream equal to 21,2m/s (Re = 108 000) and 35,4m/s (Re = 180 000) have been compared. In the velocity field formed by the inlet air stream, two zones with recirculating flow in the flow domain can be distinguished. The first zone extends over a distance of approximately 1.0 m from the inlet. In the further distance from the inlet a second vortex of the opposite direction to the former is formed. Such a configuration of the velocity field is characteristic for both two and three-meter channel length as well as for different velocities of the inlet air stream of Reynolds numbers of 100 000¸200 000. The numerical simulation results obtained with the use of the Reynolds Stress Model are qualitatively consistent with the measurements. Using this model, the average error in the forecast values of longitudinal velocity components was about 35%÷40%.

2

Eksperymentalna weryfikacja modeli CFD stosowanych w wentylacji kopalń

Branny M., Karch M., Wodziak W., Jaszczur M., Nowak R., Szmyd J.

Przegląd Górniczy

|

2013

|

T. 69, nr 5

73--82

PL

Przedmiotem badań jest walidacja wybranych modeli CFD przy przepływie powietrza przez laboratoryjny model skrzyżowania przewodów w kształcie litery T. Stanowisko laboratoryjne przedstawia uproszczony model skrzyżowania ściany z chodnikiem wentylacyjnym. Uproszczenia dotyczą zarówno geometrii obiektu jak i warunków przepływu. W pracy testowano trzy modele turbulencji: standardowy model k-ε, jego modyfikację k-ε realizable oraz model naprężeń Reynoldsa (RSM). Pomiar składowych wektora prędkości wykonano metodą SPIV (Stereo Particle Image Velocimetry). Wyniki pomiarów porównano z obliczeniami. Żaden z testowanych modeli turbulentnych nie odzwierciedla dokładnie wyników eksperymentu w strefach objętych przepływem recyrkulacyjnym (rys. 2c,d÷rys. 5c,d). Największe różnice pomiędzy pomiarami i obliczeniami występują w strefie wnęki C (rys. 1). W strefie wnęki modele lepkościowe – standardowy k-ε i k-ε realizable – przeszacowują mierzone wartości składowych wzdłużnych wektora prędkości, podczas gdy model naprężeń Reynoldsa niedoszacowuje mierzone wartości prędkości. W znacznej części strefy wylotowej B (rys. 1) uzyskano zadowalającą zgodność pomiędzy pomiarami a obliczeniami, natomiast istotne różnice występują w prognozowanym i mierzonym zasięgu strefy recyrkulacji. Z przeprowadzonych badań wynika, że rezultaty najbliższe do wartości mierzonych uzyskano przy stosowaniu modelu RSM.

EN

This paper presents the results of experimental and numerical study of air flow through the system of T-shape ventilation ducts. The laboratory model is a certain simplification of the real crossing of longwall and ventilation gallery (Fig.1). The simplifications refer both to the object’s geometry and the air flow conditions. An analysis has been performed to validate three turbulent models: standard k-ε, k- ε realizable and Reynolds Stress Model (RSM). Stereo Particle Image Velocimetry (SPIV) method was used to measure the velocity vector components. The experimental results have been compared with the results of numerical simulations. Neither of the tested models provided fully satisfactory results for the examined flow in the recirculation zones (Fig.2 c,d ÷ Fig.5 c,d). The large differences between the measured and calculated velocity field occurred in the cavity zone C (Fig.1). The viscosity models, the standard k-ε and k-ε realizable over-predict the measure value of streamwise components of velocity in this zone while the RSM model underestimates the measure value of velocity. Compatibility was achieved between all three turbulence model predictions and measurements in the outflow section B (Fig.1), however considerable differences were observed in the separation zone. The RSM model provides most accurate predictions in the examined flow domain.

3

Badania modelowe przepływu powietrza w strefie przodkowej wyrobiska z wentylacją lutniową

Branny M., Szmyd J., Jaszczur M., Nowak R., Filipek W., Wodziak W.

Górnictwo i Geologia

|

2013

|

T. 8, z. 3

5--17

PL

W artykule przedstawiono wyniki badań eksperymentalnych i analiz numerycznych przepływu powietrza przez laboratoryjny model wyrobiska ślepego przewietrzanego tłoczącą wentylacją lutniową. Celem badań jest weryfikacja jakościowa oraz ilościowa wyników uzyskanych drogą modelowania komputerowego oraz próba oszacowania dokładności, z jaką symulacje numeryczne odwzorowują przepływ rzeczywisty. Pomiary prędkości wykonano metodą Stereo-PIV (Stereoscopic Particle Image Velocimetry), umożliwiającą wyznaczenie uśrednionych i fluktuacyjnych składowych wektora prędkości oraz kinetycznej energii turbulencji.

EN

In this study results of the experimental and numerical research of the air flow through a laboratory model of the blind heading with the fun and duct system of auxiliary ventilation. The aim of research is an attempt to evaluate the accuracy with which numerical simulations map the real flow. Stereo Particle Image Velocimetry (SPIV) method was used to measure the velocity vector components.

4

Experimental and numerical analysis of the air flow in T-shape channel flow

Szmyd J., Branny M., Karch M., Wodziak W., Jaszczur M., Nowak R.

Archives of Mining Sciences

|

2013

|

Vol. 58, no. 2

333--348

EN

This paper presents the results of experimental and numerical investigations of air flow through the crossing of a mining longwall and ventilation gallery. The object investigated consists of airways (headings) arranged in a T-shape. Maintained for technological purposes, the cave is exposed particularly to dangerous accumulations of methane. The laboratory model is a certain simplification of a real longwall and ventilation gallery crossing. Simplifications refer to both the object’s geometry and the air flow conditions. The aim of the research is to evaluate the accuracy with which numerical simulations model the real flow. Stereo Particle Image Velocimetry (SPIV) was used to measure all velocity vector components. Three turbulence models were tested: standard k-ε, k-ε realizable and the Reynolds Stress Model (RSM). The experimental results have been compared against the results of numerical simulations. Good agreement is achieved between all three turbulence model predictions and measurements in the inflow and outflow of the channel. Large differences between the measured and calculated velocity field occur in the cavity zone. Two models, the standard k-ε and k-ε realizable over-predict the measure value of the streamwise components of velocity. This causes the ventilation intensity to be overestimated in this domain. The RSM model underestimates the measure value of streamwise components of velocity and therefore artificially decreases the intensity of ventilation in this zone. The RSM model provides better predictions than the standard k-ε and k-ε realizable in the cavity zone.

PL

Przedmiotem badań jest walidacja wybranych modeli CFD (Computational Fluid Dynamics) przy przepływie powietrza przez laboratoryjny model skrzyżowania kanałów w kształcie litery T. Stanowisko laboratoryjne przedstawia uproszczony model skrzyżowania ściany z chodnikiem wentylacyjnym. Przyjęto, że przepływ powietrza jest ustalony i izotermiczny. Dla tych warunków z równości liczb Reynoldsa w modelu i obiekcie rzeczywistym wynika warunek podobieństwa uśrednionych pól prędkości (przy załozeniu nieściśliwości powietrza). Pomiar składowych wektora prędkości wykonano metodą SPIV (Stereo Particle Image Velocimetry). W pracy testowano trzy modele turbulencji: standardowy model k-ε, jego modyfikację k-ε „realizable” oraz model naprężeń Reynoldsa (Reynolds Stress Model). Obliczenia numeryczne dla warunków identycznych jak w eksperymencie wykonano przy zastosowaniu programu FLUENT. Zadawalającą zgodność pomiędzy pomiarami i obliczeniami wszystkimi trzema modelami turbulencji uzyskano w kanałach zarówno po stronie dopływu jak i wypływu strumieniem powietrza ze skrzyżowania. Natomiast w strefie wnęki żaden z testowanych modeli nie wykazał pełnej zgodności z wynikami eksperymentalnymi. Do oszacowania dokładności z jaką symulacje numeryczne odwzorowują przepływ rzeczywisty w strefie wnęki wykorzystano wskaźnik charakteryzujący czas zaniku cząstek znacznikowych wprowadzonych do przepływu. Obliczenia wykonano dla dwóch modeli turbulencji: standardowego k-ε oraz modelu RSM. Czas potrzebny do rozrzedzenia początkowej koncentracji gazu znacznikowego do określonego poziomu - w przedziale koncentracji względnej od 0,3 do 0,1 - uzyskany z obliczeń standardowym modelem k-ε jest krótszy o 32%-27% od czasu wynikającego z pomiarów podczas gdy model RSM przeszacowuje wartości mierzone wartości koncentracji gazu o 18%-27%. Dwa z testowanych modeli, mianowicie standardowy k-ε i k-ε „realizable” przeszacowują mierzone wartości składowych wzdłużnych wektora prędkości. Konsekwencją tego jest sztuczne zawyżenie intensywności wentylacji we wnęce. Z kolei model RSM niedoszacowuje mierzone wartości składowych wzdłużnych wektora prędkości co powoduje zaniżenie rzeczywistej intensywności wentylacji tej strefy. Z przeprowadzonych badań wynika, że w obszarze wnęki rezultaty uzyskane modelem RSM są bliższe do wartości mierzonych niż prognozowane standardowym modelem k-ε i modelem k-ε „realizable”.

5

Chmury soczewkowate jako wskaźnik występowania fali orograficznej

Szmyd J.

Przegląd Geofizyczny

|

2012

|

Z. 3-4

393-405

PL

Fala orograficzna to zjawisko atmosferyczne rzadko opisywane w polskiej literaturze meteorologicznej. Jest ono trudne w badaniu, ponieważ występuje na dużej wysokości nad ziemią, w powietrzu przemieszczającym się z dużą prędkością oraz jest niedostrzegalne dla oka ludzkiego. Bezpośrednie badania zjawiska są kosztowe, wymagają specjalistycznej aparatury pomiarowej i wiążą się z wieloma ograniczeniami, dlatego stosuje się metody pośrednie, w tym z wykorzystaniem obserwacji chmur. Celem pracy jest przedstawienie możliwości wykorzystywania chmur gatunku lenticularis jako wskaźnika występowania fali orograficznej, a także ukazanie ograniczeń tej metody. Wynikiem rozważań teoretycznych i studiów literatury są wstępne założenia procedury określania częstości fali orograficznej na podstawie chmur soczewkowatych.

EN

A mountain lee wave is a weather phenomenon rarely reported in the Polish meteorological literature. It is difficult to study because it occurs at high altitude above the ground, in the high-speed flow of air and is imperceptible to the human eye. Direct studies of the phenomenon are limited, they are also expensive and require specialistic equipment. Since indirect methods are used, and cloud observations among them. The paper presents the possibility of using lenticular clouds as an indicator of a mountain lee wave occurrence, as well as showing the limitations of this method. As an effect of theoretical considerations and literature studies the basic methodical assumptions for a lee wave frequency research were elaborated.

6

Air flow measurements through the laboratory stand of the crossing of the long wall and ventilation gallery for CFD code validation

Branny M., Karch M., Wodziak W., Szmyd J., Jaszczur M., Nowak R.

AGH Journal of Mining and Geoengineering

|

2012

|

Vol. 36, no. 2

59-68

EN

In this study results of the experimental and numerical research of the air flow through a system of T- -shape ventilation ducts have been presented. The laboratory model is a certain simplification of the system of the intersection of the long wall and the ventilation gallery. Simplifications refer both to the object's geometry such as the rectangular shape of the cross-section of the workings as well as the lack of elements constituting the long wall and heading equipment along with the air flow conditions such as the lack of air inflow from the goaf domain. The laboratory model consists of the inlet channel (the final part of the long wall), the cavity and the outlet channel (the ventilation gallery) at the end of which a fan has been installed. The aim of the conducted research is an attempt to evaluate the accuracy with which numerical simulations map the real flow. Velocity measurements have been conducted using the PIV method (Particle Image Velocimetry). The point of the measurement lies in the introduction of marker particles to the flowing fluid. Their movement is monitored by a CCD camera perpendicular to the illuminated plane. Digital registration and image correlation allows for the determination of the velocity vectors in the whole flow area. Numerical simulation of the air flow for identical conditions such as during experimental research has been carried out with the CFD methods (Computational Fluid Dynamics) and with the use of the FLUENT software. In the study two turbulence models have been tested: standard k-epsylon and the RNG k-epsylon model. Measurements have been conducted for an average flow velocity equal to 9,85 m/s, and so for Reynolds number equal to 148 600. The experimental results have been compared to the results of numerical simulations. The conducted research allows for evaluation of accuracy with which the numerical simulations map the real flow. The greatest differences between the measured and calculated velocity field occur in the cavity zone. In this part of the flow domain the standard k-epsylon model imitates the conditions of the real flow better than the RNG k-epsylon model. The velocity field at the beginning of the outlet channel is calculated with satisfactory accuracy, however, in the zone of the secondary flow differences between the measurements and calculations are meaningful. In this part of the flow domain the consistency of measurements and calculations is arrived at with the use of the RNG k-epsylon model.

PL

W pracy prezentowane są wyniki badań eksperymentalnych i numerycznych przepływu powietrza przez układ przewodów wentylacyjnych (wyrobisk) w kształcie litery T. Model laboratoryjny jest pewnym uproszczeniem układu wyrobisk skrzyżowania ściany z chodnikiem wentylacyjnym. Uproszczenia dotyczą zarówno geometrii obiektu jak i warunków przepływu. Stanowisko laboratoryjne składa się z kanału dolotowego (końcowy fragment ściany), wnęki i kanału wylotowego (chodnik wentylacyjny) na którego końcu zainstalowano wentylator pracujący w trybie ssącym. Celem przeprowadzonych badań jest próba oszacowania dokładności z jaką symulacje numeryczne odwzorowują przepływ fizyczny. Pomiary prędkości wykonywano metodą PIV (Particle Image Velocimetry). Istota pomiaru polega na statystycznym oszacowaniu ruchu cząstek wskaźnikowych wymieszanych z powietrzem, których ruch rejestrowany jest przez kamerę cyfrową. Cyfrowa rejestracja i korelacja obrazów cząstek umożliwia określenie składowych wektora prędkości w całym obszarze przepływu. Symulację numeryczną przepływu powietrza, dla warunków identycznych jak w badaniach eksperymentalnych wykonano metodą CFD (Computational Fluid Dynamics) przy użyciu programu FLUENT. W pracy testowano dwa modele turbulencji: standardowy k-epsilon i jego modyfikację model RNG k-epsilon. Pomiary wykonano dla średniej prędkości przepływu równej 9,85 m/s czyli przy liczbie Reynoldsa wynoszącej 148 600. Wyniki eksperymentalne porównano z wynikami symulacji numerycznych. Wykonane badania pozwalają na ocenę dokładności z jaką symulacje numeryczne odwzorowują przepływ rzeczywisty. Największe różnice między zmierzonym i obliczonym polem prędkości występują w strefie wnęki. W tej części obszaru przepływu model k-epsilon lepiej niż RNG k-epsilon przybliża warunki rzeczywistego przepływu. Pole prędkości w kanale dolotowym jak i na początku kanału wylotowego obliczane jest z zadawalającą dokładnością jakkolwiek w strefie przepływu wtórnego różnice pomiędzy pomiarami i obliczeniami są znaczące. Dobrą zgodność pomiarów z obliczeniami w tym fragmencie obszaru przepływu uzyskuje się przy użyciu modelu RNG k-epsilon.

7

Kopalnia Bóbrka – 155 lat wydobycia ropy naftowej

Szmyd J.

Wiek Nafty : zeszyty naukowo-historyczne

|

2009

|

R. 19, nr 1

31--33

8

Experimental analysis of velocity and temperature fields in a system similar to the Czochralski method of single crystal growth

Nowak R., Fornalik E., Groniak J., Szmyd J.

Archives of Thermodynamics

|

2008

|

Vol. 29, no. 3

83-102

EN

The mixed convection phenomenon plays a very important role in the Czochralski crystal growth due to its essential influence on the heat and mass transport processes. This paper presents the experimental analysis of the natural and mixed convection in the case of a single crystal growth system by the Czochralski method. The influence of such parameters like: temperature difference, rotation of speed of the crystal and the crucible and also aspect ratios were examined. To simulate a configuration of the Czochralski method a glass cylindrical crucible was immersed in a cubic aquarium filled with water. The copper cylinder simulating the crystal (crystal dummy) was attached to the surface of working fluid. Two constant temperature baths were used to control the level of temperature difference between the crucible walls and the crystal dummy. The crucible and the crystal were rotated by the system of engines. Their movement was continuously controlled. Two main methods were applied to investigate the temperature and velocity fields - DPIT and DPIV. The liquid crystal slurry was used as the tracers in both methods. The results are presented in the from of colour temperature maps and vector velocity fields.

9

Wizualizacja pola temperatury w obszarze konwekcji mieszanej

Fornalik E., Leiner W., Szmyd J., Kolenda Z.

Prace Naukowe Politechniki Warszawskiej. Konferencje

|

2002

|

T. 2, z. 22

417-424

PL

W prezentowanej pracy dokonano wizualizacji pola temperatury w obszarze konwekcji mieszanej. Przedstawiono stanowisko pomiarowe, warunki eksperymentu oraz metody badawcze wykorzystane podczas wizualizacji pola temperatury. Dokonano analizy wyników wizualizacji pola temperatury i porównano je z wynikami dotyczącymi pola prędkości.

EN

The visualisation of a temperature field in mixed convection by using the termochromic liquid crystals is presented in this paper. The experimental set-up, experimental conditions and applied methods were described. The images of temperature field were analised and compared to the results of velocity field.

10

Analiza numeryczna konwekcji naturalnej w układzie cylindrycznym z radiacyjną wymianą ciepła z powierzchni swobodnej

Jaszczur M., Szmyd J., Kolenda Z.

Prace Naukowe Politechniki Warszawskiej. Konferencje

|

2002

|

T. 2, z. 22

581-588

PL

W pracy przedstawiono wyniki trójwymiarowej niestacjonarnej analizy numerycznej konwekcji naturalnej w pionowym cylindrze z radiacyjną wymianą ciepła z powierzchni swobodnej. Rozpatrywany był płyn nieściśliwy, newtonowski, spełniający aproksymację Boussinesqa. Porównanie wyników obliczeń z eksperymentalnymi obserwacjami tworzenia się wirów wykazują na poprawność modelu. Ze wzrostem liczby Rayleigha powstające struktury stają się coraz bardziej złożone oraz niestabilne. Wykazano, że rozkład temperatury na powierzchni bocznej cylindra oraz radiacyjna wymiana ciepła odgrywają kluczową rolę dla całego zjawiska.

EN

Three-dimensional analysis of unsteady buoyancy driven convection and radiation from the free surface of the fluid in a vertical cylinder was carried out. The fluid was assumed to be incompressible, Newtonian and Boussinesq. Comparison of numerical result and experimental observation of evolution of spoke pattern has shown good agreement. With increasing Rayleigh number the flow structure became unsteady and unstable. It has been shown that temperature distributions on the vertical wall and radiative heat transfer from the free surface of the flow were found to play a key role.

11

Analiza numeryczna turbulentnego transportu ciepła ciekłego krzemu podczas wytwarzania kryształu krzemu metodą Czochralskiego

Mika G., Szmyd J.

Zeszyty Naukowe. Cieplne Maszyny Przepływowe - Turbomachinery / Politechnika Łódzka

|

2000

|

nr 117, vol. 2

149-154

PL

W artykule przedstawiono analizę numeryczną procesu wytwarzania kryształów krzemu metodą Czochralskiego. Dla wyznaczenia wielkości związanych z turbulentnym transportem ciepła posłużono się trzema modelami turbulencji bazującymi na modelach k-ε (low-Reynolds number models). Wyniki obliczeń przedstawiono zarówno dla konwekcji naturalnej jak i konwekcji mieszanej związanej z ruchem obrotowym krysztahi oraz tygla. Przeanalizowano wpływ czynników zewnętrznych na pola prędkości oraz temperatury ciekłej fazy krzemowej.

EN

Numerical analysis was performed for the Czochralski growth process of silicon melt. Three models for turbulent convection were tested in order to simulate the turbulent quantities of the fluid motions. Each of the models was based on low-Reynolds k-ε model. Calculations were presented for the combination of buoyancy - driven flow and flow driven by crystal and crucible rotation. The influence of external parameters on the flow and temperature pattern of the melt was analysed.

12

ESF-AMIF PCC99 Workshop : book of abstracts

Kowalewski T. A., Stella F., Banaszek J., Szmyd J.

Prace Instytutu Podstawowych Problemów Techniki PAN

|

1999

|

nr 5

4-169