Wyniki wyszukiwania - BazTech

1

The use of Lempel-Ziv complexity to analyze turbulence and flow randomness based on velocity fluctuations

Blonski S., Pregowska A., Michalek T., Szczepanski J.

Bulletin of the Polish Academy of Sciences. Technical Sciences

|

2019

|

Vol. 67, nr 5

957--962

EN

One of the mathematical tools to measure the generation rate of new patterns along a sequence of symbols is the Lempel-Ziv complexity (LZ). Under additional assumptions, LZ is an estimator of entropy in the Shannon sense. Since entropy is considered as a measure of randomness, this means that LZ can be treated also as a randomness indicator. In this paper, we used LZ concept to the analysis of different flow regimes in cold flow combustor models. Experimental data for two combustor’s configurations motivated by efficient mixing need were considered. Extensive computer analysis was applied to develop a complexity approach to the analysis of velocity fluctuations recorded with hot-wire anemometry and PIV technique. A natural encoding method to address these velocity fluctuations was proposed. It turned out, that with this encoding the complexity values of the sequences are well correlated with the values obtained by means of RMS method (larger/smaller complexity larger/smaller RMS). However, our calculations pointed out the interesting result that most complex, this means most random, behavior does not overlap with the “most turbulent” point determined by the RMS method, but it is located in the point with maximal average velocity. It seems that complexity method can be particularly useful to analyze turbulent and unsteady flow regimes. Moreover, the complexity can also be used to establish other flow characteristics like its ergodicity or mixing.

2

Investigations of modular microfluidic geometries for passive manipulations on droplets

Zaremba D., Blonski S., Jachimek M., Marijnissen M. J., Jakiela S., Korczyk P. M.

Bulletin of the Polish Academy of Sciences. Technical Sciences

|

2018

|

Vol. 66, nr 2

139--149

EN

Multiple pipetting is a standard laboratory procedure resulting in the compartmentalisation of a liquid sample. Microfluidics offers techniques which can replace this process by the use of tiny droplets. Passive manipulation on droplets is an interesting and promising approach for the design of microfluidic devices which on one hand are easy-to-use and on the other, execute complex laboratory procedures. We present a comprehensive study of the geometry of microfluidic components which encode different operations on droplets into the structure of the device. The understanding of hydrodynamic interactions between the continuous flow and a droplet travelling through confined space of nontrivial microfluidic geometries is crucial for a rational and efficient design of new generation of modular microfluidic processors with embedded instructions.

3

Modeling of pneumatic melt drawing of polypropylene super-thin fibers in the Laval nozzle

Blim A., Jarecki L., Blonski S.

Bulletin of the Polish Academy of Sciences. Technical Sciences

|

2014

|

Vol. 62, nr 1

43--54

EN

Melt spinning of the fibers by supersonic air jet in the Laval nozzle is a novel, efficient and energy saving method of formation of super-thin fibers. In the process, polymer melt is extruded from a row of orifices and fast drawn by the pneumatic forces. In the modelling, air velocity, temperature and pressure distributions are computed from the k-! aerodynamic model. Computations of the polymer air-drawing dynamics are based on the mathematical model of melt spinning in a single-, thin-filament approximation and Phan-Thien/Tanner non-linear viscoelasticity of the polymer melt. Axial profiles of the polymer velocity, temperature, tensile stress and rheological extra-pressure are computed. Influence of the Laval nozzle geometry, initial air compression, an initial melt temperature, a polymer mass output and the diameter of the melt extrusion die is discussed. The role of the polymer molecular weight, melt viscosity and relaxation time is considered. Example computations show the influence of important processing and material parameters. In the supersonic process, a high negative internal extra-pressure is predicted in the polymer melt under high elongation rates which may lead to cavitation and longitudinal burst splitting of the filament into a high number of sub-filaments. A hypothetical number of sub-filaments at the splitting is estimated from an energetic criterion. The diameter of the sub-filaments may reach the range of nano-fibers. A substantial influence of the Laval nozzle geometry is also predicted.

4

Computer modeling of pneumatic formation of superthin fibres

Jarecki L., Blonski S., Zachara A., Blim A.

Computer Methods in Materials Science

|

2011

|

Vol. 11, No. 1

74-80

EN

Dynamics of a novel pneumatic process of superthin fibres formation from polymer melts in supersonic air jets in the Laval nozzle is studied using computer simulation. The approach bases on the mathematical k-omega models of air flow in the nozzle and air drawing of polymer filaments in the coaxial air jet. The aerodynamic fields can be considered as undis-turbed by presence of a single row of thin polymer filaments and predetermined air conditions are used in the modeling. The air fields are simulated for several values of the air compressions in the nozzle inlet and two nozzle geometries. Driving force of the Laval nozzle process results from the air drag forces acting onto the filament surface. Mathematical model of stationary melt spinning in single-, thin-filament approximation is applied with the effects of non-linear viscoelasticity of the polymer melt accounted for. The model allows also to discuss non-linear stress-optical relationship reflecting online molecular orientation, as well as online crystallization of the polymer filament if it occurs. Negative rheological extra-pressure in the air-drawn filament is predicted, as resulting from non-linear viscoelasticity of the polymer melt subjected to high elongation rates. The negative extra-pressure could lead to cavitation and longitudinal burst splitting of each filament into a high number of superthin sub-filaments. A hypothetical mean diameter of the sub-filaments is estimated from an energetic criterion. Example computations of the dynamie proflles of air drawing and discussion concern isotactic polypropylene (iPP) subjected to the Laval nozzle process.

PL

Prezentowana jest komputerowa symulacja dynamiki nowego pneumatycznego procesu formowania supercienkich włókien ze stopu polimeru w naddźwiękowycm strumieniu powietrza z zastosowanie dyszy Lavala. Podejście bazuje na matematycznym modelu przepływu powietrza w dyszy Lavala oraz pneumatycznego rozciągania cienkich strug polimeru we współosiowym strumieniu powietrza. W pneumatycznym przędzeniu pola aerodynamiczne można rozważać jako niezaburzone obecnością pojedynczego szeregu cienkich strug polimeru i w modelowaniu procesu stosowane są pola predeterminowane wyznaczone na gruncie aerodynamicznego modelu k-omega. Pola aerodynamiczne są wyznaczone w przypadku kilku wartości ciśnienia powietrza na wejściu dyszy oraz dwu geometrii dyszy. Siła napędowa procesu j z dyszą Lavala wynika z sił tarcia aerodynamicznego na powierzchni włókien. Zastosowano matematyczny model stacjonarnego przędzenia ze stopu polimeru w przybliżeniu pojedynczego, cienkiego włókna, z uwzględnieniem efektów nieliniowej lepkosprężystości stopu. Model pozwala również dyskutować nieliniowe właściwości elastooptyki wynikające z kształtującej się orientacji molekularnej, a także krystalizację i polimeru w przypadku jej zachodzenia podczas formowania. Przewidziano występowanie ujemnego ekstra-naprężenia reologicznego w pneumatycznie rozciąganym włóknie, wynikającego z nieliniowych właściwości lepkosprężystych stopu i poddanego szybkiemu rozciąganiu. Ujemne ekstra-naprężenie może prowadzić do kawitacji w objętości włókna i podłużnego rozpryskowego rozszczepienia się włókna na dużą liczbę supecienkich włókienek. Oszacowano z kryterium energetycznego hipotetyczną średnią wartość średnicy włókienek powstałych w wyniku rozszczepienia. Przykładowe obliczenia profili dynamicznych oraz dyskusja dotyczy procesu przędzenia w dyszy Lavala ze stopu izotaktycznego polipropylenu (iPP).

5

Impact of transversely-oriented wall corrugation on hydraulic resistance of a channel flow

Szumbarski J., Blonski S., Kowalewski T. A.

Archive of Mechanical Engineering

|

2011

|

Vol. LVIII, nr 4

441-466

EN

The impact of the transversely-oriented sinusoidal wall corrugation on the hydraulic drag is investigated numerically for the flow through the channel of finite width and with flat sidewalls. The numerical method, based on the domain transformation and Chebyshev-Galerkin discretization, is used to investigate the flow resistance of the laminar, parallel and pressure-driven flow. The obtained results are compared to the reference case, i.e., to the flow through the channel with rectangular cross section of the same aspect ratio. Simple explanation of the gain in the volumetric flow rate observed in the flow through spanwise-periodic channel with long-wave transversely-oriented wall corrugation is provided. In the further analysis, pressure drop in the flows with larger Reynolds numbers are studied numerically by means of the finite-volume commercial package Fluent. Preliminary experimental results confirm the predicted tendency.

PL

Przedmiotem artykułu jest analiza numeryczna wpływu poprzecznego sinusoidalnego pofalowania ścian na opory hydrauliczne przepływu cieczy lepkiej w kanale. Do wyznaczenia stacjonarnego pola ruchu cieczy lepkiej w kanale posłużono się transformacją obszaru i spektralną metodą Czebyszewa-Galerkina. Obliczone wartości strat ciśnienia porównano z przepływem laminarnym w kanale o ścianach płaskich i przekroju prostokątnym, przy zachowaniu takiej samej wartości stosunku szerokości kanału do jego wysokości. Podano objaśnienie efektu zmiejszenia oporów hydraulicznych w przypadku poprzecznego pofalowania o dużej długości fali. Omówiono również wyniki analizy wpływu pofalowania ścian na straty ciśnienia dla przepływów z większymi liczbami Reynoldsa, uzyskane przy pomocy komercyjnego programu Fluent. Przedstawiono wstępne wyniki badań eksperymentalnych, które potwierdzają zależności otrzymane w modelach numerycznych.