Wyniki wyszukiwania - BazTech

1

Application of Artificial Neural Networks for Mathematical Modelling of Horizontal Jet Fires

Lewak Michał, Tępiński Jarosław

Safety & Fire Technology

|

2023

|

Vol. 62, iss. 2

34--48

EN

Aim: This article focuses on the use of artificial neural networks to mathematically describe the parameters that determine the size of a jet fire flame. To teach the neural network, the results of a horizontal propane jet fire, carried out experimentally and using CFD mathematical modelling, were used. Project and methods: The main part of the work consisted of developing an artificial neural network to describe the flame length and propane-air mixing path lengths with good accuracy, depending on the relevant process parameters. Two types of data series were used to meet the stated objective. The first series of data came from field tests carried out by CNBOP-PIB and from research contained in scientific articles. The second type of data was provided by numerical calculations made by the authors. The methods of computational fluid mechanics were used to develop the numerical simulations. The ANSYS Fluent package was used for this purpose. Matlab 2022a was used to develop the artificial neural network and to verify it. Results: Using the nftool function included in Matlab 2022a, an artificial neural network was developed to determine the flame length Lflame and the length of the Slift-off mixing path as a function of the diameter of the dnozzle and the mass flux of gas leaving the nozzle. Using Pearson’s correlation coefficient, a selection was made of the best number of neurons in the hidden layer to describe the process parameters. The neural network developed allows Lflame and Slift-off values to be calculated with good accuracy. Conclusions: Artificial neural networks allow a function to be developed to describe the parameters that determine flame sizes in relation to process parameters. For this purpose, the results of the CFD simulations and the results of the jet fire experiments were combined to create a single neural network. The result is a ready-made function that can be used in programmes for the rapid determination of flame sizes. Such a function can support the process of creating scenarios in the event of an emergency. A correctly developed neural network provides opportunities for the mathematical description of jet fires wherever experimental measurements are not possible. Solution proposed by the authors does not require a large investment in ongoing calculations, as the network can be implemented in any programming language.

PL

Cel: W artykule skupiono się na wykorzystaniu sztucznych sieci neuronowych do opisu matematycznego parametrów określających rozmiary płomienia pożaru strumieniowego. Do uczenia sieci neuronowej wykorzystano wyniki badań poziomego pożaru strumieniowego propanu, przeprowadzone doświadczalnie i przy pomocy modelowania matematycznego metodą CFD. Projekt i metody: Główna część pracy polegała na opracowaniu sztucznej sieci neuronowej, która z dobrą dokładnością będzie opisywała długość płomienia oraz długości drogi mieszania propanu z powietrzem w zależności od istotnych parametrów procesowych. Do realizacji postawionego celu wykorzystano dwa typy serii danych. Pierwsza seria danych pochodziła z badań poligonowych wykonanych przez CNBOP-PIB oraz z badań zawartych w artykułach naukowych. Drugi typ danych dostarczyły obliczenia numeryczne wykonane przez autorów. Do opracowania symulacji numerycznych wykorzystano metody obliczeniowej mechaniki płynów. W tym celu zastosowany został pakiet ANSYS Fluent. Do opracowania sztucznej sieci neuronowej oraz jej weryfikacji użyto programu Matlab 2022a. Wyniki: Korzystając z funkcji nftool , zawartej w programie Matlab 2022a, opracowano sztuczną sieć neuronową do wyznaczenia długości płomienia Lflame i długości drogi mieszania Slift-off w zależności od średnicy dyszy dnozzle i strumienia masowego gazu opuszczającego dyszę. Do opisu parametrów procesowych wybrano najbardziej adekwatną liczbę neuronów w warstwie ukrytej. Wykorzystano do tego współczynnik korelacji Pearsona. Opracowana sieć neuronowa pozwala z dobrą dokładnością obliczyć wartości Lflame i Slift-off. Wnioski: Sztuczne sieci neuronowe pozwalają na opracowanie funkcji opisującej rozmiar płomienia w zależności od parametrów procesowych. W celu stworzenia jednej sieci neuronowej połączono wyniki symulacji CFD i wyniki doświadczeń pożarów strumieniowych. W rezultacie otrzymano gotową funkcję, która może być użyta w programach służących do szybkiego określania rozmiarów płomienia. Funkcja taka może wspomagać proces tworzenia scenariuszy na wypadek wystąpienia sytuacji awaryjnej. Poprawnie opracowana sieć neuronowa pozwala opisać w sposób matematyczny pożary strumieniowe wszędzie tam, gdzie wykonanie pomiarów doświadczalnych nie jest możliwe. Proponowane rozwiązanie nie wymaga dużych nakładów finansowych na prowadzone obliczenia, ponieważ sieć może być zaimplementowana w dowolnym języku programowania.

2

Symulacja numeryczna CFD oddziaływania wiatru na konstrukcję dachu budynków jednokondygnacyjnych

Wojnar Andrzej

Inżynieria i Budownictwo

|

2023

|

R. 79, nr 1-2

75--79

PL

W artykule przedstawiono symulacje numeryczne CFD oddziaływania wiatru na dachy budynków jednokondygnacyjnych. Przeprowadzono obliczenia komputerowe, na podstawie których określono rozkład ciśnienia wiatru na połaciach dachu oraz wartości sił obciążających górne krawędzie ścian budynku. Pod uwagę wzięto 9 klas wiatru (klasyfikacja z uwagi na prędkość wiatru, od wiatru gwałtownego do huraganu dewastującego). Rozpatrzono dachy jedno-, dwu- i czterospadowe. Wzięto pod uwagę różne kierunki działania wiatru. Analizę wykonano z wykorzystaniem modeli komputerowych bazujących na metodzie elementów skończonych i symulacjach numerycznych CFD. Obliczenia przeprowadzono na przykładzie budynku o wymiarach w rzucie 14x7 m.

EN

This paper presents CFD numerical simulations of wind load on the roofs of single-storey buildings. Computer calculations were carried out. Based on these, the pressure distribution on the roof surface and the distribution of forces on the upper edges of the building walls were determined. For this purpose the nine wind classes were used - classification according to wind speed (from violent wind to devastating hurricane). Single, double and hipped roofs were considered. Different wind directions were taken into account. The computational analyses were carried out using computer models based on the finite element method and CFD numerical simulations. The calculations were carried out on the example of a building with dimensions of 14x7 m in plan.

3

Preliminary analysis of catenoid chimney cooling towers

Wiśniowski Maciej, Walentyński Robert, Cornik Dawid

Bulletin of the Polish Academy of Sciences. Technical Sciences

|

2023

|

Vol. 71, nr 6

art. no. e147341

EN

Optimization plays an important role in scientific and engineering research. This paper presents the effects of using the catenoidal shape to design the structure of a chimney cooling tower. The paper compares some geometrical variations of the catenoid with the reference existing hyperboloidal structure. It also compares internal forces, deformation and stability of the catenoidal structure. The comparison shows some predominance of the catenoid over the popular hyperboloid structure of the shell. The paper attempts to find an optimal shape of the cooling tower in order to reduce the amount of material and labor. The paper utilizes engineering tools and the designing process for chimney cooling towers.

4

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).

5

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.

6

Study of flow pattern on a hydrofoil with structural and profile modification

Chada Jithendra Sai Raja, Rao B. S. V. Rama

Journal of Mechanical and Energy Engineering

|

2022

|

Vol. 6, No 1

27--31

EN

Moving through water takes much more effort than walking through air, and this explains why ships travel much more slowly than automobiles and aircraft. Water is almost 1000 times denser than air, so most of the energy produced by a boat is taken up by dragging (water resistance). Hydrofoils travel much more quickly than ordinary boats, not by pushing through water but by raising the hull (the main body) of the boat upward so it can glide above the waves. Hydrofoil is one of the typical factors that affect the vortex structure and flow characteristics of hydraulic machinery. In order to enhance the utilisation efficiency of hydraulic machinery in marine energy, parallel grooves are proposed and applied to the hydrofoil. Following that, a numerical analysis is performed using the SST k- turbulence model, and the effects of the hydrofoil profile, the angle of attack and the flow are investigated. The profiles of NACA 0066, NACA 8412, NACA M2 and RAE 104 are considered for the study. The performance is analysed based on the lift to drag ratio. The best model from this is given with surface modification and the flow study is carried out at different angles of attack. The modified profile of NACA 8412 with parallel groves has shown the highest lift to drag ratio at a 12 degree angle of attack.

7

CFD Analysis of The Tractor Propulsion Concepts for an Inverted Joined Wing Airplane

Dziubiński Adam

Transactions on Aerospace Research

|

2020

|

Nr 2 (259)

13--26

EN

Efficiency is a crucial parameter for an airplane to reduce both cost of operations and emission of pollutants. There are several airplane concepts that potentially allow for increasing the efficiency. A few of them were not investigated thoroughly enough yet. The inverted joined wing configuration, with the upper wing in front of the lower one is an example of such concept. Therefore, a project consisting of development of an experimental scaled demonstrator, and its wind tunnel and flight testing, was undertaken by consortium: Institute of Aviation, Warsaw University of Technology, Air Force Institute of Technology and a MSP company. Results led to a conclusion, that the inverted joined wing configuration allows to build an airplane with excellent performance, but its advantage against the conventional airplane is marginal because of large trimming drag of the configuration with relatively high position of the thrust vector in pusher configuration. It was applied because the demonstrator was a flying model of manned airplane and the tractor configuration would affect the pilot’s field of observation. However, in case of the UAV, this reason becomes insignificant. Therefore two configurations of tractor propulsion were tested to see, if their performance is better than the performance of original design.

PL

Doskonałość jest kluczowym parametrem samolotu decydującym o redukcji kosztów operacyjnych i ilości emitowanych zanieczyszczeń. Istnieje kilka układów samolotu, które potencjalnie pozwalają na zwiększenie doskonałości. Kilku z nich nie przebadano dotychczas dogłębnie. Konfiguracja odwróconego płata zespolonego, gdzie przednie skrzydło w układzie górnopłata łączy się z tylnym w układzie dolnopłata, jest dobrym przykładem takiej koncepcji. Stąd, projekt mający na celu zbudowanie skalowanego demonstratora oraz przetestowanie w tunelu aerodynamicznym i w locie, został wykonany przez powołane do tego celu konsorcjum w składzie: Instytut Lotnictwa, Politechnika Warszawska, Instytut Techniczny Wojsk Lotniczych i firma MSP. Rezultaty dowiodły, że zastosowanie odwróconej konfiguracji połączonych skrzydeł pozwala na zbudowanie samolotu o doskonałych osiągach. Jego przewaga nad samolotami konwencjonalnymi jest jednak marginalna ze względu na duży opór konfiguracji w warunkach równowagi. Wynika on z konieczności zrównoważenia momentu od relatywnie wysoko położonego napędu. Napęd tak umiejscowiono ze względu na to, że demonstrator był modelem zdalnie sterowanym samolotu załogowego, w którym przedni napęd znacząco ograniczałby pole widzenia załogi. W przypadku bezzałogowca argument ten traci na istotności. Dlatego wybrano i przebadano obliczeniowo dwie konfiguracje napędu ciągnącego, sprawdzając, czy ich osiągi poprawią się względem oryginalnej konstrukcji.

8

Fluid dynamic and acoustic optimization methodology of a formula-student race car engine exhaust system using multilevel numerical CFD models

Mohamad Barhm, Ali Mohammed Qasim, Neamah Hayder Ahmed, Zelentsov Andrei, Amroune Salah

Diagnostyka

|

2020

|

Vol. 21, No. 3

103--111

EN

In this work a multilevel CFD analysis have been applied for the design of an engine exhaust system include manifold and muffler with improved characteristics of noise reduction and fluid dynamic response. The approaches developed and applied for the optimization process range from the 1D to fully 3D CFD simulation, exploring hybrid approaches based on the integration of a 1D model and 3D tools. Once the best configuration has been defined, the 1D-3D approach has been adopted to confirm the prediction carried out by means of the simplified approach, studying also the impact of the new configuration on the engine performances.

9

Impact of coronary tortuosity on the artery hemodynamics

Buradi Abdulrajak, Mahalingam Arun

Biocybernetics and Biomedical Engineering

|

2020

|

Vol. 40, no. 1

126--147

EN

The presence of tortuosity in coronary artery (CA) affects the local wall shear stress (WSS) which is an influencing hemodynamic descriptor (HD) for the development of atherosclerotic sites. To conduct a morphological parametric study in coronary arteries (CAs), several idealized tortuous artery models were obtained by varying three morphological indices namely, curvature radius (CR), distance between two bends (DBB) and the angle of bend (AoB). Computational fluid dynamics methodology with multiphase mixture theory is used to explore the effect of coronary tortuosity on various WSS based hemodynamic descriptors (HDs) namely, time-averaged WSS, oscillatory shear index, time-averaged WSS gradient, endothelial cell activation potential and the relative residence time that are used to determine the vulnerable locations for the onset of thrombosis and atherosclerosis. Our findings suggest that all the tortuosity morphological indices, CR, DBB and AoB have significant influence on the distributions of various HDs and hemodynamics. It is also observed that atherosclerosis prone sites were witnessed at the inner artery wall at downstream regions of the bend section 1 and bend section 2 in all the tortuous artery models studied and found to increase as the CR and DBB were reduced however, found to increase as the AoB is increased. Hence, severe coronary tortuosity in CAs with small CR, small DBB and higher AoB may have lower WSS zones at inner bend sections which promote atherosclerosis plaque progression. The analysis obtained from this multiphase blood flow study can be employed potentially in the clinical assessment on the severity of atherosclerosis lesions as well as in understanding the underlying mechanisms of localization and formation of atherosclerotic plaques.

10

A review of flow acoustic effects on a commercial automotive exhaust system - methods and materials

Mohamad Barhm

Journal of Mechanical and Energy Engineering

|

2019

|

Vol. 3, No 2

149--156

EN

Literature review on flow acoustic methods and materials of an automotive muffler. A car is judged comfortable also depending on the acoustic level transmitted inside, and a thorough knowledge of acoustics of ducts and mufflers is needed for the design of efficient muffler configurations. Unstable exhaust gas at high temperature flowing from internal combustion engine manifold may cause of noise and vibrations conflicting with the high standard of acoustic comfort requested by this kind of vehicle. The basic gaols are to define most important methods to identify noise occur from the motion of fluid in case of turbulent model. Materials properties like velocity, temperature, thermal conductivity and density have been technical presented in this work.

11

A new correlation for predicting the hydrothermal characteristics over flat tube banks

Sahel Djamel, Ameur Houari, Boudaoud Warda

Journal of Mechanical and Energy Engineering

|

2019

|

Vol. 3, No 3

273--280

EN

The flat tubes are necessary apparatus to design the modern heat exchangers. In this context, a CFD (computational fluid dynamics) study has been achieved to explore the influence of the flat tube size on the heat transfer characteristics in cross-flow over flat tube banks. The calculations are performed with the help of the computer software (Fluent) which is based on the finite volume method to solve the continuity, momentum and energy equations. The numerical investigations are achieved for laminar flow (Reynolds numbers changing from 50 to 800), two dimensional flows and incompressible fluids. Some predicted results are compared with available experimental data of the literature and a satisfactory agreement is observed. The obtained results show a decrease in the heat transfer coefficient with increased size of the flat tube. A new valuable empirical correlation is suggested for the prediction of heat transfer coefficients over a flat tube bank. The proposed correlation may be useful for engineers to predict the heat transfer rates in such devices without requirements of experimental measurements.

12

Anatomical factors of human respiratory tract influencing volume flow rate and number of particles arriving at each bronchus

Watanabe Jobu, Watanabe Mariko

Biocybernetics and Biomedical Engineering

|

2019

|

Vol. 39, no. 2

526--535

EN

Inhalants, such as bronchodilators, are often used to treat asthma. Numerical simulation can be applied to quantitatively evaluate the transport and deposition of medicinal particulates in the respiratory tract. In this study, numerical simulation of an airflow including particles in a tracheobronchial model was conducted based on a computed tomography (CT) image of a human respiratory tract, and then the anatomical factors of the airway that influence the volume flow rate and the number of particles arriving at each bronchus were investigated. The oral cavity, pharynx, larynx, trachea, and intra-thoracic central airways of up to seven generations were modeled from the CT image. The airflow was simulated by large eddy simulation using OpenFOAM ver. 2.3.1. The particle transport was calculated in a Lagrangian manner. Statistical analysis was performed on the results of computational fluid dynamics simulation. It was found that the cross-sectional area of the outlet boundary, the total distance of the center line of the respiratory tract between the carina and the outlet boundary, and the angles between each bronchus and the trachea have large influences on the volume flow rate at each outlet. These influences increase almost linearly as the inhalation flow rate increases. The outlet area and the total angle markedly influenced the number of arriving particles. Larger particles are more likely to be influenced by the angle at which the direction of the particle is deflected. As the inhalation flow rate increases, the influence of the total angle increases and that of the outlet area decreases in all particle conditions.

13

Badanie transportu masy i charakterystyki mieszania w przepływie segmentowym

Dzierla J., Staszak M., Alejski K.

Przemysł Chemiczny

|

2018

|

T. 97, nr 12

1998--2002

PL

Zbadano transport masy w przepływie segmentowym generowanym w mikroreaktorze typu T o średnicy wewnętrznej 3 mm. Przebieg reakcji śledzono dzięki zmianie barwy błękitu bromotymolowego podczas neutralizacji wodnego roztworu wodorotlenku sodu kwasem octowym. Analiza fotografii pozwoliła zaobserwować niejednolitość w rozkładzie stężeń oraz wykazała zależność długości segmentów obu faz od objętościowego natężenia przepływu. Obecność stref martwych o słabym mieszaniu udało się potwierdzić z wykorzystaniem technik CFD (computational fluid dynamics). Przedstawiono drogę transportu masy wewnątrz segmentów z wykorzystaniem mapy wektorowej prędkości w przekroju poprzecznym segmentu. Wykazano również zależność pomiędzy szybkością reakcji a wartością dyssypacji energii, która może stanowić podstawę do szacowania szybkości wymiany masy w mikroreaktorach.

EN

The mass transport in the segmented flow generated in a T-type microreactor (internal diam. 3 mm) was monitored by changing the color of the bromothymol blue during neutralizing NaOH with AcOH. A heterogeneity in the distribution of concns. and a relationship between the length of segments and volumetric flow rate were obsd. The presence of dead zones with poor mixing was confirmed by using computational flow dynamics techniques. The relationship between the reaction rate and the energy dissipation was also shown.

14

Applying CFD for studying the dynamic and thermal behavior of an indirect solar dryer: paramertric analysis

Khaldi S., Korti A. N., Abboudi S.

Mechanics and Mechanical Engineering

|

2018

|

Vol. 22, nr 1

253--272

EN

In this work, an indirect solar dryer integrated thermal storage for drying figs. (Ficuscarica) is studied numerically. Unsteady turbulent airflow and heat transfer through a two-dimensional model is carried out for a typical day of August under the climatic conditions of Tlemcen (Algeria). Effects of air inlet size and thickness of the packed bed on the dynamic and thermal behaviors of the dryer with and without packed bed have been discussed. The study shows that: (1) Increase the inlet size from 0.04 m to 0.10 m can accelerate the extraction of air by about 13% and reduce the maximum crops temperature by about 14%. (2) The packed bed can reduce the mass flow rate extracted by 22% and the fluctuations of air temperature by 1.3%. (3) A packed bed with a thickness of 0.15 m can extend the operating time of the dryer up to 23%.

15

A software tool for automatic geometry generation of a micro turbine

Hoffmann S. P., Rückert F. U., Theis D., Ruffino A. G., Lehser-Pfeffermann D., Hübner D.

Mechanics and Mechanical Engineering

|

2018

|

Vol. 22, nr 2

465--478

EN

Heat recovery plays an important role in increasing the efficiency of renewable energy facilities like biomass furnaces, solar power plants or biofuel combustion engines. As the overall efficiency of the facilities can be increased by recovering the energy. The available waste heat can be converted directly into mechanical energy, pressure or subsequently converted into electrical energy by coupling the expansions machine with a generator. The waste heat can be converted by Organic Rankine Cycle (ORC). Therefore, an expansion machine, e.g. a turbine is required. Also small amounts of waste heat can be recovered, if so-called micro turbines are used. Design and construction of such micro turbines always follow fixed rules. Aim of this work is to explain the rules how to design a micro turbine. Furthermore, our workflow and a software tool which follows these rules should be presented.

16

Modelowanie procesu napełniania przy użyciu obliczeniowej mechaniki płynów

Makowski Ł., Wyszomierska E., Grochowiecki M.

Inżynieria i Aparatura Chemiczna

|

2018

|

Nr 4

102--103

PL

Celem pracy było przeprowadzenie symulacji procesu napełniania pojemników cieczami pieniącymi się o różnych właściwościach reologicznych oraz określenie wpływu tych właściwości na ułamek objętościowy powietrza w cieczy. Wykazano, że zgodnie z przewidywaniami największy wpływ ma lepkość oraz napięcie powierzchniowe płynu. Im niższa wartość napięcia powierzchniowego tym powstawała większa liczba pęcherzyków powietrza podczas procesu napełniania. Dla cieczy o dużej lepkości proces przebiegał odmiennie - zatrzymane powietrze w cieczy w trakcie procesu dużo wolniej zanika niż przy nalewaniu cieczy o małej lepkości.

EN

The aim of this work is to simulate the process of filling containers with foaming liquids with different rheological properties and to determ ine the effect of these properties on the volume fraction of air in the liquid. It has been shown that, as predicted, viscosity and surface tension of the fluid have the greatest influence. The lower the surface tension, the greater the number of air bubbles during the filling process. For viscous liquids the process is different - the air retained in the liquid during the process disappears much slower than when pouring Iow viscosity liquids.

17

Numeryczna analiza pracy konwekcyjnego ogrzewacza pomieszczeń opalanego paliwem gazowym

Siuda T., Wojtowicz R.

Gaz, Woda i Technika Sanitarna

|

2018

|

Nr 9

322--326

PL

Praca przedstawia numeryczną analizę pracy konwekcyjnego ogrzewacza pomieszczeń opalanego paliwem gazowym w warunkach równowagi cieplnej dla układu z naturalną grawitacją. Uzyskano informacje na temat sprawności cieplnej urządzenia oraz jego bilans masowy. Pokazano rozkład temperatury na powierzchni urządzenia i w jego wnętrzu. Podano również zalety stosowania metod numerycznych do optymalizacji geometrii urządzenia. Obliczenia numeryczne CFD przeprowadzono z wykorzystaniem komercyjnego kodu ANSYS Workbench 17.0 - program FLUENT.

EN

This paper presents a numerical investigation of the independent gas-fired convection heater work in thermal equilibrium for natural gravity system. Tested convection gas heater was connected to air/flue duct. In this paper information about thermal efficiency, mass and fluid flow and contours of temperature on the surface of the device and in his interior are given. The advantages of using numerical methods to optimize the geometry of the device were also presented. Numerical calculation were performed using commercial code ANSYS Workbench 17.0 - Fluent program.

18

Performance Investigation of a Double Pipe Heat Exchanger under Different Flow Configuration by Using Experimental and Computational Technique

Kannojiya V., Gaur R., Yadav P., Sharma R.

Archive of Mechanical Engineering

|

2018

|

Vol. LXV, nr 1

27--41

EN

Heat exchangers are widely employed in numerous industrial applications to serve the heat recovery and cooling purpose. This work reports a performance analysis of a tube in tube heat exchanger for different flow configuration under variable operating conditions. The experimental investigation was performed on a U-shaped double pipe heat exchanger set up whereas Commercial Computational Fluid Dynamics code FLUENT along with k-ε turbulence modeling scheme was implemented for the simulation study. The flow solution was achieved by implementing k-ε turbulence modeling scheme and the simulation findings were compared with the experimental results. The experimental findings were in good agreement with the simulation results. The counter-flow configuration was found to be 29.4% more effective than the cocurrent one at low fluid flow rate. Direct relationship between heat transfer rate and flow rate is observed while effectiveness and LMTD showed inverse relationship with it. The significance of inlet temperature of hot and cold stream has been evaluated, they play crucial role in heat exchange process.

19

Numerical analysis of erosion wear and pressure drop for turbulent multiphase slurry flow

Kannojiya V., Darshan M. B., Chandra Y. P.

Archive of Mechanical Engineering

|

2018

|

Vol. LXV, nr 3

361--378

EN

The disposal of ash in a thermal plant through the slurry pipe is subjected to some erosion wear due to the abrasive characteristics of the slurry. A simulation study of particle-liquid erosion of mild steel pipe wall based on CFD-FLUENT that considers the solid-liquid, solid-solid and solid-wall interaction is presented in this work.The multi-phase Euler-Lagrange model with standard k- ϵ turbulence modeling is adopted to predict the particulate erosion wear caused by the ﬂow of bottom ash water suspension. Erosion rate for diﬀerent particle size and concentration is evaluated at variable ﬂow rate. It is observed that the pressure drop and erosion rate share direct relationships with ﬂow velocity, particle size and concentration. The ﬂow velocity is found to be the most inﬂuencing parameter. A model capable of predicting the erosion wear at variable operating conditions is presented.The simulation ﬁndings show good agreement with the published ﬁndings.

20

Free Vibration Analysis of Mindlin Plates Resting on Pasternak Foundation Using Coupled Displacement Method

Rajesh K., Saheb K. M.

Archive of Mechanical Engineering

|

2018

|

Vol. LXV, nr 1

107--128

EN

The authors developed a simple and efficient method, called the Coupled Displacement method, to study the linear free vibration behavior of the moderately thick rectangular plates in which a single-term trigonometric/algebraic admissible displacement, such as total rotations, are assumed for one of the variables (in both X,Y directions), and the other displacement field, such as transverse displacement, is derived by making use of the coupling equations. The coupled displacement method makes the energy formulation to contain half the number of unknown independent coefficients in the case of a moderately thick plate, contrary to the conventional Rayleigh-Ritz method. The smaller number of undetermined coefficients significantly simplifies the vibration problem. The closed form expression in the form of fundamental frequency parameter is derived for all edges of simply supported moderately thick rectangular plate resting on Pasternak foundation. The results obtained by the present coupled displacement method are compared with existing open literature values wherever possible for various plate boundary conditions such as all edges simply supported, clamped and two opposite edges simply supported and clamped and the agreement found is good.