Wyniki wyszukiwania - BazTech

1

Fractional optimal control approach to the diabetics model

Nadeem Muhammad, Habib Mustafa, Arif Ayesha, Asjad Muhammad Imran

Journal of Applied Mathematics and Computational Mechanics

|

2024

|

Vol. 23, nr 1

71-82

EN

Diabetes mellitus is one of the most critical diseases, affecting millions of people around the world. This work deals with the fractional optimal control of the dynamics of the population model on diabetes. This framework is based on the fractional order differential problems that describe the population before and after diabetes involving some health problems. We consider the Caputo derivatives for the study of the proposed model. The maximum principle of Pontryagin is utilized to derive the necessary conditions for the optimality of a dynamical system. Using a forward-backward sweep approach with the generalized Euler method accomplishes numerical solutions of formulated issues.

2

Exploring the dynamics of monkeypox: a fractional order epidemic model approach

Baba Isa Abdullahi, Hincal Evren, Rihane Fathalla A.

Journal of Applied Mathematics and Computational Mechanics

|

2024

|

Vol. 23, nr 1

32-44

EN

We present a mathematical model employing nonlinear fractional differential equations to investigate the transmission of disease from rodents to humans. The existence and uniqueness of the model’s solutions are established through Banach contraction maps, and the local asymptotic stability of equilibrium solutions is confirmed. We calculate a critical parameter, the basic reproduction number, which reflects secondary infection rates. Numerical simulations illustrate dynamic changes over time, showcasing that our model provides a more comprehensive representation of the biological system compared to classical models.

3

Applying model studies to support the monitoring of methane hazard during theprocess of underground coal mining

Tutak Magdalena, Brodny Jarosław, Małkowski Piotr, Grebski Wes

Production Engineering Archives

|

2023

|

Vol. 29, Iss. 3

319-327

EN

The process of underground mining is one of the most complex and hazardous activities. In order to maintain the continuity and efficiency of this process, it is necessary to take measures to reduce this hazard. The paper addresses this issue by presenting a developed methodology for using model studies and numerical simulations to support the process of monitoring methane hazards. Its basis is the developed model of the region of underground mining exploitation along with the ventilation phenomena occurring in it. To develop it, the ANSYS Fluent program was used, based on the finite volume method classified as computational fluid mechanics. The model reflects both the geometries and physical and chemical phenomena occurring in the studied area, as well as the auxiliary ventilation equipment used during operation. The research was conducted for two variants of methane emissions from goaf zones, the first of which concerned the actual state of the mining area, and the second of which concerned increased methane emissions from these goaf zones. The purpose of the study was to determine the distribution of methane concentrations in the most dangerous part of the studied area, which is the intersection of the longwall and the tailgate, as well as the distribution of ventilation air flow velocities affecting them. The studies for both variants made it possible to determine places particularly exposed to the occurrence of dangerous concentrations of methane in this region. The methodology developed represent a new approach to studying the impact of methane emissions from goaf zones into mine workings.

4

Wymiana ciepła w lufie armaty przeciwlotniczej w czasie strzelań amunicją ćwiczebną oraz bojową - porównanie wyników obliczeń

Koniorczyk Piotr, Zieliński Mateusz, Surma Zbigniew

Problemy Techniki Uzbrojenia

|

2023

|

R. 52, z. 165

23--39

PL

W pracy przedstawiono wyniki symulacji numerycznych wymiany ciepła w ściance lufy wykonanej ze stali 30HN2MFA ar-maty przeciwlotniczej kalibru 35 mm podczas strzelań amunicją bojową oraz ćwiczebną. Obliczenia wykonano dla pojedynczego strzału oraz sekwencji siedmiu strzałów dla dwóch rodzajów amunicji 35x228 mm: z pociskiem podkalibrowym FAPDS-T oraz z pociskiem ćwiczebnym TP-T. Lufę o długości 3150 mm podzielono na 6 stref i w każdej z nich obliczono temperaturę w funkcji czasu wzdłuż grubości ścianki lufy podczas strzelań. Wyniki porównano dla obu rodzajów amunicji.

EN

The paper presents results of numerical simulations of heat transfer in the 35 mm anti-aircraft gun barrel wall made of 30HN2MFA steel during firing with combat and practice ammunition. Calculations were made for a single shot and a sequence of seven shots for two types of ammunition 35x228 mm: with FAPDS-T projectile and TP-T practice projectile. The 3150 mm long barrel was divided into 6 zones and in each zone the temperature versus time was calculated along the barrel thickness during firing. The results were compared for both types of ammunition.

5

Selected Aspects of Heat Transfer Study in a Gun Barrel of an Anti-Aircraft Cannon

Zieliński Mateusz, Koniorczyk Piotr, Surma Zbigniew, Preiskorn Marek, Sienkiewicz Judyta

Problemy Mechatroniki : uzbrojenie, lotnictwo, inżynieria bezpieczeństwa

|

2023

|

Vol. 14, Nr 2 (52)

73--86

EN

The paper presents the results of computer simulations of the transient heat flow in the barrel wall of a 35 mm caliber cannon for a single shot and a sequence of seven shots for a selected 30HN2MFA barrel steel. It was assumed that the inner surface of the barrel does not have a protective layer of chromium or nitride. When calculating heat transfer in a barrel, constant and temperature variable values of thermal conductivity, specific heat and density (in the range from RT (Room Temperature) up to 1000℃) in the 30HN2MFA steel were assumed. The test results were compared for both cases. A barrel with a total length of 3150 mm was divided into 6 zones (i = 1,…, 6) and in each of them, the heat flux density was calculated as a function of the time 𝑞̇𝑖(𝑡) on the inner surface of the barrel. In each zone, the heat transfer coefficient, as a function of the time hi(t) and bore gas temperature as a function of the time Tg(t) to the cannon barrel for given ammunition parameters, was developed. A calculating time equaling 100 ms per single shot was assumed. The results of the calculations were obtained using FEM implemented in COMSOL Multiphysics ver. 5.6 software.

PL

W pracy przedstawiono wyniki symulacji komputerowych nieustalonego przepływu ciepła w ścianie lufy armaty kalibru 35 mm dla pojedynczego strzału i sekwencji siedmiu strzałów dla wybranej stali lufowej 30HN2MFA. Założono, że wewnętrzna powierzchnia lufy nie posiada ochronnej warstwy chromu lub azotku. Przy obliczaniu wymiany ciepła w lufie przyjęto stałe oraz temperaturowo zmienne wartości przewodności cieplnej, ciepła właściwego i gęstości (w zakresie od temperatury pokojowej (Room Temperature) do 1000℃) dla stali 30HN2MFA. Wyniki badań porównano dla obu przypadków. Lufa o łącznej długości 3150 mm została podzielona na 6 stref (i=1,…,6) i w każdej z nich obliczono gęstość strumienia ciepła w funkcji czasu 𝑞̇𝑖(𝑡) na wewnętrznej powierzchni lufy. W każdej strefie obliczono współczynnik przejmowania ciepła w funkcji czasu ℎ𝑖 (𝑡) oraz temperatury gazów prochowych w funkcji czasu 𝑇𝑔(𝑡) w lufie armaty dla zadanych parametrów amunicji. Dla pojedynczego strzału do obliczeń przyjęto czas równy 100 ms. Wyniki obliczeń uzyskano za pomocą MES zaimplementowanego w oprogramowaniu COMSOL Multiphysics ver. 5.6.

6

Supporting a Mine Working with a Shelter in Various Mining and Geological Conditions

Krukovskyi Oleksandr, Krukovska Viktoriia

Inżynieria Mineralna

|

2023

|

no. 1

45--52

EN

Shelters are used to protect miners from exposure to harmful gases and for the work of rescuers. Such shelters are built in a niche adjacent to the mine working. The purpose of this work is a numerical study of the stress state of a coal-rock massif with a mine working and a shelter, their stability in various mining and geological conditions and with various supporting schemes. Numerical simulation of the stress state of a coal-rock massif with a mine working and a shelter was performed; their stability was studied in various mining and geological conditions and with various supporting schemes. It is shown that, over time, near-contour rocks are unloaded from rock pressure, and an area of increased difference of the stress tensor compo-nents expands around the mine working and the shelter. This leads to cracks formation of varying degrees of intensity. When the mine working with the shelter is driven at a shallow depth in hard rocks, the basic scheme, which consists mainly of metal frames and a reinforced concrete barrier, is sufficient for their supporting. If the host rocks are weaker, the stability of the mine working and the shelter is broken and it is necessary to strengthen their supporting with rock bolts. In the bolted area, the rocks are in triaxial compression conditions, a rock-bolts arch is formed above the mine working and the shelter, which pre-vents the displacement of the roof rocks into the mine working and increases its stability. With an increase in the depth of min-ing operations, the stability of the mine working decreases; the inelastic deformation zone in the mine walls grows; the load on the support increases. For the rock-bolts arch formed in the mine roof, supports are required in the walls of the mine working and the shelter. For this purpose, side rock bolts are installed. The use of an appropriate supporting scheme leads to a de-crease of the area of inelastic deformation zone by 2.5 times and the area of the zone unloaded from rock pressure by 2.6 times. Thus, such schemes for supporting the mine working and the shelter are selected, which ensure their stability in the considered mining and geological conditions.

PL

Schrony służą do ochrony górników przed narażeniem na szkodliwe gazy oraz do pracy ratowników. Schrony takie budowane są w niszy przylegającej do wyrobiska kopalnianego. Celem pracy jest numeryczne badanie stanu naprężeń masywu węglowo-skalnego z wyrobiskiem i osłoną, jego stateczności w rożnych warunkach górniczo-geologicznych i przy rożnych układach obudowy. Wykonano symulację numeryczną stanu naprężeń masywu węglowo-skalnego z wyrobiskiem i schronem. Badano ich stabilność w rożnych warunkach górniczych i geologicznych oraz przy rożnych schematach podparcia. Pokazano, że w miarę upływu czasu skały przykonturowe odciążają się od naporu skał, a wokół wyrobiska i schronu rozszerza się obszar zwiększonej różnicy składowych tensora naprężeń. Prowadzi to do powstawania pęknięć o rożnym stopniu intensywności. Gdy kopalnia współpracująca ze schronem jest prowadzona na płytkiej głębokości w twardych skałach, do ich podparcia wystarcza podstawowy schemat, składający się głownie z metalowych ram i bariery żelbetowej. Jeżeli skały macierzyste są słabsze, stabilność wyrobiska kopalnianego i osłony jest zerwana i konieczne jest wzmocnienie ich podparcia kotwami skalnymi. W rejonie kotwionym skały znajdują się w stanie trójosiowego ściskania, nad wyrobiskiem i schronem tworzy się łuk kotwowy, co zapobiega przemieszczaniu się skał stropowych do wyrobiska i zwiększa jego stateczność. Wraz ze wzrostem głębokości eksploatacji zmniejsza się stabilność wyrobiska górniczego, powiększa się strefa odkształceń niesprężystych w ścianach kopalni, obciążenie podpory wzrasta. Dla łuku kotwiowego formowanego w stropie kopalni wymagane są podpory w ścianach wyrobiska i schronu. W tym celu montowane są boczne kotwy skalne. Zastosowanie odpowiedniego schematu podparcia prowadzi do 2,5-krotnego zmniejszenia powierzchni strefy odkształceń niesprężystych oraz 2,6-krotnej powierzchni strefy odciążonej od parcia skał. W związku z tym dobierane są takie schematy obudowy wyrobiska i osłony, które zapewniają ich stabilność w rozważanych warunkach górniczo-geologicznych.

7

Badania eksperymentalne i symulacje numeryczne w celu wyrównania rozpływu spalin i popiołu lotnego w kanałach spalin kotła BB-1345 w Elektrowni Pątnów II

Lewtak Robert, Glot Beata, Świątkowski Bartosz, Kudła Paweł

Instal

|

2023

|

nr 2

13--19

PL

Celem pracy było zdiagnozowanie przyczyn nierównomierności rozpływu spalin i popiołu lotnego w kanałach spalin elektrofiltra kotła BB-1345 w Elektrowni Pątnów II oraz przedstawienie sposobu rozwiązania ww. problemu. Pracę rozpoczęto od serii pomiarów prowadzonych w kanałach spalin nad i pod obrotowym podgrzewaczem powietrza (OPP) od strony przedniej i tylnej kotła. Celem pomiarów było wyznaczenie rozkładu temperatury, prędkości i ciśnienia względnego spalin oraz koncentracji popiołu lotnego w wybranych punktach. Następnie sporządzono modele geometryczne kanałów spalin wraz z OPP dla stanu aktualnego oraz proponowanych koncepcji zmian. Geometria została wykonana na podstawie dokumentacji technicznej udostępnionej przez operatora elektrowni i uwzględniała kanały i OPP od strony przepływających spalin bez izolacji. Obliczenia numeryczne wykonano za pomocą programu Ansys FLUENT i przeprowadzono dla stanu aktualnego oraz zaproponowanych koncepcji zmian. Obliczenia stanu aktualnego wykonano dla dwóch wariantów, tj. wariant bez uwzględnienia dossania powietrza do spalin oraz wariant z uwzględnieniem dossania powietrza do spalin. Uwzględnienie dossań powietrza spowodowało uzyskanie zbieżnej z pomiarami nierównomierności rozdziału pyłu na stronę lewą i prawą. Przepływ powietrza dossanego powodował przepychanie pyłu w kierunku przegrody tylnej OPP zbierającej pył do prawego kanału spalin. Efekt przepychania pyłu był szczególnie widoczny dla dossania nad wirnikiem OPP, ze względu na wystąpienie efektu „ślizgania się” powietrza po górnej stronie wirnika OPP. Natomiast powietrze wypływające z dossania pod OPP było kierowane w mniejszym stopniu w głąb kanału spalin i nie mając fizycznej przeszkody w postaci wirnika w większości przepływało do dołu. Uwzględnienie dossania powietrza do spalin okazało się kluczowe w celu poprawnego zamodelowania rzeczywistych warunków rozdziału spalin i pyłu do prawego i lewego kanału pod OPP. Na podstawie symulacji stanu istniejącego określono przyczynę zaburzeń przepływu oraz określono rekomendowaną do zabudowy w kanałach spalin koncepcję zmian powodującą równomierny rozkład spalin. Podczas analiz zmodyfikowanego układu opracowano cztery koncepcje zmian elementów kierujących spaliny w przestrzeni pod OPP w celu wyrównania rozpływu spalin. W rezultacie wybrano koncepcję, która polegała na zabudowie pionowej przegrody dzielącej kanał spalin pod OPP na stronę prawą i lewą. Biorąc pod uwagę, że obliczenia numeryczne pokazały gromadzenie się pyłu przy tylnej ścianie, wybrana koncepcja została dodatkowo zmodyfikowana o elementy nastawne, regulujące strumień pyłu i gazu. W końcowym etapie pracy wykonano wstępny projekt konstrukcyjny wybranego wariantu modernizacji.

EN

The purpose of the work was to diagnose the causes of uneven flow of flue gas and fly ash in the flue gas ducts of the BB-1345 boiler electrostatic precipitator in the Pątnów II Power Plant and to present a method of solving the above-mentioned problem. Work began with a series of measurements carried out in the flue gas ducts above and below the rotary air heater (RAH) from the front and rear sides of the boiler. The aim of the measurements was to determine the distribution of temperature, velocity and relative pressure of the exhaust gas as well as the concentration of fly dust at selected points. Then, geometrical models of the flue gas channels were prepared together with the RAH for the current state and the proposed concepts of changes. The geometry was made on the basis of the technical documentation provided by the power plant operator and took into account the ducts and RAH on the side of flowing flue gases without insulation. Numerical calculations were made using the Ansys FLUENT software and were carried out for the current state and the proposed concepts of changes. The calculations of the current state were made for two variants, i.e. the variant without taking into account air intake to the exhaust gases and the variant taking into account the intake of air into the exhaust gases. Taking into account the air suction resulted in obtaining a dust distribution on the left and right side convergent with the measurements. The suction air flow was pushing the dust towards the rear RAH cradle collecting the dust to the right exhaust duct. The dust-pushing effect was especially visible for the suction over the RAH rotor, due to the air “sliding” effect on the upper side of the RAH rotor. On the other hand, the air flowing from the suction under the RAH was directed to a lesser extent into the exhaust gas channel and, having no physical obstacle in the form of a rotor, mostly flowed downwards. Taking into account the air suction to the exhaust gases turned out to be of key importance in order to correctly model the actual conditions of the exhaust and dust separation into the right and left channels under the RAH. On the basis of the simulation of the existing state, the cause of the flow disturbances was determined and the concept of changes recommended for installation on the exhaust gas ducts was determined, resulting in a uniform distribution of exhaust gases. During the analyzes of the modified system, four concepts of changes in the elements directing the exhaust gases in the space under the RAH in order to equalize the flow of exhaust gases were developed. As a result, a concept was selected that consisted in the installation of a vertical partition dividing the exhaust duct under the RAH into the right and left sides. Taking into account that the numerical calculations showed the accumulation of dust at the rear wall, the selected concept was further modified with adjustable elements regulating the dust and gas stream. In the final stage of work, a preliminary structural design of the selected modernization variant was prepared.

8

The numerical techniques application in the ball mill comminution process modelling

Pawlos Witold, Dominiczak Przemysław

Cuprum : czasopismo naukowo-techniczne górnictwa rud

|

2023

|

nr 1-2

47--53

EN

The preliminary results of comminution process numerical simulations have been presented in this paper. The numerical prediction has been based on discrete elements method (DEM) for solid modelling and smoothed particles hydrodynamics method (SPH) for modelling a continuous medium – liquid. The one way numerical coupling between solid and liquid has been applied. The ball mill working in production line in O/ZWR has been modelled. The considered ball mill is used to copper ore comminution process. The numerical calculations have been carried out for different mill rotation speed.

PL

W artykule przedstawiono wstępne wyniki numerycznych symulacji procesu rozdrabniania. Prognozowanie numeryczne zostało oparte na metodzie elementów dyskretnych (DEM), wykorzystanej dla modelowania cząstek stałych, oraz na metodzie symulacji hydrodynamicznej (SPH) dla modelowania w ośrodku ciągłym – ciecz. Zastosowano jednokierunkowe sprzężenie numeryczne pomiędzy fazą stałą a ciekłą. Młyn kulowy, zainstalowany w ciągu technologicznym ZWR, został wytypowany jako obiekt modelowania. Rozpatrywany młyn pracuje jako urządzenie rozdrabniające rudę miedzi. Obliczenia numeryczne przeprowadzono dla różnych prędkości obrotowych młyna.

9

Evaluation of the influence of the opening pressure of a marine diesel engine injector on the results of numerical simulation of the working cycle and their comparison with the results of the laboratory experiment

Puzdrowska Patrycja

Combustion Engines

|

2023

|

R. 62, nr 2

9--14

EN

The article presents the results of a numerical simulation of the working process carried out in a diesel engine. In the applied utility program DIESEL-RK, the laboratory engine Farymann Diesel type D10 was implemented. A selected inoperability of its functional fuel supply system - reduced opening pressure of the injector pinj - was introduced. The values of adequate diagnostic parameters were determined: working gas temperature in the cylinder Tcyl, exhaust gas temperature Texh, combustion (flame) temperature Tcomb and concentration of nitrogen oxides in the exhaust gas NOx. Experimental tests were carried out on the experimental engine with the inoperative condition actually introduced, analogous to the numerical simulation, and the diagnostic parameters Texh and NOx were recorded. The results obtained by numerical simulation of the processes and during the active experiment on the experimental engine were compared.

10

Symulacje pękania materiałów o ziarnistej strukturze mikroskopowej : pierwsze uwagi

Dębski Wojciech

Przegląd Geofizyczny

|

2022

|

Z. 1-2

39--54

PL

Proces pękania i fragmentacji ciał stałych jest zjawiskiem niezwykle powszechnym, a równocześnie niezwykle skomplikowanym. W zakresie zainteresowania geofizyki manifestuje się on najczęściej w postaci trzęsień ziemi i pęknięć lodowców. Dotychczasowe próby jakościowego zrozumienia tych naturalnych procesów nie dały w pełni zadowalających wyników. Ciągle nie rozumiemy wielu aspektów fizycznych tych procesów, a w konsekwencji nie można w stanie ich przewidywać z akceptowalną wiarygodnością. Losowość trzęsień ziemi i zjawisk lodowcowych znacząco ogranicza możliwości ich badań eksperymentalnych. Z tego powodu istotnego znaczenia nabiera podejście komplementarne oparte na symulacjach komputerowych. W niniejszej pracy ilustrowane jest takie podejście, analizujące pękanie materiału o ziarnistej strukturze mikroskopowej w procesie rozciągania. Wykonane symulacje pokazały jak struktura mikroskopowa determinuje losowość procesu pękania i wpływa na takie elementy procesu jak lokalizacja obszarów o zwiększonej gęstości energii kinetycznej, a więc powstawanie centrów nukleacji pęknięcia materiału.

EN

Fragmentation of solid materials is a very common and simultaneously very complex physical process. From geophysical point of view the most interesting examples of such processes are earthquakes and glacial processes like icequakes. In spite of a huge effort of analyzing them these processes are still poorly understood for many reasons. One of them is their stochasticity. For these reasons more important become numerical simulations which allow to cast some light on physical mechanism leading to nucleation, development and finally arresting earthquakes or glacial breaking processes. In this paper we illustrate advantages of such approach analyzing a tensional breaking process of macroscopically homogeneous material of granular microstructure. Our simulations have revealed how microstructure determines the fragmentation process including its stochasticity and influences creation of hotpots - regions of high concentration of kinetic energy leading finally to creation of nucleation centers.

11

Numerical study on control strategy of a single cell proton conducting solid oxide fuel cell

Szczęśniak Arkadiusz

Journal of Power Technologies

|

2022

|

Vol. 102, nr 4

175--182

EN

The aim of the paper is to examine a control strategy for a single proton conducting solid oxide fuel cell (H+SOFC). The study is based on a dynamic model originating from the steady state reduced order model of H+SOFC. The proposed control strategy is based on a singular PID controller that controls the amount of air delivered to the cathode side of the fuel cell. Additionally, fuel mass flow is correlated with current density to achieve a fixed fuel utilization factor. The concept was tested on typical operating scenarios such as load-follow mode. The study revealed that the singular PID controller is reliable and ensures a safe H+SOFC operation.

12

Determination of conditions for maximum dezincification of a mixture of ferrous materials in the sintering process based on numerical calculations using the FactSage thermochemical program

Szypuła Ireneusz, Różański Piotr, Stecko Janusz, Niesler Marian

Journal of Metallic Materials

|

2022

|

Vol. 74, no. 3-4

61--74

EN

Multi-million tons of sludge produced as a result of wet dedusting of blast furnace and converter gases have been deposited in landfills across the country. These materials are also created on an ongoing basis. Due to the high iron content, their potential as a ferrous raw material is significant. Unfortunately, in addition to components which are desirable from the point of view of metallurgical processes such as Fe, C and CO, they also contain many harmful elements such as Zn, Pb, Na and K. The article describes the sources and form of Zn found in post-production waste of steelworks and the methods of removing zinc from ferrous waste materials. The optimal conditions for zinc removal during the sintering process of galvanised ferrous materials were identified using thermochemical calculations carried out with the FactSage computer program.

PL

Na terenie kraju na składowiskach zdeponowano wielomilionowe ilości ton szlamów powstałych w wyniku mokrego odpylania gazów wielkopiecowych i konwertorowych. Materiały te powstają także na bieżąco. Z uwagi na dużą zawartość żelaza ich potencjał jako surowca żelazonośnego jest znaczący. Niestety oprócz pożądanych składników z punktu widzenia procesów metalurgicznych Fe, C, CO, zawierają one także wiele pierwiastków szkodliwych takich jak: Zn, Pb, Na, K. W artykule opisano źródła pochodzenia i postać Zn występującego w odpadach poprodukcyjnych hut oraz metody usuwania cynku z odpadowych materiałów żelazonośnych. Dokonano identyfikacji optymalnych warunków usuwania cynku w czasie procesu spiekania zacynkowanych materiałów żelazonośnych, dokonując obliczeń termochemicznych przy użyciu programu komputerowego FactSage.

13

Numerical and theoretical analysis of an awareness COVID-19 epidemic model via generalized Atangana-Baleanu fractional derivative

Baba Isa Abdullahi, Ahmed Idris, Al-Mdallal Qasem M, Jarad Fahd, Yunusa Salisu

Journal of Applied Mathematics and Computational Mechanics

|

2022

|

Vol. 21, nr 1

7--18

EN

In this paper, a COVID-19 Awareness model in the setting of a generalized fractional Atangana-Baleanu derivative is proposed. The existence and uniqueness of a solution of the proposed fractional-order model are investigated under the techniques of fixed point theorems. In addition, we perform the predictor-corrector method to find its numeric solutions and present the graphs of the various solutions using different values of the parameters embodied in the derivative.

14

Analiza parametrów cieplno-przepływowych lamelowego wymiennika ciepła z wykorzystaniem pełnowymiarowego modelu CFD i jego weryfikacji eksperymentalnej

Janusz Szymon, Szudarek Maciej, Rudniak Leszek, Borcuch Marcin

Instal

|

2022

|

nr 6

29--34

PL

Wymienniki ciepła, w zależności od przeznaczenia, różnią się między sobą konstrukcją i zasadą działania. Niezależnie od mediów wymieniających ciepło, prowadzone są prace nad poprawą efektywności wymienników i zmniejszenia strat ciśnienia. Coraz częściej do optymalizacji tego typu urządzeń stosowane są symulacje numeryczne z wykorzystaniem oprogramowania CFD. Modelowanie pełnowymiarowych urządzeń wiąże się jednak z dużą liczbą komórek obliczeniowych w modelu numerycznym, a w konsekwencji długim czasem symulacji lub brakiem możliwości przeprowadzenia analizy dla zakładanego pierwotnie modelu. W artykule zaprezentowano wyniki analiz numerycznych i eksperymentalnych pracy wymiennika lamelowego. Dzięki zastosowaniu opisanych w artykule uproszczeń, zmniejszono liczbę elementów siatki numerycznej z ok. 200 mln do ok. 13 mln, co pozwoliło na przeprowadzenie obliczeń na posiadanej stacji obliczeniowej. Model został zweryfikowany na stanowisku eksperymentalnym, a maksymalny błąd względny spadków ciśnienia między symulacją, a eksperymentem nie przekroczył 5%. Przedstawione założenia i procedury mogą być wskazówką przy analizie pokrewnych konstrukcji charakteryzujących się modelami numerycznymi o dużej liczbie elementów o niewielkich wymiarach.

EN

Heat exchangers, depending on their intended use, vary in terms of their design and principle of operation. Regardless of the heat transfer media, research is carried-out to improve the efficiency of the exchangers and reduce pressure losses. Numerical simulations with the use of CFD software are often used to optimize this type of devices. However, modelling full-size devices, is associated with a large number of computational cells in the numerical model and, consequently, a long simulation time or the inability to perform the analysis for the originally prepared model. The article presents the results of numerical and experimental analyzes of the finned coil heat exchanger. Thanks to the simplifications described in the article, the number of numerical grid elements was reduced from approx. 200 million to approx. 13 million, which made it possible to carry out calculations on the existing computing station. The model was verified on an experimental stand, and the maximum relative error of pressure drop did not exceed 5% between the simulation and the experiment. Presented assumptions and procedures can be a guide in the analysis of related devices characterized by numerical models with a large number of small elements.

15

Numerical simulations of a flat phantom in the near-field of symmetric dipole antenna

Styła Monika, Styła Sebastian

Informatyka, Automatyka, Pomiary w Gospodarce i Ochronie Środowiska

|

2022

|

T. 12, nr 2

73--76

EN

The paper presents a numerical electromagnetic simulations of SAR limited to human tissues based on FDTD algorithm using Sim4Life platform. Flat-bottomed dielectric vessel (flat phantom) and half-wave symmetric dipole antenna were modeled. Simulations were done for the frequencies 0.9 GHz and 0.6 GHz. The analysis were performed according to the IEEE/IEC62704-1 standard and include distributions of electric and magnetic fields around the phantom and antenna. Finally, SAR distributions in the phantom and near the antenna.

PL

W pracy przedstawiono numeryczne symulacje elektromagnetyczne SAR dla tkanek ludzkich w oparciu o algorytm FDTD z wykorzystaniem platformy Sim4Life. Zamodelowano płaskodenny dielektryk (fantom płaski) oraz półfalową symetryczną antenę dipolową. Symulacje wykonano dla częstotliwości 0.9 GHz i 0.6 GHz. Analizy zostały wykonane zgodnie ze standardem IEEE/IEC62704-1 i obejmują rozkłady pól elektrycznych i magnetycznych wokół fantomu i anteny. Na koniec zaprezentowano rozkłady SAR w fantomie i pobliżu anteny.

16

Analiza wpływu modyfikacji wylewu osłonowego na hydrodynamikę ciekłej stali w jednowylewowej kadzi pośredniej

Suchan Hanna

Hutnik, Wiadomości Hutnicze

|

2022

|

Vol. 89, nr 2

19--25

PL

Kadź pośrednia stanowi bardzo ważny element stanowiska COS (Ciągłego Odlewania Stali). Zabudowa jej przestrzeni roboczej, poprzez stosowanie m.in. urządzeń sterujących przepływem (USP), tj. przegrody czy inhibitory turbulencji, pozwala wpływać na hydrodynamikę przepływającej przez nią ciekłej stali. Urządzeniem kierującym przepływem może być również wylew osłonowy. Niniejsza praca ma na celu określenie wpływu nowego wylewu osłonowego wyposażonego w trzy otwory umieszczone w dnie kopuły znajdującej się na końcu wylewu, uwzględniając symetrię ułożenia otworów względem osi wzdłużnej kadzi oraz głębokość zanurzenia wylewu w kąpieli metalowej. W tym celu wykonano analizę zachowania ciekłej stali w kadzi pośredniej biorąc pod uwagę udział poszczególnych rodzajów przepływów oraz określono wpływ zmodyfikowanego wylewu osłonowego na masę wlewka ciągłego o przejściowym składzie chemicznym otrzymanego podczas sekwencyjnego odlewania dwóch różnych gatunków stali. W wyniku zastosowania jednego z zaproponowanych wylewów możliwe jest zmniejszenie udziału strefy stagnacyjnej o ponad 4,5% w stosunku do strefy uzyskanej w wyniku użycia prostego wylewu osłonowego w wariancie bazowym. Dodatkowo zastosowanie wylewów o zmodyfikowanej przestrzeni roboczej powoduje redukcję średnich prędkości ciekłej stali maksymalnie o 0,008 m/s (wyjątkiem jest wariant 3).

EN

Tundish is a very important device at the CSC (Continuous Steel Casting) process. Construction of its workspace, by using flow control devices (FCD), such as dams or turbulent inhibitors, has an impact on liquid steel hydrodynamics. One of the FCD is also a ladle shroud (LS). The purpose of the following article is to determine the impact of new construction of ladle shroud equipped with three outlets located at the bottom of special dome, including symmetry of the outlets arrangement and its immersion depth in the metal bath. For this purpose, analysis of liquid steel behaviour in tundish was carried out. Hydrodynamic conditions and slab masses with mixed chemical composition casted during sequential casting were determined. As a result of use of one of the proposed LS, it is possible to reduce the share of stagnant flow by more than 4,5% compared to this type of flow obtained as a result of using a straight LS in the base variant. Additionally, the use of LS with modified working space reduces the average liquid steel velocity by a maximum of 0,008 m/s (except variant 3).

17

Assessment of effectiveness of selected adaptation actions to climate change. The example of the New Centre of Lodz.

Bochenek Anna Dominika, Klemm Katarzyna, Woźna Magdalena

Budownictwo i Architektura

|

2022

|

Vol. 21, no 4

25--42

EN

The increasing average annual temperature value is observed in many cities around the world. More and more often, not only the Southern Europe inhabitants, but also those from the Central and Northern Europe are exposed to thermal stress. Nature Based Solutions (NBS) play a key role in mitigation, i.e. the process of alleviating the negative effects of climate change in highly urbanized areas. The main objective of this study is to answer the question whether the planned spatial activities involving the use of NBS solutions in the New Centre of Lodz contribute to the improvement of the urban spaces’ microclimate and the thermal comfort of people in the external environment. The subject of the work is the microclimate of urban spaces, understood as a climatic conditions set, in particular thermal conditions, in a given, small area. The spatial scope of the work covers a 30-hectare part of the New Centre of Lodz limited by the following streets: Kilińskiego, Narutowicza, Piotrkowska, Tuwima, which is currently undergoing a large-area revitalization process. In order to determine the microclimate conditions and thermal comfort, numerical simulations conducted in the ENVI-met program were used.

PL

Wzrost średniej rocznej wartości temperatury jest obserwowany w wielu miastach na całym świecie. Coraz częściej nie tylko mieszkańcy krajów Europy Południowej, ale także miast Europy Środkowej i Północnej narażeni są na stres termiczny. Rozwiązania związane z wprowadzeniem komponentów środowiska naturalnego (NBS) pełnią kluczową rolę w mitygacji, czyli procesie łagodzenia negatywnych skutków zmian klimatu na obszarach silnie zurbanizowanych. Głównym celem niniejszego opracowania jest odpowiedź na pytanie, czy projektowane działania planistyczne polegające na zastosowaniu rozwiązań typu NBS na obszarze Nowego Centrum Łodzi przyczynią się do poprawy mikroklimatu przestrzeni miejskich oraz komfortu termicznego człowieka przebywającego w środowisku zewnętrznym. Przedmiotem pracy jest mikroklimat przestrzeni miejskich, rozumiany, jako zbiór warunków klimatycznych, w szczególności termicznych, panujących na danym, niewielkim obszarze. Zakres przestrzenny pracy obejmuje 30 hektarowy fragment Nowego Centrum Łodzi ograniczony ulicami: Kilińskiego, Narutowicza, Piotrkowską, Tuwima, który aktualnie podlega procesowi rewitalizacji wielkoobszarowej. W celu określenia warunków mikroklimatu i komfortu cieplnego wykorzystano badania symulacyjne prowadzone w programie ENVI-met.

18

Numerical investigation of detonation propagation through small orifice holes

Vashishtha Ashish, Callaghan Dean, Nolan Cathal, Deiterding Ralf

Transactions on Aerospace Research

|

2021

|

Nr 3 (264)

17--33

EN

Seeking to better understand the physical phenomena underlying detonation wave propagation through small holes (especially the phenomenon of detonation re-initiation or its failure), we investigated the propagation of a detonation wave along a tube filled with a hydrogen-oxygen mixture diluted with argon, in the presence of obstacles with a small orifice hole. Numerical simulations were performed in a two-dimensional domain using adaptive mesh refinement and by solving compressible Euler equations for multiple thermally perfect species with a reactive source term. A premised mixture of H2:O2:Ar at a ratio 2:1:7 at 10.0 kPa and 298 K was used in a 90 mm diameter tube with a detonation wave travelling from one end. We found that a single orifice placed at 200 mm from one end of the tube, with varying diameters of 6, 10, 14, 16, 18, 30, and 50 mm, showed an initial decoupling of the detonation wave into a shockwave and flame front. The detonation wave fails to propagate along the tube for orifice diameters less than λ, while it propagates by different re-initiation pathways for orifice diameters greater than λ, where λ is the cell-width for regular detonation propagation.

PL

Dążąc do lepszego zrozumienia zjawisk fizycznych leżących u podstaw propagacji fali detonacyjnej przez małe otwory (w szczególności zjawiska ponownego zapłonu lub jego brak) zbadano propagację fali detonacyjnej wzdłuż rury wypełnionej mieszaniną wodoru i tlenu rozcieńczoną argonem, w obecności przeszkody o małym otworze. Symulacje numeryczne przeprowadzono w dziedzinie dwuwymiarowej, stosując adaptacyjne dostrajanie siatki i rozwiazując równania Eulera dla wielu termicznie doskonałych próbek z reaktywnym źródłem. Mieszaninę H2:O2:Ar w stosunku 2:1:7 przy ciśnieniu 10.0 kPa i temperaturze 298 K zastosowano w rurze o średnicy 90 mm z falą detonacyjną rozchodzącą się z jednego końca. Stwierdziliśmy, że pojedynczy otwór umieszczony w odległości 200 mm od jednego z końców rury, o różnych średnicach 6, 10, 14, 16, 18, 30 i 50 mm, spowodował początkowe rozdzielenie fali detonacyjnej na falę uderzeniową i czoło płomienia. Fala detonacyjna nie rozprzestrzenia się wzdłuż rury dla średnic otworu mniejszych niż λ, podczas gdy rozprzestrzenia się różnymi drogami ponownego zapłonu dla średnic otworu większych niż λ, gdzie λ jest szerokością komórki dla regularnej propagacji detonacji.

19

Analiza numeryczna wpływu konstrukcji sabotu pocisku podkalibrowego na głębokość przebicia pancerza. Cz. 2, Analiza wariantów rozwojowych pocisku

Błaszczak Tomasz, Magier Mariusz

Problemy Techniki Uzbrojenia

|

2021

|

R. 50, z. 156

7--28

PL

W ramach pracy wykonano analizę numeryczną wpływu konstrukcji sabotu pocisku podkalibrowego na głębokość przebicia pancerza. Analiza ujawniła m.in. obszary konstrukcji sabotu, w których możliwa jest optymalizacja kształtu oraz wpływ różnych materiałów sabotu na parametry bojowe pocisku. Analizę przeprowadzono z użyciem metody elementów skończonych w środowisku Solidworks Simulation. Pozwoliło to na zbadanie stanu dynamicznych obciążeń jakim jest poddawany sabot w momencie strzału. Zbadano wpływ zastosowania różnych materiałów sabotu oraz modyfikacji geometrii pocisku na wytrzymałość połączenia penetrator-sabot. Przeprowadzono symulację rozkładu obciążeń dynamicznych w połączeniu penetrator-sabot oraz jego wizualizację. Dla wybranych wariantów konstrukcji przeprowadzono obliczenia z zakresu balistyki końcowej. Pozwoliło to na określenie potencjalnych kierunków rozwoju tego typu amunicji.

EN

Numerical calculations were used to investigate influence of sabot structures of kinetic energy projectiles into the armour penetration depth. Areas of sabot structure for possible optimization and the influence of various sabot materials on the projectile combat efficiency were indicated. The analysis was performed using the finite element method in the Solidworks Simulation environment. It allowed examination of dynamic loads the sabot is subjected to at the time of the shot. Impact of various sabot materials and projectile geometry modifications on the strength of penetrator-sabot connection was investigated. Distributions of dynamical loads for penetrator-sabot connections were simulated and visualised. Calculations on terminal ballistics were performed for some options of the structure. It allowed identification of development trends for this type of ammunition.

20

Optimization of a Gating System by Means of Simulation Software to Eliminate Cold Shut Defects in Casting

Šabík Vladimír, Futáš Peter, Pribulová Alena, Delimanová Petra

Journal of Casting & Materials Engineering

|

2021

|

Vol. 5, no. 1

1--4

EN

The current trend in foundries is to achieve the production of high quality and competitive cast components. The innovation and optimization of current processes is a necessary element to achieve this goal. With the help of numerical simulations, it is possible to replace financially demanding and time-consuming experiments in real conditions with simulations that can reliably represent foundry process using computer technology. By a detailed analysis of the simulation results, we can predict various risks that could negatively affect the production process. This article monitors the influence of changes in the design of the gating system on the surface quality of a clutch wheel casting made of ductile iron, in the production of which two models of the gating system for casting were constructed in CAD software. Verification of gating systems was performed using the simulation software NovaFlow & Solid. The aim of the design change of the gating system is to reduce the amount of liquid metal used per casting, which can have a significant economic impact on industrial production. For this purpose, several simulations of the gating system of the casting were performed, while 2 which are the most representative for the mentioned problem were selected for the needs of the article. The main task of the simulation was to set the cellular network and conditions as close as possible to the reality of casting and the subsequent design and modification of the gating system.