Wyniki wyszukiwania - BazTech

1

Computational Fluid Dynamics Studies of a Vertical Axis Wind Turbine with a Variable Swept Area

Pędzisz Idzi, Magryta Paweł, Pietrykowski Konrad

Advances in Science and Technology. Research Journal

|

2024

|

Vol. 18, no 2

333--348

EN

The article presents the results of the CFD (Computational Fluid Dynamics) research on a vertical axis wind turbine with a variable swept area. The tested turbine has four sets of blades, each of which consists of two moving parts. By changing the angle between these parts, it is possible to change the swept area of the turbine wheel to adjust the characteristics of the turbine to the current wind speed. In the case of strong wind, it is possible to fold blades to protect the rotor against damage. The 3D-CFD model was tested using the ANSYS Fluent software. The four rotors differing in the blade angle were analyzed. The tests were carried out for different wind speeds. The results are presented as pressure and velocity distributions as well as streamlines around the rotor. In addition, the waveforms of the torque acting on a single blade and on the entire rotor are shown. The average rotor torque was also calculated. These findings enabled us to create the characteristics of the power factor for different rotational speeds of the rotor. The results show that the adjustment of the swept area makes the z-turbine have a flexible operating range.

2

Variable geometry radial inflow turbines with vaneless distributor: theory, research and application

Samoilenko Dmytro

Prace Naukowe Politechniki Warszawskiej. Mechanika

|

2019

|

z. 272

3--138

EN

Based on the wide range of experimental studies and comprehensive theoretical analysis of energy conversion processes in the turbine stage, the present scientific work, for the first time, describes the theory and scientific fundamentals on engineering and research of the radial inflow turbines with vaneless volute distributor adjusted through variable geometry at the inlet to the turbine. The concept of alternative radial inflow turbine adjustment could be used in turbocharging systems of the internal combustion engines, fuel cell air supply systems and Organic Rankine Cycle expanders applied in exhaust gas waste heat recovery technologies. The variable geometry in turbine is carried out through variations in the value of effective cross section of the volute acceleration section end. The designs of the adjustable turbines with one and two gas inlet casings were engineered on the base of commercial, constant geometry turbochargers. Based on the experimental research, the different algorithms of VGT adjustment aimed at optimal operational parameters obtainment in load and speed steady states diesel engine characteristics modes were developed. To analyze gas dynamics processes in the adjustable turbine, the special method and original mathematical model of the variable geometry radial inflow turbine with vaneless distributor were developed. The model uses the minimum amount of experimental data as inputs and allows to analyze the gas dynamics processes in characteristic zones of the turbine, calculate its efficiency and estimate the basic losses in the turbine stage. This model is a useful tool in engineering of new designs of adjustable turbines with vaneless distributor. Based on energy-exergy approach used for internal combustion engines analysis, the general theory and corresponding mathematical model were developed for the estimation of quality of exhaust gas energy utilization in diesel engine equipped with adjustable turbocharger and vaneless distributor variable geometry turbine.

PL

W oparciu o szeroki zakres badań empirycznych oraz na podstawie kompleksowej analizy teoretycznej procesów przetwarzania energii zachodzących w turbinie, niniejsza praca naukowa po raz pierwszy opisuje teorię oraz zasady projektowania dośrodkowych turbin z kierownicą bezłopatkową, sterowanych za pomocą zmiany parametrów geometrycznych na wlocie do turbiny. Koncepcja alternatywnego sterowania turbiną dośrodkową może być zastosowana w: układach doładowania silników spalinowych, układach zasilania powietrzem ogniw paliwowych oraz układach realizujących obieg Rankine'a, służących do odzysku energii spalin. Sterowanie parametrów geometrycznych w turbinie odbywa się poprzez zmianę pola powierzchni najmniejszego przekroju kanału dolotowego w turbinie z kierownicą bezłopatkową. Konstrukcje sterowanych turbin z jednym oraz dwoma wlotami zostały zbudowane na podstawie produkowanych seryjnie turbosprężarek o stałych parametrach geometrycznych. Na podstawie wyników badań empirycznych opracowano różne algorytmy sterowania prototypowych turbin dośrodkowych, ukierunkowane na uzyskanie optymalnych wybranych eksploatacyjnych parametrów pracy silnika w stanach statycznych według charakterystyk obciążeniowych i zewnętrznej charakterystyki prędkościowej. Do analizy zjawisk przepływowych w sterowanej turbinie opracowaną autorska metoda oraz oryginalny model matematyczny turbiny z bezłopatkową kierownicą o zmiennych parametrach geometrycznych. Model matematyczny, wykorzystując minimalną liczbę danych empirycznych, pozwała na przeprowadzenie analizy procesów w poszczególnych strefach turbiny, ocenę jej sprawności oraz zbilansowanie podstawowych strat pracy. Model ten jest narzędziem przy projektowaniu nowych konstrukcji sterowanych turbin z bezłopatkową kierownicą. W oparciu o zasady analizy energo-egzergetycznej silników spalinowych, opracowana została teoria oraz narzędzie w postaci modelu matematycznego służącego do oceny skuteczności wykorzystania energii spalin w silniku o zapłonie samoczynnym, wyposażonego w sterowany zespół turbodoładowania z turbiną o zmiennych parametrach geometrycznych i z bezłopatkową kierownicą.

3

Miniature gas turbine with Variable Area Nozzle

Fulara S., Gieras M., Chmielewski M.

Archivum Combustionis

|

2017

|

Vol. 37 nr 2

127--138

EN

Current scientific knowledge related to miniature turbochargers and gas generators is still improving. Various concepts are being tested seeking performance enhancement. Variable Area Nozzle (VAN) system is one of them. It aims to optimize effective area nozzle controlling both: turbine entry temperature and mass flow rate. The article presents different variable geometry concepts and recent research on VAN applied to a miniature gas turbine at Warsaw University of Technology. VAN concept and related phenomena are discussed.

4

Theoretical studies of variable geometry : hot section of the miniature jet engine

Chmielewski M., Fulara S., Gieras M.

Journal of KONES

|

2016

|

Vol. 23, No. 2

69--80

EN

The aim of this article is to present the results of theoretical studies regarding the use of variable geometry hot section of a miniature gas turbine. The variable geometry combustor and variable area nozzle concepts for GTM-120 miniature jet engine are presented in particular. Recent trends of propulsion system size reduction, low-emission combustion and improved fuel efficiency have been considered. A system of variable geometry combustor and variable area nozzle has been proposed as solution. The basic zero-dimensional analytical models for variable geometry combustor and variable area nozzle are developed. Chemkin based model shows significant NOX/CO emissions reduction and combustor outlet enthalpy increases with the use of variable geometry combustor chamber. The analytical model of the variable area nozzle has been proposed. It shows turbine effectiveness increase across its operating range by raising the compressor working line. As a result, noticeable turbine stage efficiency increase has been obtained. Finally, physical implications and future work plans regarding variable geometry hot section of miniature gas turbines are discussed.

5

Study of combustion efficiency and pollutant emissions in a miniature gas turbine with the combustion chamber of variable geometry

Chmielewski M., Gieras M.

Rynek Energii

|

2015

|

Nr 4

103--109

EN

The study presents the influence of changes in the geometry of the combustor liner dilution holes on miniature gas turbine combustion efficiency and emissions of harmful substances. Among the many measurable parameters essential attention has been given to the measurement of the total temperature at the outlet of combustion chamber and measurements of the emissions of nitrogen oxides (NOx) and carbon monoxide (CO). The dilution holes area is controlled by rotating band at the rear part of the combustor liner, which is a modification of the standard combustion chamber of miniature gas turbine GTM-120, manufactured in Poland. The research was conducted on the test stand of the miniature combustion chamber. The combustion chamber is supplied with LPG in the start-up phase and with kerosene in the later phase. The tests provided information concerning NOx /CO dependence, total temperature at the outlet of the combustion chamber as a function of the rotational speed and percentage of covering of dilution holes. The results are related to the corresponding measurement parameters for the baseline geometry of the combustion chamber and the results obtained on a turbine GTM-120 test bench. Three-dimensional maps show considerable sensitivity of the combustion efficiency and the level of emissions to the degree of covering of the dilution holes, which makes it possible to build a control system to optimize the combustion process for a wide range of turbine speeds.

PL

W artykule przedstawiono eksperymentalne badania wpływu zmian geometrii otworów rozcieńczających komory spalania miniaturowej turbiny gazowej na efektywność procesów spalania i emisje substancji szkodliwych. Skupiono się przede wszystkim na pomiarach takich parametrów jak: temperatura całkowita za komorą spalania oraz emisja tlenków azotu (NOX) oraz tlenku węgla (CO). Przekrój otworów strefy rozcieńczającej regulowany jest za pomocą obrotowego pasa znajdującego się w tylnej części komory, stanowiącej modyfikację standardowej komory spalania miniaturowej turbiny gazowej polskiej produkcji – GTM-120. Badania przeprowadzono na stanowisku badan miniaturowych komór spalania. Komora spalania zasilana była naftą lotniczą. W wyniku przeprowadzonych badań uzyskano zależności emisji NOX/CO i temperatury całkowitej za komorą spalania w funkcji prędkości obrotowej i procentowego przysłonienia otworów rozcieńczających. Wyniki odniesione zostały do pomiarów analogicznych parametrów dla komory spalania o geometrii podstawowej oraz badań stanowiskowych turbiny GTM-120. Trójwymiarowe mapy wykazują znaczną wrażliwość efektywność spalania oraz poziomu emisji substancji szkodliwych na przysłaniania otworów strefy rozcieńczającej, co daje możliwość zbudowania systemu sterowania w celu optymalizacji procesu spalania w szerokim zakresie zmian prędkości obrotowej turbiny.

6

Turbosprężarki w silnikach spalinowych

Frydrych K.

Logistyka

|

2015

|

nr 3

1329--1335, CD 1

7

Experimental investigation of a variable geometry ducted propeller

Muszyński T., Strzelczyk P.

Advances in Science and Technology. Research Journal

|

2013

|

Vol. 7, nr 17

56--61

EN

The paper presents preliminary results of experimental research on the variable geometry of a ducted propeller. The purpose of this work is explore the area of application of the ducted propellers of variable geometry. The paper contains the description of a test station and a model, initial tests’ results of some selected geometries intakes and exit vents in comparison with an open propeller.

8

Lattice Boltzmann simulation of fluid flow in porous media of temperature-affected geometry

Grucelski A., Pozorski J.

Journal of Theoretical and Applied Mechanics

|

2012

|

Vol. 50 nr 1

193-214

EN

The Lattice Boltzmann method (LBM) has been applied for flow and heat transfer computations. The simulations have been performed with the single-relaxation time model and an advanced formulation of boundary conditions for LBM. For nonsothermal cases, a second distribution function has been used. First, validation tests are reported for heated flow past a single obstacle as well as over a set of regularly and randomly arranged obstacles (grains) that make up a simplified model of a porous medium. The Nusselt number for heat transfer in flow past a single obstacle has been computed. Next, novel simulations of non-isothermal flow in a porous medium of temperature-affected geometry have been undertaken. For the purpose, the thermal dilatation of grains has been accounted for. Results are presented for the pressure head loss and time-varying temperature profiles in the medium. Qualitative computations accomplished to date constitute an encouraging first step to proceed further towards the impact of temperature-affected geometry in such flows, in particular for the coking process.

PL

Metoda siatkowa Boltzmanna (LBM) została zastosowana do obliczeń przepływu i wymiany ciepła. Symulacje zostały przeprowadzone dla modelu z pojedynczym czasem relaksacji oraz zaawansowanego schematu warunków brzegowych metody LB. Dla przepływów nieizotermicznych, użyto dwóch funkcji rozkładu. Przedstawiono obliczenia testowe nieizotermicznego opływu pojedynczej przeszkody, jak również opływu regularnie oraz losowo rozmieszczonych przeszkód (ziaren), które tworzą uproszczony model ośrodka porowatego. Wyznaczono liczbę Nusselta dla przepływu ciepła w opływie pojedynczej przeszkody. Podjęto symulacje połączonych zjawisk (przepływ i wymiana ciepła) dla ośrodka porowatego o zmiennej geometrii przeszkód. W tym przypadku uwzględniono rozszerzalność termiczną ziaren. Zaprezentowano wyniki dla straty ciśnienia oraz zmienne w czasie profile temperatury dla przepływu przez ośrodek. Uzyskane dotąd jakościowe wyniki stanowią pierwszy krok do dalszych badań wpływu zależnej od temperatury geometrii ziaren ośrodka na przebieg takich przepływów, a w szczególności na proces koksowania.