Wyniki wyszukiwania - BazTech

1

Analiza numeryczna interakcji opływu pomiędzy grupami budynków o różnych wysokościach

Piechna J., Tudruj S., Kamieniecki K., Jóźwiak R.

Fizyka Budowli w Teorii i Praktyce

|

2018

|

T. 10, nr 2

25--30

PL

Praktycznie powstająca zabudowa jest często przypadkową mieszaniną budynków o różnych wysokościach. W pracy przedstawiono wyniki symulacji opływu rzeczywistej konfiguracji budynków dużych i małych tworzących skomplikowaną strukturę przepływu zależną od kierunku wiatru. Wykorzystując różne techniki wizualizacji starano się przedstawić cechy przepływu wyjaśniające stosunkowo niewielki wpływ zabudowy małych budynków na straty strumienia energii wiatru i zrozumieć mechanizmy przepływu je powodujące.

EN

Existing buildings configuration is often a random mix of buildings of different heights. The paper presents the simulation results of the flow between tall and low buildings, that form a complex flow structure dependent on the direction of the wind. Utilizing various visualization techniques, the authors try to explain the physical reasons of relatively small impact of low buildings on wind energy losses in such configuration.

2

Wpływ projektowanej zabudowy na warunki wiatrowe otoczenia na przykładzie inwestycji przy ul. Powązkowskiej w Warszawie

Poćwierz M., Gumowski K., Jóźwiak K., Piechna J.

Fizyka Budowli w Teorii i Praktyce

|

2017

|

T. 9, nr 3

29--36

PL

Publikacja przedstawia wyniki badań aerodynamicznych osiedla zlokalizowanego przy ul. Powązkowskiej w Warszawie. Badania miały dać odpowiedź na pytanie - czy i w jakim stopniu projektowana na tym terenie zabudowa wpłynie na pogorszenie warunków swobodnego przepływu powietrza i jego napływu w dalsze rejony Warszawy, zmieniając w ten sposób układ istniejącej naturalnej wentylacji miasta oraz jak ukształtują się warunki wiatrowe na terenie planowanej zabudowy i w najbliższym jej otoczeniu. Badania eksperymentalne przeprowadzono w tunelu aerodynamicznym z odwzorowaną warstwą przyziemną dla ośmiu podstawowych kierunków wiatru. Odpowiedni profil prędkości i intensywności turbulencji otrzymano przez wprowadzenie do tunelu elementów zaburzających przepływ w postaci iglic i klocków, usytuowanych przed wymodelowaną zabudową analizowanego terenu. Badania eksperymentalne w tunelu aerodynamicznym przeprowadzono dwoma komplementarnymi metodami polowymi: wizualizacji olejowej i saltacji piasku. W celach porównawczych przeprowadzono również obliczenia numeryczne. W wyniku przeprowadzonych badań uzyskano barwne mapy obrazujące strefy o zróżnicowanych prędkościach przepływu, a więc o różnym komforcie wiatrowym oraz obrazy z dobrze zarysowanymi strefami wirowymi i z obszarami zastoju powietrza.

EN

This paper presents the results of aerodynamic research of the housing estate at Powązkowska street in Warsaw. The main purpose was to answer the question if planned buildings will affect the wind conditions in the surrounding area and further regions of the city. The experiments included oil visualizations and scour techniques were conducted in the wind tunnel, where the boundary layer was properly modeled. The appropriate mean velocity profile and turbulence intensity profile were obtained by inserting obstacles into the tunnel in order to disturb the flow and achieve an appropriate roughness at the ground level. These obstacles included spires and cubic blocks were placed at the bottom of the tunnel in the formation section, in the front of the model. The research in the tunnel was carried out for eight wind directions. The numerical simulation of the flow around buildings was also performed using FLUENT software. The images of flow with well-marked eddy zones and places of air stagnation and colorful maps showing the approximate distribution of velocities in the vicinity of the planned buildings were obtained.

3

Numerical Analysis of a Small-Size Vertical-Axis Wind Turbine Performance and Averaged Flow Parameters Around the Rotor

Rogowski K., Maroński R., Piechna J.

Archive of Mechanical Engineering

|

2017

|

Vol. LXIV, nr 2

205--218

EN

Small-scale vertical-axis wind turbines can be used as a source of electricity in rural and urban environments. According to the authors’ knowledge, there are no validated simplified aerodynamic models of these wind turbines, therefore the use of more advanced techniques, such as for example the computational methods for fluid dynamics is justified. The paper contains performance analysis of the small-scale vertical-axis wind turbine with a large solidity. The averaged velocity field and the averaged static pressure distribution around the rotor have been also analyzed. All numerical results presented in this paper are obtained using the SST k- ω turbulence model. Computed power coefficients are in good agreement with the experimental results. A small change in the tip speed ratio significantly affects the velocity field. Obtained velocity fields can be further used as a base for simplified aerodynamic methods.

4

Analysis of a dynamic response of the cochlea using fluid-structure interaction model

Kamieniecki K., Piechna J., Borkowski P.

Engineering Transactions

|

2016

|

Vol. 64, iss. 4

573--579

EN

A one-dimensional (1D) model of the cochlea of the inner ear has been built and validated against the previously built three-dimensional (3D) fluid-structure interaction (FSI) model of the cochlea. The 1D model has been used to assess the influence of the round window impedance on the pressure distribution in the cochlea. It was shown that high impedance, which enables compression reflection pressure wave at the round window, leads to the biggest pressure difference between the scala vestibule and the scala tympani in the cochlea, which may lead to a stronger excitation of the basilar membrane.

5

Using ANSYS and SORCER Modeling Framework for the Optimization of the Design of a Flapping Wing Bionic Object

Abramowicz M., Kamieniecki K., Piechna A., Rubach P., Piechna J.

Machine Dynamics Research

|

2015

|

Vol. 39, No. 1

21-36

EN

Growing modeling software capabilities together with available computational resources enable the modeling of more and more complex multi-physical problems. At the same time, the preparation of such simulation requires a collaboration of both engineers and software. Multidisciplinary Design Optimization (MDO) platforms are used to integrate simulation tools and expert knowledge that represents various engineering disciplines. The presented study demonstrates an effective use of a specialized CFD program and an MDO platform the SORCER Modeling Framework (SMF) for the automation and optimization of the design of a flapping wing bionic object. The SMF realizes an optimization loop by using independent blocks prepared using ANSYS Workbench. An unsteady flow generated by the prescribed flapping wing trajectory is simulated. A number of geometrical and physical parameters is defined in the SMF model and then transferred to the slave blocks of the CFD program. An automated ANSYS workflow generates a geometry of computational domain, realizes it's proper meshing, initializes and performs the simulation, and finally passes the results to the SMF. The proposed system is an example of usage of the SMF that demonstrates the connection of specialized knowledge and a complex CFD simulation with simple and efficient control.

6

Numerical analysis of fluid motion inside partially filled container which is moving in unsteady way

Sowińska M., Piechna J.

Archive of Mechanical Engineering

|

2015

|

Vol. LXII, nr 4

477--508

EN

The paper describes the behavior of the liquid in a container that moves with a constant speed along a track consisting of three arcs. Such a complicated track shape generates complex form of inertia forces acting on the liquid and generates the sloshing effect. The behavior of the tank container vehicle is affected by the time-dependent inertia forces associated with the transient sloshing motion of the liquid in the non-inertial frame. These internal excitations, acting on a tank construction, can cause a loss of stability of the vehicle. For that reason, the authors analyze the dynamic loads acting on the walls of the tank truck container. The variation of the position of the liquid cargo gravity center, that depends on the filling level of the container, is also analyzed. The simulations were performed according to the varying fill level, which was 20%, 50% and 80% of a liquid in the whole tank volume. The simulations were carried out for a one-compartment container. Another aim of this study was the investigation of the influence of container division (tank with one, two and three compartments) on behavior of the liquid. These simulations considered only the half-filled container which was treated as a dangerous configuration prohibited by the law regulations for one-compartment tank. The results of simulation are presented in the form of visualization of temporary liquid free surface shape, variation of forces and moments, as well as frequency analysis. The results of simulation were analyzed, and some general conclusion were derived, providing the material for future investigation and modifications of the law regulations.

PL

Artykuł opisuje zachowanie się cieczy wewnątrz zbiornika, który porusza się ze stałą prędkością wzdłuż toru składającego się z trzech łuków. Na zachowanie zbiornika cysterny mają wpływ siły zależne od czasu związane z nieustalonym ruchem cieczy w układzie nieinercjalnym. Wewnętrzne wymuszenia działające na konstrukcję zbiornika mogą spowodować utratę stabilności pojazdu. Z tego powodu w artykule przeanalizowano obciążenia dynamiczne działające na ściany zbiornika pojazdu cysterny, a także zmianę położenia środka ciężkości przewożonej cieczy, w zależności od stopnia napełnienia zbiornika. Symulacje zostały przeprowadzone dla różnych stopni napełnienia przewożonym ładunkiem, tj. 20%, 50% i 80% cieczy w całkowitej objętości zbiornika. Dla tych stopni napełnienia rozpatrywano zbiornik jednokomorowy. Kolejnym celem badań było sprawdzenie wpływu podziału zbiornika (na jedną, dwie i trzy komory) na zachowanie się cieczy wewnątrz zbiornika. W tym przypadku rozważano zbiornik wypełniony cieczą w połowie, co uważane jest jako niebezpieczny stopień napełnienia zabroniony według regulacji prawnych dotyczących przewozu materiałów w cysternach ze zbiornikiem jednokomorowym. Wyniki symulacji zostały przedstawione w postaci kształtów powierzchni swobodnej, przebiegu sił i ich momentów działających na ściany zbiornika a także analizy częstotliwościowej tych sygnałów. Wyniki zostały przeanalizowane i na ich podstawie wyciągnięto wnioski, które dają podstawę do dalszych badań w tym temacie i dyskusji nad możliwymi zmianami w regulacjach prawnych dotyczących przewozu cieczy w cysternach.

7

Numerical analysis of aerodynamic characteristics of a of high-speed car with movable bodywork elements

Janson T., Piechna J.

Archive of Mechanical Engineering

|

2015

|

Vol. LXII, nr 4

451--476

EN

This paper presents the results of numerical analysis of aerodynamic characteristics of a sports car equipped with movable aerodynamic elements. The effects of size, shape, position, angle of inclination of the moving flaps on the aerodynamic downforce and aerodynamic drag forces acting on the vehicle were investigated. The calculations were performed with the help of the ANSYS-Fluent CFD software. The transient flow of incompressible fluid around the car body with moving flaps, with modeled turbulence (model Spalart-Allmaras or SAS), was simulated. The paper presents examples of effective flap configuration, and the example of configuration which does not generate aerodynamic downforce. One compares the change in the forces generated at different angles of flap opening, pressure distribution, and visualization of streamlines around the body. There are shown the physical reasons for the observed abnormal characteristics of some flap configurations. The results of calculations are presented in the form of pressure contours, pathlines, and force changes in the function of the angle of flap rotation. There is also presented estimated practical suitability of particular flap configurations for controlling the high-speed car stability and performance.

PL

W pracy przedstawiono wyniki numerycznej analizy charakterystyk aerodynamicznych szybkiego samochodu wyposażonego w ruchome elementy aerodynamiczne – klapy. Badano wpływ wielkości, kształtu, położenia, kąta nachylenia ruchomych klap, na docisk aerodynamiczny pojazdu i siły oporu aerodynamicznego. Obliczenia wykonano za pomocą oprogramowania CFD ANSYS-Fluent. Analizowano nieustalony przepływ płynu nieściśliwego z modelowanym wpływem turbulencji (model Spalarta-Allmarasa lub SAS), wokół nadwozia, podczas ruchu klapy. Wyniki obliczeń przedstawiono w postaci rozkładów ciśnienia, przebiegu linii prądu, zmian sił w funkcji kąta obrotu klapy. Analizowano zarówno wielkości sił aerodynamicznych powstających na nadwoziu z klapami jak i przyczyny ich powstawania. Pokazano przykłady skutecznych konfiguracji klap jak i przykłady konfiguracji nie generujących aerodynamicznej siły docisku. Przedstawiono porównanie zmian sił występujących przy różnych kątach otwarcia klap, rozkłady ciśnień, wizualizacje przepływu wokół nadwozia. Przedstawiono fizyczne przyczyny obserwowanych nietypowych charakterystyk działania klap. Oszacowano praktyczną przydatność poszczególnych rozwiązań do kontroli stabilności szybkiego samochodu.

8

Rotary Ramjet Engine - Numerical analysis of aerodynamics and combustion

Laube T., Piechna J., Müller N.

Archivum Combustionis

|

2014

|

Vol. 34 nr 2

129--154

EN

The results of numerical calculations of 2-D and 3-D flows and the combustion process in versions of an advanced rotational engine are presented and analysed. Based on the idea of the ramjet internal flow engine, the project of the rotary engine that generates torque on a shaft was developed and its operation analyzed. In the considered version of the rotary ramjet engine, a set of ramjet engines move around a center axis at high angular velocity to realize the supersonic airflow in their engine inlet. The only mowing part of the engine is a fast rotating disk with obliquely located channels near the external part of the disk forming ramjet engines. The channels in disk perform the functions of compressing the air, combusting the air fuel mixture, and generating thrust with the exhaust gases. The general principle of operation and performance of the rotary engine are discussed. Through the numerical solution of the steady averaged Navier-Stokes equations with k-ɛ turbulence model and non-premixed model of combustion, the basic characteristics of the flow and engine efficiency of the presented designs were predicted. The analysis focuses on the flow, combustion, and thermal challenges. Structural considerations are outside the scope of this paper. Results of the 2-D and 3-D simulations are presented in plots of pressure, fluid velocity, temperature, fuel and oxygen distribution.

9

Numerical investigation of the micro radial disk internal combustion engine

Kurec K., Piechna J., Müller N.

Archivum Combustionis

|

2014

|

Vol. 34 nr 1

1—26

EN

This work presents a numerical analysis of the flow and combustion phenomena inside the Radial Disk Internal Combustion Engine. In the set of arch chambers forming the engine disk, a mixture of hydrogen peroxide with hydrogen is burned under constant volume conditions. The thermal decomposition of hydrogen peroxide is used as a pilot and stabilizing process of the hydrogen combustion, addressing effectively important challenges for the small dimensions of the channels. The cycle consists of the filling process preceded by the cooling and separation process that is realized by injection of water steam, the combustion, and the expansion process. In the considered numerical model, the cycle is simulated numerically with the commercial software package FLUENT, including the tracking of species and reaction. The inner rotating part of the engine, the disk, is modeled as a moving grid geometry that exchanges flow streams with ports located in the stationary part of the engine, the housing. The implemented model considers problems of sealing, ignition, and quenching. Results of the simulations are presented in form of pressure, temperature, velocity, and species concentration contours as well as torque variation over time.

10

Simulation of fluid structure interaction in a novel design of high pressure axial piston hydraulic pump

Osiecki L., Patrosz P., Landvogt B, Piechna J., Zawistowski T., Zylinski B

Archive of Mechanical Engineering

|

2013

|

Vol. LX, nr 4

509--529

EN

A novel type of an axial, piston-driven high pressure hydraulic pump with variable capacity marks a significant improvement in the area of the hydraulic machinery design. Total discharge from hydrostatic forces eliminates a need for a servomechanism, thus simplifying operation, reducing weight and introducing the possibility of the pump displacement control by computer. PWK-type pumps, invented in the Gdansk University of Technology, offer high efficiency for pressure levels up to 55 MPa, ability to work self sucking even at high speed. However, the heart of the new invention, the commutation unit, creates harmful pressure peaks. Those peaks can be mitigated by the introduction of a compensation chamber with elastic walls. Owing to the dynamic character of events taking place in the pump, a need for computer simulation arouse in order to understand phenomena leading to the occurrence of pressure peaks and choose compensation chamber parameters accordingly. A CFD package alone would not be sufficient to reliably represent the interaction between the compensation chamber wall and the working fluid. This paper presents Fluid Structure Interaction approach comparing 3 different models: 2 simplified models of the pump and a full pump model.

PL

Nowa odmiana wysokociśnieniowej pompy tłokowej osiowej o zmiennej wydajności stanowi znaczący postęp w projektowaniu systemów napędu hydraulicznego. Całkowite odciążenie od sił hydrostatycznych pozwala wyeliminować serwomechanizm sterujący, upraszczając konstrukcje pompy, zmniejszając jej ciężar i pozwalając na komputerowe sterowanie wydajnością. Pompy typu PWK, wynalezione na Politechnice Gdańskiej, osiągają wysoką sprawność przy ciśnieniu sięgającym 55 MPa i są samossawne nawet przy wysokiej prędkości obrotowej. Mechanizm rozrządu krzywkowego, będący podstawa wynalazku, generuje jednak szkodliwe piki ciśnienia. W celu ich zredukowania zaproponowano zastosowanie komory kompensującej z elastycznymi ścianami. Ze względu na dynamiczny charakter zjawisk zachodzących podczas pracy pompy w celu przeanalizowania genezy pików ciśnienia i doboru właściwych parametrów konstrukcyjnych komory kompensacyjnej konieczne było przeprowadzenie symulacji komputerowej. Dostępne pakiety CFD nie były jednak w stanie odwzorować złożonych zależności między ściana komory kompensacyjnej a cieczą roboczą. Zaprezentowane w artykule podejście ukazuje oddziaływania miedzy cieczą a struktura pompy na przykładzie 3 różnych modeli: dwóch uproszczonych i pełnego modelu pompy.

11

Numerical investigation of the controllable wing stall caused by the air injection

Pietrzak P., Piechna J.

Archive of Mechanical Engineering

|

2013

|

Vol. LX, nr 2

199--217

EN

This paper presents results of numerical investigation on a controllable airfoil flow separation phenomena practically applied in Formula One racing by a device called the F-duct. Separation is forced by air jets from slots located at different positions on the profile of the dual element wing and is intended to reduce aerodynamic drag. Slot position and the air jet velocity are the main parameters controlling the flow separation. The flow structure, surface pressure distribution, and the generated downwards lift and drag forces were investigated in this study. Two different flow separation structures have been recognised. Typically, wing stall is correlated with an increase in aerodynamic drag force. However, in the case of the finite wing with low aspect ratio, the induced drag is dominant and is proportional to the downforce. Therefore, flow separation on the wing increases the profile drag while simultaneously reducing the induced drag, resulting in a decrease in the total aerodynamic drag.

PL

W artykule przedstawiono wyniki badań numerycznych zjawiska sterowanego oderwania przepływu na płacie dociskowym praktycznie wykorzystywanym w wyścigach Formuły 1 przez urządzenie o nazwie F-duct. Oderwanie przepływu zostało spowodowane wprowadzeniem zaburzenia poprzez strumień powietrza ze szczeliny, co doprowadziło do zmniejszenia całkowitego oporu aerodynamicznego płata dociskowego. Pozycje szczeliny i prędkość powietrza z nich wyrzucanego były głównymi parametrami kontrolującymi oderwanie przepływu. Głównym przedmiotem badań były: struktura przepływu, rozkłady ciśnienia na powierzchni profilu oraz generowane siły nośna i oporu. Podczas badań zostały rozpoznane dwie różne struktury oderwania przepływu. Zazwyczaj oderwanie przepływu na płacie związane jest ze wzrostem oporu profilowego. Jednak w przypadku trójwymiarowym dla płata o skończonej rozpiętości występuje dodatkowy składnik oporu ciśnieniowego spowodowany pojawieniem się wirów krawędziowych. Opór ten jest proporcjonalny do współczynnika siły docisku. Eksperyment pokazał, że oderwanie przepływu występujące na płacie dociskowym zwiększa opór profilowy, ale jednocześnie zmniejszając opór indukowany co w konsekwencji prowadzi do zmniejszenia całkowitego oporu aerodynamicznego.

12

Improvements in the turbo-engine by replacement of conventional combustion chamber by a pulse combustion chamber

Łapiński D, Piechna J.

Archive of Mechanical Engineering

|

2013

|

Vol. LX, nr 4

495--508

EN

This paper comprises description of the turbo engine and evaluation of its analytical model. The analytical model was created to establish a benchmark for further evaluation of a wave rotor combustor (at constant volume). The wave rotor combustor concept was presented and discussed. Advantages of combustion at constant volume were described as well as the basic turbo engine updates required to reflect pulse combustor application. The calculation results for analytical model of a basic engine, and that equipped with pulse combustor are included in this paper. The paper describes the required changes in the engine structure and construction and the estimated thermodynamic improvements. Axial-type pulse multi-chamber combustion unit increasing the pressure and temperature of gases requires a special additional turbine utilizing additional energy and forming the interface between the standard compressor-turbine unit. Performance calculations done for an existing GTD-350 engine showed that constant-volume combustion process is valuable.

PL

W pracy przedstawiono opis silnika turbinowego i jego termodynamicznych modeli analitycznych. Model analityczny został stworzony w celu oceny wpływu pulsacyjnej komory spalania o spalaniu przy stałej objętości na parametry pracy silnika. Przedstawiono i omówiono koncepcje wirnika falowego z pulsacyjnymi komorami spalania. Opisano zalety spalania w stałej objętości, a także omówiono wymagane zmiany w konstrukcji silników turbinowych, konieczne przy wykorzystaniu spalania przy stałej objętości. Porównano modele termodynamiczne silnika w wersji podstawowej i wyposażonej w pulsacyjną komorę spalania. Artykuł opisuje niezbędne zmiany w strukturze silnika oraz jego budowie i szacuje zmiany jego podstawowych parametrów. Osiowy typ wielokomorowego urządzenia które w sposób pulsacyjny zwiększa ciśnienie i temperaturę gazów wymaga specjalnej dodatkowej turbiny. Wykorzystanie dodatkowej energii wymaga ukształtowania współpracy pulsacyjnej komory spalania ze standardowym układem sprężarka-turbina. Obliczenia przeprowadzone dla istniejącego silnika GTD-350 wykazały, ze zastosowanie procesu spalania w stałej objętości podnosi moc i sprawność silnika.

13

Numerical analysis of the possibility of using an external air bag to protect a small urban vehicle during a collision

Tudruj S., Piechna J.

Archive of Mechanical Engineering

|

2012

|

Vol. LIX, nr 3

257—281

EN

This paper presents a three-dimensional model of an airbag located outside of a small city car at the front bumper, which is intended to protect the vehicle against the effects of road traffic collisions. Results of numerical simulations of airbag operation in case of collision with two types of obstacles are presented: a flat, vertical wall and a circular pillar with a diameter of 200 mm. The paper presents the physical model, which is the subject of simulation, along with its mathematical description and the numerical calculation scheme used.

PL

Praca zawiera opis trójwymiarowego modelu zewnętrznej poduszki powietrznej ulokowanej na zderzaku małego samochodu miejskiego. Poduszka ta ma za zadanie chronienie zarówno pojazdu podczas zderzenia z przeszkodą jak i przechodnia podczas zderzenia z pojazdem. W pracy przedstawiono rezultaty obliczeń numerycznych zderzenia z płaską przeszkodą i przeszkodą w formie walca o średnicy 200 mm. W pracy zaprezentowano fizyczny model poduszki, wraz z modelem matematycznym i schematem obliczeniowym.

14

A novel design and preliminary investigation of composite material marine current turbine

Wang J., Piechna J., Müller N.

Archive of Mechanical Engineering

|

2011

|

Vol. LVIII, nr 4

355-366

EN

A high performance and light-weight wound composite material wheel has been developed and is intended to be used for many purposes. One of these applications is marine current turbine (MCT). Traditionally, major problems influencing the design and operation of MCTs are fatigue, cavitation and corrosion due to the sea water. Considering these factors, implementation of composite materials, especially Kevlar fiber/epoxy matrix, in MCTs is explained in this paper. This novel design pattern of composite material marine current turbine (CMMCT) shows many advantages compared to conventional turbines. This paper investigated several factors which should be considered during this novel turbine design process such as the composite material selection, filament winding of composite wheel and turbine's structural and cavitation analysis. The power coefficient of CMMCT by using CFD is also obtained and the experimental facilities for testing CMMCT in a water towing tank are briefly described.

PL

Wysokiej wydajności wirnik wykonany z materiału będącego tkanym, lekkim kompozytem został opracowany i jest przeznaczony do stosowania do wielu celów. Jedną z tych aplikacji są turbiny wykorzystujące prądy morskie (MCT). Tradycyjnie, główne problemy wpływające na budowę i działanie MCT to problemy zmęczeniowe, związane z kawitacją i korozją w wodzie morskiej. Wyjaśniono w tym artykule dlaczego biorąc pod uwagę powyższe czynniki, wykonano rotor z materiałów kompozytowych, zwłaszcza włókna Kevlar w epoksydowej matrycy. Ten nowy sposób wykonania elementów turbin wykorzystujących prądy morskie z materiałów kompozytowych pokazuje wiele zalet w porównaniu do stosowanych w konwencjonalnych turbinach. W artykule przedstawiono badania kilku czynników, które należy rozważyć w procesie projektowania turbin, takich jak dobór materiałów kompozytowych, sposobu tkania włókien kompozytowych wirnika oraz analizy strukturalnej turbiny i zjawisk kawitacji. Przedstawiono wartość współczynnika mocy turbiny uzyskanego za pomocą CFD oraz przedstawiono krótko podstawowe informacje o stanowisku do badań doświadczalnych turbiny holowanej w basenie.

15

Hybrid wave engine concept and numerical simulation of engine operation

Piechna J., Dyntar D.

Archive of Mechanical Engineering

|

2010

|

Vol. LVII, nr 1

69-95

EN

Recent investigations of micro engines have documented the problem of low efficiency of steady compression devices. As a solution, the application of unsteady processes has been proposed. Closer investigations have shown the applicability of pure unsteady devices for gas compression, but it is also shown that they are practically not applicable for torque generation. A new concept of the wave engine has to be developed. This paper presents such a new concept and numerical investigation of the hybrid wave engine. A hybrid wave engine combines in a single machine components realizing unsteady compression, steady expansion, and mixed unsteady and steady scavenging due to the centrifugal force action. MEMS technology requires or prefers a flat geometry. Therefore, the use of a radial type of wave compression device for air compression is proposed. A numerical, two-dimensional complete model of this device was built, and several numerical simulations of engine operations were performed. The numerical model includes the simplified model of the combustion chamber closing the flow loop between the high-pressure compressed air port and the high-pressure hot exhaust gas port. The model represents the complete flow scheme of the hybrid wave engine. A special type of turbine in radial configuration with serial flow layout is used for torque generation.

PL

Badania prowadzone nad mikrosilnikami przepływowymi ukazały ich główną wadę jaką jest niska sprawność stacjonarnego procesu sprężania wynikająca z ich małych wymiarów. Jako rozwiązanie tego problemu proponuje się zastosowanie nieustalonych procesów sprężania. Dalsze badania wykazały ich przydatność w procesie sprężania lecz nieprzydatność do wytwarzania momentu napędowego. Dlatego też opracowano nową koncepcję falowego mikro silnika łączącego korzystne cechy stacjonarnych i niestacjonarnych procesów przepływu. W niniejszej pracy przedstawiono nową ideę hybrydowego silnika falowego i numeryczne symulacje jego działania. W proponowanym hybrydowym silniku falowym zastosowano elementy konstrukcyjne wywołujące nieustalone sprężanie a stacjonarne rozprężanie, mieszanego typu (nieustalone i ustalone) opróżnianie komór sprężająco-rozprężających wspomagane działaniem sił odśrodkowych. Ponieważ technologia stosowana w przypadku urządzeń typu MEMS preferuje a czasem wręcz wymaga płaskiej geometrii, zastosowano układ sprężający typu promieniowego. Zbudowany został numeryczny, dwu-wymiarowy model silnika zawierający wszystkie typowo modelowane jego elementy oraz uproszczony model komory spalania zamykający obieg sprężonego powietrza pomiędzy wylotem z układu sprężającego a wlotem do układu rozprężającego. Do wytwarzania momentu obrotowego wykorzystano promieniową turbinę specjalnego typu z szeregowym układem stopni rozprężania.

16

Numerical analysis of modified FanWing concept

Kurec K., Piechna J.

Archive of Mechanical Engineering

|

2009

|

Vol. LVI, nr 4

325-347

EN

Modification of the FanWing concept intended for the use at higher speeds of flight (over 20 m/s) is numerically analyzed. The principle of operation, basic aerodynamic characteristics, and the features in untypical flight situation (autorotation) are described and explained.

PL

W pracy przedstawiono koncepcję modyfikacji skrzydła wentylatorowego przeznaczonego do lotów z większymi prędkościami (ponad 20 m/s) niż oryginalne skrzydło wentylatorowe. Wykorzystując program Fluent dokonano symulacji opływu skrzydła dla kilku konfiguracji geometrycznych, szeregu prędkości obrotowych wirnika i prędkości lotu. Przedstawiono i przeanalizowano podstawowe charakterystyki aerodynamiczne skrzydła. Wskazano zarówno na zalety rozwiązania jak i jego słabe strony. Analizy zachowania skrzydła zilustrowano szeregiem rozkładów ciśnień jak też wykresów nieustalonych sił aerodynamicznych. Zasugerowano dalsze kierunki badań.

17

Numerical simulation of piston ring pack operation with regard to ring twist effects.

Wolff A., Piechna J.

Archive of Mechanical Engineering

|

2007

|

Vol. LIV, nr 1

65-99

EN

The motion of a ring pack on a thin film covering a cylinder liner has been analysed. In contrast to the previous papers, which considered a primary hydrodynamic phenomena (including mixed lubrication), in the present paper an additional degree of freedom of a ring i.e. a twist motion is also taken into account. Equations describing the twist of rings are presented and used in simulation. The twist phenomena of a single ring have been analysed in the past. In this paper, the twist effects of separate rings forming a ring pack are considered. In the pack configuration, the twist of the upstream ring strongly influences the operation of the downstream ring. The phenomenon commonly treated as secondary effect seems to be influencing the ring motion strongly. Differences between results obtained applying and neglecting ring twist motion are analysed and discussed.

PL

W artykule przedstawiono model i wyniki symulacji ruchu pakietu pierścieni tłokowych przemieszczających się po filmie olejowym i mogących wykonywać ruchy "kołyszące" w zakresie ograniczonym wymiarami luzów w rowkach tłoka. W modelu uwzględniono działanie sił hydrodynamicznych, siły elastycznego kontaktu w przypadku częściowego smarowania, siły sprężystości pierścieni, jak też siły gazowe działające na poszczególne pierścienie. Pokazano zmiany momentów skręcających pierścień, zmiany szczeliny smarującej wywołane odkształceniami kątowymi pierścieni i wpływ tych zmian na ruch poszczególnych pierścieni. Wyniki obliczeń przedstawiono w formie wykresów.

18

Możliwości wykorzystania pakietu Fluent do obliczeń aerodynamicznych śmigłowców

Piechna J., Rudniak L.

Prace Instytutu Lotnictwa

|

2006

|

Nr 1-2 (184-185)

72-76

PL

W pracy przedstawiono możliwe do wykorzystania w obliczeniach aerodynamiki śmigłowców zaimplementowane w programie Fluent modele przepływu przez wirnik różniące się stopniem uproszczenia i obszarem zastosowań. Pokazano kilka przykładów obliczeń wykonanych przy pomocy uniwersalnego programu komercyjnego Fluent ilustrujących możliwości programu.

EN

Paper presents range of methods for analysis of the aerodynamic interaction between rotors and airframe imple-mented into the generał purpose solver Fluent. Starting from the simplest FAN model followed by single reference frame models (SRF) and Sliding Mesh Model (SMM) the most suitable for helicopter applications Virtual Blade Model with description of its limitations are shortly presented.

19

FLUENT - uniwersalny program do obliczeń przepływów : możliwości wykorzystania programu FLUENT do symulacji pracy układu wentylacyjnego

Piechna J.

Chłodnictwo i Klimatyzacja

|

2006

|

nr 3

49-55

20

Analysis of dynamic loads on lightweight footbridge caused by lorry passing underneath

Żółtowski P., Piechna J., Żółtowski K., Zobel H.

Bulletin of the Polish Academy of Sciences. Technical Sciences

|

2006

|

Vol. 54, nr 1

33-43

EN

This paper describes influence of cargo lorry traveling at high speed under a lightweight footbridge on the structure vibrations. The unsteady CFD simulations were performed to obtain aerodynamic load functions on the footbridge. These loads were introduced to nonlinear structural dynamics transient calculation to obtain footbridge response. The influence of aerodynamic forces was evaluated in terms of pedestrian comfort and safety. Parametric study of the influence of vehicle speed, structure clearance, cabin deflectors and distance between lorries grouped in convoy is also presented.