Wyniki wyszukiwania - BazTech

1

Analysis of unsteady forces acting on a slender cylinder

Ziółkowski P. J., Witkowski W., Sobczyk B.

Transactions of the Institute of Fluid-Flow Machinery

|

2018

|

nr 140

23--38

EN

Developments in construction engineering (new materials, construction techniques) facilitate the design of very flexible, light structures with low damping which unfortunately results in higher susceptibility of these structures to wind action. It is therefore necessary to use more accurate scientific tools in the engineering phase of these structures. Analytical methods for considering wind effects on structures encounter difficulties with respect to mathematical formulations of aerodynamic forces. In this paper a 2D numerical model has been described which considers the fluid domain with respect to a cylindrical obstacle. This 2D model has been discretized using the finite volume method, and numerical simulations have been undertaken in order to describe the unsteady flow conditions within the analyzed domain. The simulations have been performed with boundary conditions characterizing the flow past a cylindrical obstacle. The results have been compared with the literature data from similar experiments. On the basis of the flow characteristics obtained, as well as the spatial distributions of the flow parameters, a model for further 3D analyses was selected. Next, a 3D numerical study of unsteady flow forces acting on a slender cylinder has been analyzed. Toward the end, a two-way fluid solid interaction approach has been utilized, which incorporates a computational fluid dynamics approach combined with computational solid dynamics.

2

Enhanced energy conversion as a result of fluid-solid interaction in micro- and nanoscale

Badur J., Ziółkowski P., Kornet S., Kowalczyk T., Banaś K., Bryk M., Ziółkowski P. J., Stajnke M.

Journal of Theoretical and Applied Mechanics

|

2018

|

Vol. 56 nr 1

329--332

EN

It is known that nano- and micromechanics require new approaches to right describing of surface-like phenomena which lead to an enhanced energy conversion. In this work, a general form of surface forces that consist of a contribution from both the friction and mobility components has been extended to collect the effects of bulk and surface motion of a fluid. Quite similar impact can be observed for a solid-fluid mixture, where the principle of effective stress for this new type of approach should be considered from the very beginning. The second motivation of our work is to present the multiscale domain of fluid-solid interaction which describes some “emergence effects” for materials with especially high volumetric surface densities.

3

Thermal-FSI modeling of flow and heat transfer in a heat exchanger based on minichanels

Kornet S., Ziółkowski P., Jóźwik P., Ziółkowski P. J., Stajnke M., Badur J.

Journal of Power Technologies

|

2017

|

Vol. 97, nr 5

373--381

EN

In this paper selected numerical modelling problems for an advanced thermal-FSI ("Fluid Solid Interaction") mini-channel heat exchanger model are presented. Special attention is given to the heat transfer between the separated mediums for different mass flows. Similar modelling problems have also been discussed in the literature dedicated to numerical and theoretical modelling problems for typical heat exchangers [1, 2, 3]. Basic tests, including a comparison with experimental data, have been conducted using a Mini-channel Plate Heat Exchanger (MPHE). The MPHE was made out of two gasketed brazed plates with 40 mm long rectangular cross section channels (width - 1 mm, depth - 700 μm). The thermal-FSI analysis was applied for the heat exchanger model with one hot and one cold water flow passage through the mini-channels. Satisfactory agreement between the modelling results and the experimental data [4] was obtained.

4

Zagadnienia modelowania procesu produkcji wodoru dla potrzeb energetyki w reakcji dekompozycji metanolu w innowacyjnych reaktorach termokatalitycznych ze stopu Ni3Al

Ziółkowski P., Badur J., Stajnke M., Kornet S., Jóźwik P., Bojar Z., Ziółkowski P. J.

Energetyka

|

2017

|

nr 10

664--667

PL

W artykule przedstawiono zagadnienia dotyczące modelowania pracy reaktora termokatalitycznego wykonanego z cienkiej taśmy ze stopu na osnowie fazy międzymetalicznej Ni3Al. Niniejszy układ umożliwia innowacyjną produkcję wodoru na cele energetyczne poprzez dekompozycję metanolu praktycznie przy ciśnieniu atmosferycznym. Przy obecnym stanie obciążenia turbin parowych w energetyce zawodowej wywołanym zarówno współpracą z odnawialnymi źródłami energii jak i zmiennymi reżimami pracy staje się zasadnym sięganie do nowych technologii magazynowania energii elektrycznej. Przyszłościowym magazynem są paliwa w tym wodór i związany z nim poprzez reakcje chemiczne metanol, których produkcję można analizować przy wykorzystaniu nowoczesnych narzędzi obliczeniowych. W artykule omówiono wyniki analiz numerycznych uwzględniających powierzchniowe reakcje katalityczne a mianowicie: dekompozycję metanolu do wodoru i tlenku węgla. Odniesiono się również do wyników eksperymentów. Przedstawione analizy należy uznać za użyteczne w aspekcie projektowania urządzeń zapewniających wysokosprawną oraz czystą konwersję energii elektrycznej w chemiczną i odwrotnie.

EN

This paper concerns the issues of the process hydrogen production modelling by methanol decomposition in the thermo-catalytic reactor on the intermetallic phase of Ni3Al. At the current load of steam turbine and cooperation with renewable energy sources, more detailed computational tools modelling chemical reaction are required, which allow determining the ability of storage electrical energy in fuels. This article describes the results of interaction Ni-based foils with flow which exhibit extremely high catalytic activity in methanol decomposition. The numerical simulation has been performed via CFD procedure with extension including increased chemical reactions rate on an interphase between fluid and solid. Presented analysis should be considered as satisfied and promising in the process of energy conversion from fuel to electric energy and reversly.

5

The problem of thermal unit elasticity under the conditions of dynamic RES development

Kowalczyk T., Badur J., Ziółkowski P., Kornet S., Banaś K., Ziółkowski P. J., Stajnke M., Bryk M.

Acta Energetica

|

2017

|

nr 2

116--121

EN

The paper is an overview of selected ways of increasing the operational flexibility of steam units, which are predominant in the Polish power system. These studies were prompted by the dynamic changes in the structures of installed capacity and generation output in the National Power System due to a rapid increase in the number of wind turbines in the country. The methods of thermal unit operational flexibility improvement are divided into two groups. The first group comprises solutions with heat and mass storage as well as chemical energy storage. These are solutions to manage the auxiliary load of units regardless of system load. The second group consists of methods for an off-design increase in the safe level of thermal energy machine design stress. The development of numerical tools using complex methods of thermal stress determination, such as Burzyński-Pęcherski’s theory, combined with advanced on-line machine diagnostics, allows for an extension in the operational range of a machine, beyond the original safe operation limit without risk of damage or loss of service life, in other words.

PL

W pracy przedstawiono przegląd wybranych sposobów zwiększania elastyczności pracy bloków parowych, które stanowią największą siłę wytwórczą w polskim systemie elektroenergetycznym. Motywacją do podjęcia prac w tym kierunku są dynamiczne zmiany w strukturze mocy zainstalowanej i energii wytwarzanej w Krajowym Systemie Elektroenergetycznym związane z szybkim wzrostem liczby siłowni wiatrowych na terenie kraju. Metody poprawy elastyczności pracy bloków cieplnych podzielono na dwie grupy. Pierwszą grupę stanowią rozwiązania wykorzystujące magazyny ciepła i masy oraz magazyny energii chemicznej. Są to rozwiązania pozwalające kształtować obciążenie potrzeb własnych bloku niezależnie od obciążenia systemu. Drugą grupę stanowią metody pozwalające na pozaprojektowe wytężanie konstrukcji maszyn cieplnych. Rozwój narzędzi numerycznych wykorzystujących złożone metody wyznaczania naprężeń cieplnych, takie jak np. teoria Burzyńskiego–Pęcherskiego, w połączeniu z zaawansowanymi systemami diagnostyki maszyn online, umożliwiają wychodzenie z pracą maszyn poza granice tzw. bezpiecznej pracy bez ryzyka uszkodzeń lub utraty żywotności.

6

Pozaprojektowe ograniczenia mające na celu utrzymanie dyspozycyjności turbiny parowej dużej mocy

Badur J., Sławiński D., Kornet S., Kowalczyk T., Bryk M., Ziółkowski P. J., Stajnke M., Ziółkowski P.

Energetyka

|

2016

|

nr 11

652--654

PL

Wskazano zagrożenia wynikające z kogeneracyjnej pracy bloków parowych z OZE. Określono miejsca w turbinie, które są najbardziej narażone na zniszczenie. Zaproponowano wykorzystanie adaptacji sprężysto-plastycznej materiału do skrócenia czasów startów i odstawień bloków parowych. Symulacje przeprowadzono z wykorzystaniem numerycznego narzędzia thermal-FSI.

EN

In this paper risks of cogeneration work steam turbine with Revenable Source have been showed. The greatest probability of damage in steam turbine have been defined. Elasto-plastic adaptation in material for shorted time of start up and shotdown steam bloks have been proposed. The numerical simulation have been performed via thermal-FSI procedure.

7

Znaczenie głębokości obszaru strefy wpływu ciepła na rodzaj przeprowadzanej rewitalizacji przy uszkodzeniach wirników

Badur J., Bzymek G., Majkowska A., Sławiński D., Ziółkowski P., Ziółkowski P. J.

Instal

|

2015

|

nr 12

36--40

PL

Strefa wpływu ciepła (HAZ) ma szczególne znaczenie zarówno w procesach spawalniczych, jak i podczas różnego typu zdarzeń wynikających z zatarcia się uszczelnień, panwi łożysk, czopów itp. prowadzących do stopienia i zmiany struktury materiału. Zjawisku temu towarzyszy znaczny przyrost temperatury, który może być spowodowany wewnętrznym źródłem ciepła: bądź to termicznym, jak i również mechanicznym wywołanym wzajemnym tarciem stykających się powierzchni. W celu wyznaczenia głębokości obszaru strefy wpływu ciepła i tym samym znalezienia miejsc ewentualnych zmian fazowych w strukturze metalu, a także miejsc uplastycznienia konstrukcji, wykonano szereg symulacji numerycznych thermal-FSI. Jako warunki brzegowe zadano źródła ciepła na czopie łożyska zmienne w czasie trwania zjawiska. W symulacjach thermal-FSI, wykorzystano autorski model źródła ciepła zaimplementowany do kodu komercyjnego, którego zadaniem było oszacowanie rozkładu temperatur, jaki wygenerowany został w trakcie analizowanego zdarzenia. W dalszej kolejności, dla wyznaczenia głębokości pól płynięcia plastycznego metalu panwi i korpusu łożyska oraz czopa wirnika zaadaptowano model plastyczności Burzyńskiego. Stałe do modelu opisującego wielkość generowanego ciepła zweryfikowano eksperymentalnie. Wyniki uzyskane w zaproponowanym modelu pokryły się z późniejszymi badaniami krystalograficznymi oraz ultradźwiękowymi, przeprowadzonymi w laboratorium producenta turbiny. Stwierdzono dużą zgodność uzyskiwanych przez model wyników z pomiarami rzeczywistymi na obiekcie. Ostatecznie sformułowano wnioski dotyczące HAZ i koniecznych modernizacji.

EN

Heat affected zone (HAZ) plays a crucial role both in welding process as well as in different types of cases, that are the consequences from destroy the clearances, bearing liners, journals, etc., that lead to melting and changing in the structure of the material. This phenomenon is accompanied by a significant increase in temperature, which can be caused by an external, either thermal as well as mechanical, source of heat resulting from mutual friction of the surfaces. In order to determine the depth of heat affected zone area and thus find both places of possible phase changes in metal structure, as well as places of plasticity, we performed a series of thermal-FSI numerical simulations. The heat rate sources of the journal surface changing in duration of the phenomenon were taken into account as boundary conditions. In thermal-FSI simulations, there was used the original model implemented in the commercial code, whose task was to estimate temperature field that has been generated during the analyzed case. Further, to determine the depth of the field of plasticity of the metal, there was adapted Burzyński model plasticity. The necessary constants for the model describing the size of the heat generated were experimentally verified. The obtained results in the proposed model agreed with subsequent crystallographic and ultrasound studies, which were conducted in the laboratory turbine manufacturer. It was found good agreement of model results with actual measurements on an object. Suggestions to a proper modernization have been stated, too.