témavezető: Baranyi László
helyszín (magyar oldal): Áramlás-és Hőtechnikai Gépek Intézeti Tanszék helyszín rövidítés: ÁHT
A kutatási téma leírása:
A levegő-vagy folyadékáramlásba helyezett nem áramvonalas, azaz tompa testekről leváló örvények egy periodikus gerjesztést jelentenek a testre és gyakran annak meghibásodását okozzák. A szélnek kitett magas karcsú épületekről, silókról, gyárkéményekről leváló örvények az építmény nagy amplitúdójú rezgéséhez vezethetnek, ha annak sajátfrekvenciája közel esik az örvényleválási frekvenciához és ugyanakkor a szerkezet csillapítása kicsi. Hasonló problémák jelentkezhetnek áramló folyadékba helyezett szerkezetek, csővezetékek esetében is. A hőcserélőkben lévő csőkötegekről leváló örvényeknek ugyancsak kellemetlen hatása van, mert rezgéshez és a hőcserélő zajos üzeméhez vezet. Amennyiben a henger fűtött (mint például a hőcserélők csövei, füstgáz kémények vagy a hődrótos anemométer drótja), akkor a hengermozgás és a hőátadás kölcsönhatása mind az áramlást, mind a hőátadást befolyásolja. A problémák elkerülése érdekében szükség van a prizmatikus testek körüli áramlás és hőátadás ismeretére. Korlátozzuk most vizsgálatainkat a körhenger körüli áramlás esetére! Az áramlás fontos paramétere a hengerátmérő, az áramló közeg viszkozitását, a párhuzamos áramlás sebességét és a hengerátmérőt magában foglaló Reynolds szám. További fontos tényezők a fajlagos hőátadási tényező, vagy Nusselt-szám és a Prandtl-szám. A körhenger körüli áramlás numerikus vizsgálatával számos könyv és dolgozat foglalkozik. A vizsgálatok döntő többsége newtoni folyadék feltételezésén alapul. A rugalmasan felfüggesztett, áramlásba helyezett szerkezetek esetében azok mind az egy-, mind a kétszabadságfokú (1DoF és 2DoF) rezgése kialakulhat. A főáramlásra merőleges rezgés amplitúdója általában sokkal nagyobb, mint a hosszirányú rezgésé. Ennek ellenére gyakran mind a két irányú rezgést figyelembe kell venni. A gyakorlatban előforduló 2DoF rezgéseknél a rezgések frekvenciája alapján alapvetően a következő két esetet különböztethetjük meg: (1) a rezgés frekvenciája mindkét irányban azonos (ekkor ellipszis pályát kapunk); (2) az áramlás irányú rezgés amplitúdója kétszerese az áramlásra merőleges irányú rezgés amplitúdójának (ekkor 8-as vagy eltorzított 8-as alakú pályát kapunk). Az áramlásba helyezett mechanikusan rezgetett henger a rugalmasan felfüggesztett és a hengerről leváló örvények által keltett hengerrezgés egyszerűsített modellje.
Elvégzendő feladatok és célkitűzések:
• A vonatkozó szakirodalom alapos áttekintése. Mivel a dolgozatok abszolút többsége angol nyelvű, ezért nagy előnyt jelent, ha a jelölt számára az angol nyelvű szakcikkek olvasása nem jelent nehézséget.
• Két-dimenziós számítási eljárás kifejlesztése a párhuzamos súrlódásos folyadék áramlásába helyezett 1DoF vagy 2DoF mozgást végző fűtött körhenger körüli kis Reynolds számú instacionárius áramlás, a körhengerre ható hidrodinamikai erők, az állandó hőmérsékleten tartott fűtött henger és a folyadék közötti mechanikai energia-, ill. hőátadás problémájának megoldására (mozgásegyenletek, kontinuitási egyenlet, energiaegyenlet, peremfeltételek, kezdeti feltételek, alkalmazandó numerikus módszerek).
• A numerikus eljárás kifejlesztésénél a nem-newtoni folyadék hatványtörvényen alapuló anyagtörvényét vegye alapul, amely határesetben (n=1) a newtoni folyadékmodellt is tartalmazza.
• A kifejlesztett számítógépes eljárás validálása álló vagy mechanikusan rezgetett fűtetlen hengerre vonatkozó, szakirodalomban található (főleg newtoni folyadékra vonatkozó; n=1) eredményekkel, amelyek általában megadják a henger körüli áramképet, örvénykontúrokat, a nyomástényező és a hengerre ható dimenziótlan felhajtóerő időátlagait és rms értékeit.
• Szisztematikus vizsgálatok végzése a témavezető által megadott paraméter-tartományban.
• Összehasonlító számítások végzése a Tanszéken rendelkezésre álló ANSYS Fluent kereskedelmi szoftvercsomag felhasználásával.
• A szinkronizálódás (lock-in) vizsgálata, amikor az örvényleválás frekvenciája megegyezik a hengerrezgés frekvenciájával. A rezgés amplitúdója és frekvenciája közötti összefüggés vizsgálata.
• Az eljárás kiterjesztése három-dimenziós esetre.
• Magasabb Reynolds számú áramlások vizsgálata az ANSYS Fluent szoftverbe beépített turbulencia modellek alkalmazásával.
Bejelentkezés
