ANALIZA PRZEPŁYWU W TUNELU AERODYNAMICZNYM PO MODERNIZACJI

Podobne dokumenty
BADANIE ROZKŁADU PRĘDKOŚCI W DYFUZORZE TURBINY WIATROWEJ

DETEKCJA FAL UDERZENIOWYCH W UKŁADACH ŁOPATKOWYCH CZĘŚCI NISKOPRĘŻNYCH TURBIN PAROWYCH

ANALIZA ROZKŁADU CIŚNIEŃ I PRĘDKOŚCI W PRZEWODZIE O ZMIENNYM PRZEKROJU

Numeryczna symulacja rozpływu płynu w węźle

Projekt Metoda Elementów Skończonych. COMSOL Multiphysics 3.4

POLITECHNIKA LUBELSKA

INSTYTUT LOTNICTWA. Aleja Krakowska 110/ Warszawa Tel. (22) Fax: (22) OPIS PRZEDMIOTU ZAMÓWIENIA

PN-B-03004:1988. Kominy murowane i żelbetowe. Obliczenia statyczne i projektowanie

ANALIZA MODYFIKACJI MODELU WIRNIKA SAVONIUSA METODĄ SYMULACJI KOMPUTEROWEJ

TEORETYCZNY MODEL PANEWKI POPRZECZNEGO ŁOśYSKA ŚLIZGOWEGO. CZĘŚĆ 3. WPŁYW ZUśYCIA PANEWKI NA ROZKŁAD CIŚNIENIA I GRUBOŚĆ FILMU OLEJOWEGO

Opory przepływu powietrza w instalacji wentylacyjnej

OPŁYW PROFILU. Ciała opływane. profile lotnicze łopatki. Rys. 1. Podział ciał opływanych pod względem aerodynamicznym

MODEL DWUWYMIAROWY PRZEPŁYWU PRZEZ STOPIEŃ MODELOWEJ TURBINY WODNEJ ORAZ JEGO EKSPERYMENTALNA WERYFIKACJA

Politechnika Poznańska. Zakład Mechaniki Technicznej

Numeryczna symulacja opływu wokół płata o zmodyfikowanej krawędzi natarcia. Michał Durka

prędkości przy przepływie przez kanał

LENTO / LARGO. Kątowy tłumik akustyczny do kanałów prostokątnych

Krzysztof Gosiewski, Anna Pawlaczyk-Kurek

BADANIA AREODYNAMICZNE PANELI AKUSTYCZNYCH WIND TUNNEL TESTS OF ACOUSTIC PANELS

Grupa 1 1.1). Obliczyć średnicę zastępczą przewodu o przekroju prostokątnym o długości boków A i B=2A wypełnionego wodą w 75%. Przewód ułożony jest w

Politechnika Poznańska. Zakład Mechaniki Technicznej. Metoda Elementów Skończonych Lab. Wykonali: Marta Majcher. Mateusz Manikowski.

ProUnit. Hala sportowa Bydgoszcz Agnieszka Jan. Ciśnienie atmosferyczne

PROFIL PRĘDKOŚCI W RURZE PROSTOLINIOWEJ

Przykłady modelowania numerycznego warunków hydraulicznych przepływu wody w przepławkach ryglowych i dwufunkcyjnych

Badania przepływów dynamicznych w tunelu aerodynamicznym przy użyciu cyfrowej anemometrii obrazowej

Badania efektywności pracy wywietrzników systemowych Zefir w układach na pustaku wentylacyjnym w czterorzędowym wariancie montażowym

Z komputerowym systemem IQnomic Lakierowane panele z 50 mm niepalną izolacją 3-fazy, 5-żył, 400 V-10/+15%, 50 Hz, 10 A. Nawiew

CADENZA. Tłumik akustyczny do kanałów prostokątnych

Spis tabel Tabela 1. Tabela 2. Tabela 3. Tabela 4. Tabela 5. Tabela 6. Tabela 6. Tabela 7. Tabela 8. Tabela 9. Tabela 10.

CALMO. Tłumik akustyczny do kanałów prostokątnych

METODA ELEMENTÓW SKOŃCZONYCH.

Podczas wykonywania analizy w programie COMSOL, wykorzystywane jest poniższe równanie: 1.2. Dane wejściowe.

DYNAMIKA ŁUKU ZWARCIOWEGO PRZEMIESZCZAJĄCEGO SIĘ WZDŁUŻ SZYN ROZDZIELNIC WYSOKIEGO NAPIĘCIA

Zadanie 1. Zadanie 2.

METODA ELEMENTÓW SKOŃCZONYCH

Politechnika Poznańska

WYZNACZANIE PARAMETRÓW PRZEPŁYWU CIECZY W PŁASZCZU CHŁODZĄCYM ZBIORNIKA CIŚNIENIOWEGO

.DOŚWIADCZALNE CHARAKTERYSTYKI AERODYNAMICZNE MODELU SAMOLOTU TU-154M W OPŁYWIE SYMETRYCZNYM I NIESYMETRYCZNYM

Doświadczalne badania przydatności powietrznych kolektorów słonecznych do wspomagania procesów suszenia płodów rolnych. dr inż.

Numeryczne modelowanie mikrozwężkowego czujnika przepływu

Politechnika Poznańska

ZESZYTY NAUKOWE NR 10(82) AKADEMII MORSKIEJ W SZCZECINIE. Analiza strat ciśnieniowych w kanałach pompy MP-05

BN wentylator promieniowy

BE wentylator promieniowy

Mgr inż. Wojciech Chajec Pracownia Kompozytów, CNT Mgr inż. Adam Dziubiński Pracownia Aerodynamiki Numerycznej i Mechaniki Lotu, CNT SMIL

INSTYTUT KONSTRUKCJI MASZYN. POCZTA PNEUMATYCZNA The pneumatic post

Cel i zakres pracy dyplomowej inżynierskiej. Nazwisko Imię kontakt Modelowanie oderwania strug w wirniku wentylatora promieniowego

LABORATORIUM MECHANIKI PŁYNÓW

BADANIA WIRNIKA TURBINY WIATRROWEJ O REGULOWANYM POŁOŻENIU ŁOPAT ROBOCZYCH. Zbigniew Czyż, Zdzisław Kamiński

Rysunek z wymiarami. Szpital Wrocław - Hematologia Centrala1 150/ /3500 m³/h. Projekt Centrala. Razem dla centrali Szerokość Wysokość Długość

LABORATORIUM METODA ELEMENTÓW SKOŃCZONYCH

MODELOWANIE ROZKŁADU TEMPERATUR W PRZEGRODACH ZEWNĘTRZNYCH WYKONANYCH Z UŻYCIEM LEKKICH KONSTRUKCJI SZKIELETOWYCH

Jan Kowalski Sprawozdanie z przedmiotu Wspomaganie Komputerowe w Projektowaniu

Metoda Elementów Skończonych

Szczegółowy Opis Przedmiotu Zamówienia 18/D/ApBad/2016. Projekt, wykonanie oraz dostawa komory do pomiaru przepływu w uszczelnieniu labiryntowym.

LABORATORIUM MECHANIKI PŁYNÓW

POLITECHNIKA LUBELSKA

MPA wentylator promieniowy

SPRĘŻ WENTYLATORA stosunek ciśnienia statycznego bezwzględnego w płaszczyźnie

SYMULACJA OBROTU ŚMiGŁOWCA WOKÓŁ OSi PiONOWEJ W WARUNKACH WYSTĘPOWANiA LTE

ĆWICZENIE WYZNACZANIE CHARAKTERYSTYK POMPY WIROWEJ

Laboratoryjny system do badania charakterystyk kątowych czujników anemometrycznych

MODELOWANIE NUMERYCZNE POLA PRZEPŁYWU WOKÓŁ BUDYNKÓW

układ bezstopniowej regulacji prędkości obrotowej wentylatora

Badania wentylatora. Politechnika Lubelska. Katedra Termodynamiki, Mechaniki Płynów. i Napędów Lotniczych. Instrukcja laboratoryjna

Część A: Wodociągi Dr inż. Małgorzata Kutyłowska Dr inż. Aleksandra Sambor

OBLICZENIA SILNIKA TURBINOWEGO ODRZUTOWEGO (rzeczywistego) PRACA W WARUNKACH STATYCZNYCH. Opracował. Dr inż. Robert Jakubowski

BM wentylator promieniowy

Wojskowa Akademia Techniczna Katedra Pojazdów Mechanicznych i Transportu

Analiza wymiany ciepła w przekroju rury solarnej Heat Pipe w warunkach ustalonych

1. Zebranie obciążeń na konstrukcję Oddziaływania wiatru. Wg PN-EN Dane podstawowe:

WZÓR. Raport z Badań. ALNOR systemy wentylacji Sp. z o.o. Ul. Aleja Krakowska Wola Mrokowska

Zespół Szkół w Czarnowąsach Ciśnienie atmosferyczne

MECHANIKA PŁYNÓW LABORATORIUM

1. Przepływ ciepła Rysunek 1.1 Projekt tarczy hamulcowej z programu SOLIDWORKS

Ćwiczenie laboratoryjne Parcie wody na stopę fundamentu

BL wentylator promieniowy

Laboratorium komputerowe z wybranych zagadnień mechaniki płynów

Opis przedmiotu zamówienia

Obliczenia osiągów dyszy aerospike przy użyciu pakietu FLUENT Michał Folusiaak

Aparatura Chemiczna i Biotechnologiczna Projekt: Filtr bębnowy próżniowy

Karta doboru. Centrala wentylacyjna RP-900-SPX-K2.0AN-E-W-1N8-1W7-K5-K5-E-W86-X-X SCHEMAT DZIAŁANIA WIDOK Z GÓRY

LABORATORIUM MECHANIKI PŁYNÓW

METODA ELEMENTÓW SKOŃCZONYCH

METODA ELEMENTÓW SKOŃCZONYCH

1. Zebranie obciążeń na konstrukcję Oddziaływania wiatru. wg PN-EN Dane podstawowe:

Automatyka i pomiary wielkości fizykochemicznych. Instrukcja do ćwiczenia III. Pomiar natężenia przepływu za pomocą sondy poboru ciśnienia

Badania charakterystyki sprawności cieplnej kolektorów słonecznych płaskich o zmniejszonej średnicy kanałów roboczych

NSAL-70 NAWIEWNIK SZCZELINOWY

INSTYTUT INŻYNIERII ŚRODOWISKA ZAKŁAD GEOINŻYNIERII I REKULTYWACJI ĆWICZENIE NR 7 BADANIE POMPY II

Oddziaływanie wiatru na przepływ powietrza w tunelach

konstrukcja napęd i sterowanie STRS-1-50L22 STRS-1-100L U I max RPM max

MRA wentylator promieniowy

MBA wentylator promieniowy

Politechnika Poznańska Wydział Budowy Maszyn i Zarządzania

ELF wentylator przeciwwybuchowy

Część A: Wodociągi dr inż. Małgorzata Kutyłowska dr inż. Aleksandra Sambor

WPŁYW MODERNIZACJI WENTYLATORÓW OSIOWYCH NA WZROST MOCY TURBOGENERATORÓW

HXBR ECOWATT wentylator osiowy

Transkrypt:

Dr inż. Waldemar DUDDA Dr inż. Jerzy DOMAŃSKI Uniwersytet Warmińsko-Mazurski w Olsztynie ANALIZA PRZEPŁYWU W TUNELU AERODYNAMICZNYM PO MODERNIZACJI Streszczenie: W opracowaniu przedstawiono wyniki symulacji przepływu powietrza w tunelu aerodynamicznym. Wykonano obliczenia dla tunelu po modernizacji jego konstrukcji. Badano wpływ kierownicy stabilizującej na ujednolicenie rozkładu prędkości powietrza w przekroju wylotowym z tunelu. Przepływ powietrza przez tunel analizowano przy stałej wydajności wentylatorów oraz z wykorzystaniem charakterystyki wydajności wentylatorów. W efekcie wykazano zasadność zastosowania kierownicy stabilizującej w aspekcie poprawy ujednolicenia prędkości powietrza w przekroju wylotowym tunelu. ANALYSIS OF FLOW IN THE WIND TUNNEL AFTER MODERNIZATION Abstract: The simulations of air flow in a wind tunnel are presented in the paper. The calculations for the modernized tunnel were performed. The effect of the guide vanes application on standardizing the distribution of air velocities in the outlet section of the tunnel was studied. The air flow was analyzed et the constant fan flow rate and using the fan flow rate characteristics. As a result, the validity of the application of the guide vanes for the air flow stabilization in the outlet section of the tunnel was demonstrated. 1. OBIEKT BADAŃ Badanie silników wiatrowych związane jest ściśle ze strumieniem powietrza niezbędnym do ich napędzania. W ramach prac związanych z testowaniem prototypów takich silników zdecydowano się wykorzystać istniejący tunel aerodynamiczny. Przeprowadzono analizę wytrzymałościową i symulację przepływu powietrza mającą na celu określenie sposobu modernizacji tegoż tunelu, pod kątem uzyskania równomiernego rozkład prędkości powietrza w przekroju wylotowym. Po analizie uzyskanych wyników [1] zaproponowano modernizację polegającą na wprowadzeniu końcowego segmentu tunelu, którego kształt oparty jest na profilu Witoszyńskiego [2, 3] oraz zastosowaniu kierownicy stabilizującej ruch powietrza, którą można demontować. Obecnie po dokonaniu modernizacji tunel aerodynamiczny składa się z trzech części (rys. 1), dwóch segmentów prostopadłościennych o wewnętrznym poprzecznym przekroju kwadratowym 190 x 190 cm i długości 100 cm oraz segmentu końcowego w kształcie zwężki o przekroju poprzecznym kwadratowym, lecz krzywoliniowym profilu bocznym. Między segmentami prostopadłościennymi umieszczona jest kierownica stabilizująca z możliwością jej demontażu. Ruch powietrza wymuszany jest czterema wentylatorami osiowymi rozmieszczonymi symetrycznie na czołowej ścianie skrajnego segmentu prostopadłościennego. 201

Rys. 1. Tunel po modernizacji z zaadaptowaną kierownicą i zwężką o nieliniowym profilu Współrzędne x i y krzywoliniowego zarysu wewnętrznej powierzchni zwężki (rys..2) wyznaczono wg formuły Wituszyńskiego [2, 3]: y 2, (1) 2 1 2 2 2 1 3x a 1 R R gdzie: R 1 i R 2 wymiar na wlocie i wylocie zwężki, L długość profilowanej części zwężki, a 3 L wymiar charakterystyczny zwężki. 2 R 1 2 2 1 x a 3 Wartości parametrów występujących w powyższej zależności oraz pozostałe wymiary i konstrukcję zwężki przedstawiono na rysunku 2. Kierownicę stabilizującą stanowi rama wykonana z ceownika z przyspawanym obustronnie sitem z blachy stalowej o grubości 2 mm z otworami kwadratowymi 20 20 mm o równomiernym zagęszczeniu i prześwicie wynoszącym 70% pola przekroju tunelu. Pozostałe wymiary i konstrukcję kierownicy przedstawiono na rysunku 3. Celem pracy jest analiza rozkładu prędkości na wylocie zmodernizowanego tunelu za pomocą obliczeń numerycznych. 202

Rys. 2. Zwężka stabilizująca przepływ: R 1 = 950 mm, R 2 = 500 mm, L = 1000 mm Rys. 3. Kierownica dławiąco-stabilizująca 203

2. ANALIZA PRZEPŁYWU DLA MODELU TUNELU PO MODERNIZACJI Przeprowadzono dwa warianty symulacji numerycznych przepływu: 1. Wlot do tunelu aerodynamicznego został zamodelowany jako cztery wloty z założonymi wartościami wydajności objętościowego natężenia przepływu 3 m 3 /s każdy oraz prędkością kątową 10 rad/s. Powierzchnie wlotów określone były pierścieniami o średnicach wewnętrznych d w = 500 mm i zewnętrznych d z = 800 mm, uzyskanych z pomiarów wentylatorów. 2. Wlot do tunelu został zadany jako 4 wentylatory, których wydajność określona była charakterystyką przedstawioną na rysunku 4, która została wykonana na podstawie danych producenta oraz wartości wykonanych pomiarów w trakcie pracy tunelu. Przyrost ciśnienia [Pa] 250 200 150 100 50 0 0 1 2 3 4 5 6 Wydajność m 3 /s Rys. 4. Charakterystyka wydajności wentylatora Dla każdego wariantu symulacji wykonano obliczenia z uwzględnieniem i bez uwzględnienia kierownicy stabilizującej. We wszystkich rozważanych przypadkach założono przepływ turbulentny model intensywności turbulencji. Wylot z tunelu został zamodelowany jako obszar ciśnienia atmosferycznego, dla którego założono ciśnienie o wartości 101325 Pa. Miejsca określenia warunków brzegowych i położenie przekroju środkowego, dla którego prezentowane będą wyniki przedstawiono na rysunku 5. 204

Rys. 5. Warunki brzegowe modelu obliczeniowego Na rysunkach 6 i 7 przedstawiono rozkład ciśnień w płaszczyźnie środkowej dla warunku brzegowego na wlocie tunelu określonego na podstawie charakterystyki wentylatorów. Rysunek 6 ukazuje rozkład ciśnienia dla modelu z wykorzystaniem kierownicy dławiąco-stabilizującej, natomiast rysunek 7 z pominięciem tej kierownicy. Rys. 6. Rozkład ciśnienia w płaszczyźnie środkowej w kanale z kierownicą Rys. 7. Rozkład ciśnienia w płaszczyźnie środkowej w kanale bez kierownicy Przy zastosowaniu kierownicy uwidacznia się stabilniejszy rozkład ciśnienia (rys. 6 i 7) w płaszczyźnie środkowej, zwłaszcza w części wylotowej z tunelu. Na kolejnych rysunkach przedstawiono porównanie rozkładu prędkości przepływu w przekroju środkowym wylotu tunelu w zależności od zastosowania kierownicy stabilizującej lub jej pominięcia. Na rysunku 8 przedstawiono wyniki wariantu symulacji przy założonej stałej wydajności objętościowego natężenia przepływu 3 m 3 /s dla każdego z czterech wentylatorów. Natomiast na rysunku 9 zamieszczono wyniki dla wariantu, 205

w którym wydajność każdego z wentylatorów określona była na podstawie charakterystyki (rys. 4). 14 13,5 Prędkość Vx [m/s] 13 12,5 12 11,5 z kierownicą bez kierownicy 11 0 0,2 0,4 0,6 0,8 1 Położenie w przekroju [m] Rys. 8. Rozkład składowej X prędkości przy założonej stałej wydajności objętościowego natężenia przepływu 3 m 3 /s 15 14,5 Prędkość Vx [m/s] 14 13,5 13 12,5 bez kierownicy z kierownicą 12 0 0,2 0,4 0,6 0,8 1 Położenie w przekroju [m] Rys. 9. Rozkład składowej X prędkości dla wydajności wentylatorów określonej charakterystyką W celu zbadania stopnia nierównomierności rozkładu prędkości w przekroju wylotowym tunelu, wprowadzono bezwymiarowy współczynnik określony następującą zależnością: 206

Vmax Vmin 100%, (2) Vmax gdzie V max i V min oznaczają odpowiednio maksymalną i minimalną prędkość w rozważanym przekroju wylotowym. W tabeli 1 zestawiono maksymalne i minimalne prędkości z wykresów przedstawionych na rysunkach 8 i 9 oraz obliczono odpowiadające tym prędkościom współczynniki nierównomierności rozkładu prędkości wg zależności (2). Tab. 1. Współczynnik nierównomierności rozkładu prędkości Z założoną stałą wydajnością 3m 3 /s Z uwzględnieniem charakterystyki wentylatora Bez kierownicy Z kierownicą Bez kierownicy Z kierownicą V max [m/s] 13,14 12,37 14,63 13,91 V min [m/s] 12,17 11,89 13,33 13,18 7,4% 3,9% 8,9% 5,2% Z rozkładów prędkości (rys. 8 i 9) w rozważanym środkowym przekroju (rys. 5) wynika, że po wprowadzeniu kierownicy w obu wariantach warunków brzegowych wartości prędkości zmniejszyły się o 0,5 do 1m/s. W obu przypadkach zastosowanie kierownicy poprawiło równomierność rozkładu prędkości. W pierwszym wariancie nierównomierność zmniejszyła się z 7,8% do 3,9%, a w drugi z 8,9% do 5,2% (tab. 2). W przypadku wariantu uwzględniającego charakterystykę wentylatorów powstaje obszar o wyraźnym spadku prędkości (rys. 9). 3. PODSUMOWANIE Z przeprowadzonych obliczeń wynikają następujące wnioski odnośnie do przeprowadzonej modernizacji: 1. Zastosowanie kierownicy stabilizuje rozkład ciśnienia w płaszczyźnie środkowej końcowego segmentu tunelu (porównanie rys. 6 i 7). 2. Modernizacja polegająca wyłącznie na zastosowaniu zwężki opartej na profilu Witoszyńskiego skutkuje stopniem nierównomierności prędkości 8,9% i 7,4% w zależności od tego, czy uwzględniono charakterystykę wentylatorów, czy też nie. 3. Wprowadzenie dodatkowo kierownicy powoduje dalsze zmniejszenie nierównomierności rozkładu prędkości odpowiednio od 5,2% i 3,9% (tab. 1). 4. Z symulacji uwzględniającej charakterystykę wentylatorów uwidacznia się obszar w centralnej części przekroju środkowego na wylocie z tunelu, charakteryzujący się wyraźnym spadkiem prędkości (rys. 9). Przy braku kierownicy spadek prędkości był rzędu 1,3 m/s, zastosowanie kierownicy zmniejszało ten efekt o połowę. Na podstawie analizy uzyskanych wyników uznano, że modernizacja istniejącego tunelu doprowadziła do osiągnięcia zamierzonego celu, uzyskano stopień nierównomierności rozkładu prędkości na poziomie 5%. Ewentualną dalszą poprawę ujednolicenia prędkości w przekroju wylotowym z tunelu można by uzyskać, odpowiednio zmniejszając lub zwiększając stopień prześwitu kierownicy w różnych jej obszarach (wniosek nr 4). *** 207

Przedstawioną pracę wykonano w ramach realizacji projektu kluczowego pt. Modelowe kompleksy agroenergetyczne jako przykład kogeneracji rozproszonej opartej na lokalnych i odnawialnych źródłach energii nr POIG.01.01.02-00-016/08, realizowanego w ramach Programu Operacyjnego Innowacyjna Gospodarka 2007-2010. Projekt ten jest współfinansowany przez Unię Europejską ze środków Europejskiego Funduszu Rozwoju Regionalnego. LITERATURA [1] Domański J., Dudda W., Komar W.: Modernizacja, analiza wytrzymałościowa i badania symulacyjne tunelu aerodynamicznego pod kątem badania silników wiatrowych, opracowanie wewnętrzne IMPPAN, nr arch. 362/09, Gdańsk 2009, s. 1-16. [2] Goliński J.A., Troskolański A.T., Jeżowiecka-Kabsch K., Halupczok J.: Strumienice. Teoria i konstrukcja, WNT, Warszawa 1979. [3] Wysoki J.: Mechanika płynów, PWN, Warszawa 1967. 208