ΜΑΪΟΣ - ΙΟΥΝΙΟΣ 2006 ΤΕΧΝΙΚΑ ΧΡΟΝΙΚΑ 1 ΕΡΓΑΣΤΗΡΙΟ ΡΕΥΣΤΟΜΗΧΑΝΙΚΗΣ ΚΑΙ ΣΤΡΟΒΙΛΟΜΗΧΑΝΩΝ ΤΜΗΜΑ ΜΗΧΑΝΟΛΟΓΩΝ ΜΗΧΑΝΙΚΩΝ ΒΙΟΜΗΧΑΝΙΑΣ ΠΑΝΕΠΙΣΤΗΜΙΟ ΘΕΣΣΑΛΙΑΣ Διευθυντής ΝΙΚΟΛΑΟΣ ΒΛΑΧΟΣ, Καθηγητής Μέλη ΕΡΡΙΚΟΣ ΣΤΑΠΟΥΝΤΖΗΣ, Αναπληρωτής Καθηγητής ΝΙΚΟΛΑΟΣ ΠΕΛΕΚΑΣΗΣ, Επίκουρος Καθηγητής ΠΕΡΙΛΗΨΗ Γίνεται σύντομη περιγραφή πρόσφατων ερευνητικών δραστηριοτήτων του Εργαστηρίου Ρευστομηχανικής & Στροβιλομηχανών του Πανεπιστημίου Θεσσαλίας. Περιγράφονται υπολογιστικές και πειραματικές μελέτες φαινομένων ροής και μεταφοράς στις εξής περιοχές: Υπολογιστική Ρευστοδυναμική: Μαγνητο-υδροδυναμική, Μαγνητο-υδροδυναμική ευστάθεια, Μαγνητο-υδροδυναμικές ροές σε περιστρεφόμενα κελύφη, Αεροελαστικότητα πτερυγίων με εφαρμογές σε ανεμογεννήτριες, Διεπιφανειακά φαινόμενα σε στρωματοποιημένες ροές λεπτού φιλμ/οριακού στρώματος, Aλληλεπίδραση τύρβης και σωματιδίων, κυκλώνες προασβεστοποιήσης για παραγωγή τσιμέντου, Δυναμική σταγόνων και φυσαλίδων, εναπόθεση χημικών ατμών. Πειραματική Ρευστομηχανική: Αλληλεπίδραση τύρβης και σωματιδίων, Ροή στον όμορου κυλίνδρου κοντά σε ελεύθερη επιφάνεια, Τυρβώδεις δέσμες και στρώματα ανάμιξης, Αεροδυναμικά φορτία πτερύγων και ανεμογεννητριών.
ΜΑΪΟΣ - ΙΟΥΝΙΟΣ 2006 ΤΕΧΝΙΚΑ ΧΡΟΝΙΚΑ 2 ΕΙΣΑΓΩΓΗ Το Εργαστήριο Ρευστομηχανικής & Στροβιλομηχανών του Πανεπιστημίου Θεσσαλίας ιδρύθηκε με το ΠΔ50/1995 και διαθέτει εξοπλισμό απαραίτητο για εκπαιδευτικό έργο, διεξαγωγή έρευνας και παροχή υπηρεσιών σε τρίτους. Τα μέλη του είναι διεθνώς αναγνωρισμένα σε ανάπτυξη μεθόδων και εφαρμογές υπολογιστικής Ρευστοδυναμικής καθώς και σε μετρήσεις με τεχνικές Laser Doppler και θερμική ανεμομετρία. Αντικείμενο του Εργαστηρίου είναι η μελέτη ροών σε προβλήματα που αφορούν βιομηχανικές διεργασίες, παραγωγή ενέργειας, μαγνητοϋδροδυναμική, αλληλεπίδραση ροών/κατασκευών, ροές με σωματίδια, ατμοσφαιρική ρύπανση, περιβαλλοντικές και φυσιολογικές ροές, τύρβη και καύση. ΕΚΠΑΙΔΕΥΣΗ Υποηχητική αεροσήραγγα ανοικτού τύπου Το Εργ. Ρευστομηχανικής & Στροβιλομηχανών του Πανεπιστημίου Θεσσαλίας συμμετέχει στην εκπαιδευτική διαδικασία, με τα εξής μαθήματα: Προπτυχιακά: Μηχανική Ρευστών Ι, Μηχανική Ρευστών ΙΙ, Ασυμπίεστη & Συμπιεστή Αεροδυναμική, Στροβιλομηχανές, Υπολογιστικές Μέθοδοι στην Ενεργειακή Περιοχή, Τεχνική Μετρήσεων στην Ενεργειακή Περιοχή. Επίσης, εκπονούνται διπλωματικές εργασίες. Μεταπτυχιακά: Ρευστομηχανική (Εμβάθυνση), Υπολογιστική Ρευστοδυναμική & Μεταφορά Θερμότητας, Τεχνικές Μετρήσεων στις Θερμικές Επιστήμες, Αεροδυναμική Συμπιεστών Ροών, Φαινόμενα Τυρβώδους Ροής, Πολυφασικές Ροές. Εκπονούνται επίσης μεταπτυχιακές εργασίες.
ΜΑΪΟΣ - ΙΟΥΝΙΟΣ 2006 ΤΕΧΝΙΚΑ ΧΡΟΝΙΚΑ 3 ΕΡΕΥΝΑ & ΑΝΑΠΤΥΞΗ Το Εργ. Ρ & Σ διεξάγει έρευνα στα φαινόμενα ροής ρευστών με χρήση υπολογιστικής ρευστοδυναμικής (πεπερασμένοι όγκοι ή στοιχεία) και με πειραματικές μεθόδους (θερμική ανεμομετρία, ανεμομετρία laser Doppler (LDA) & phase Doppler (PDA), και ταχυμετρία εικόνας σωματιδίων (PIV)). Ερευνητικά προγράμματα (ενδεικτικά): ΕΠΕΤ ΙΙ/296: Βελτίωση ποιότητας της Ελληνικής βιομηχανίας γυαλιού, ΕΠΕΤΙΙ/170: Κατεργασία υλικών με δέσμες Laser, ΓΓΕΤ-ΑΓΕΤ 96ΣΥΝ121: Βελτίωση προασβεστοποιητή για παραγωγή τσιμέντου, ΚΑΠΕ: Ανάπτυξη CFD μοντέλων για τη μελέτη αεροελαστικότητας πτερυγίων ανεμογεννητριών, EURATOM: Εθνικό Πρόγραμμα Ελεγχόμενης Θερμοπυρηνικής Σύντηξης, ΓΓΕΤ: 02ΠΡΑΞΕ18-Α Ανοικτή πλατφόρμα προσαρμοστικού κώδικα υπολογιστικής Ρευστοδυναμικής για βιομηχανικό σχεδιασμό και περιβαλλοντικές εφαρμογές, ΥΠΕΠΘ Ηράκλειτος: Μελέτη τυρβώδους διφασικής ροής αέρα-σωματιδίων σε αγωγούς, ΥΠΕΠΘ Ηράκλειτος: Αριθμητική μελέτη αλληλεπίδρασης φυσαλίδων σε περιβάλλον ακουστικών διαταραχών, ΓΓΕΤ Συνεργασία Ελλάδας-Ρωσίας: Ανάμιξη και διασπορά υλικών και ρύπων σε θάλασσες-λίμνες-ποτάμια μέσω αλληλεπίδρασης, ΓΓΕΤ-ΠΕΝΕΔ03: Πειραματική και θεωρητική διερεύνηση φαινομένων ανάμιξης σε τυρβώδη ροϊκά πεδία με στρωματοποίηση και περιστροφή, ΥΠΕΠΘ Ηράκλειτος: Έρευνα φαινομένων ανάμιξης και απορρόφησης, μέσω μεγάλων ροϊκών δομών και τύρβης σε διεπιφάνειες υγρού-αερίου, ΥΠΕΠΘ Πυθαγόρας: Προσομοίωση φαινομένων ροής και μεταφοράς σε κελί καυσίμου τύπου ΡΕΜ, ΥΠΕΠΘ Πυθαγόρας ΙΙ: Πειραματική και υπολογιστική μελέτη φόρτισης πτερυγίου ανεμογεννήτριας σε διαμήκεις ταλαντώσεις. Ανάπτυξη: Το Εργ. Ρ & Σ συμμετέχει στην τεχνολογική ανάπτυξη παρέχοντας εξειδικευμένες υπηρεσίες συμβούλου σε φορείς και βιομηχανίες. Συνεργασίες: Το Εργ. Ρ & Σ έχει συνεργαστεί ή συνεργάζεται μεταξύ άλλων με το ΑΠΘ, ΕΜΠ, Π. Πατρών, Π. Αιγαίου, Εθνικό Αστεροσκοπείο, ΕΚΕΦΕ Δημόκριτος, Ιmperial College-London, U. Illinois-Urbana, Auburn U., U. California-Berkeley, ΑΓΕΤ Ηρακλής, Υαλουργία Αφοί Βαλαβάνης.
ΜΑΪΟΣ - ΙΟΥΝΙΟΣ 2006 ΤΕΧΝΙΚΑ ΧΡΟΝΙΚΑ 4 ΕΡΓΑΣΤΗΡΙΑΚΟΣ ΕΞΟΠΛΙΣΜΟΣ Το Εργ. Ρ & Σ διαθέτει επιστημονικά όργανα για τη μελέτη ροής ρευστών, ιδιαίτερα για μετρήσεις ροών με δέσμες Laser. Επίσης, διατηρεί σημαντική υποδομή σε Η/Υ και κώδικες υπολογιστικής Ρευστοδυναμικής (πεπερασμένοι όγκοι ή στοιχεία) για τη μελέτη φαινομένων ροής και μεταφοράς σε μονο- και πολυφασικές ροές: - Δικτυωμένους σταθμούς εργασίας, PC Cluster και σειρά PC με περιφερειακά - Πακέτα υπολογιστικής Ρευστοδυναμικής (FUSION2D, GLASS3D, DIAN3D, TEACH, CAFFA, FLUENT, PHOENICS, GRIDGEN) - Υποηχητική αεροσήραγγα 50x70x300 cm έως 30 m/s - Υπερηχητική αεροσήραγγα 10x10 cm με αριθμό Mach=1.5 (υπό κατασκευή) - Θερμικά ανεμόμετρα 2-καναλιών με επεξεργασία σημάτων - Laser Doppler ανεμόμετρο (1D) με επεξεργασία σημάτων - Phase Doppler Particle αναλυτή με επεξεργασία σημάτων - Σύστημα PIV με ψηφιακή camera και επεξεργασία εικόνων - Σύστημα Schlieren για οπτικοποίηση συμπιεστών ροών - Video camera και εκτυπωτή frames Σύστημα ανεμομετρίας εικόνας σωματιδίων (PIV)
ΜΑΪΟΣ - ΙΟΥΝΙΟΣ 2006 ΤΕΧΝΙΚΑ ΧΡΟΝΙΚΑ 5 ΜΕΛΗ ΤΟΥ ΕΡΓΑΣΤΗΡΙΟΥ Ρ & Σ Μέλη ΔΕΠ ΝΙΚΟΛΑΟΣ ΒΛΑΧΟΣ, (Διευθυντής) Καθηγητής Μηχανικής Ρευστών, Αντλιών & Στροβιλομηχανών, Μηχ/γος-Ηλ/γος Μηχανικός ΕΜΠ, MSc, DIC & PhD, Imperial College, Univ. οf London, UK. ΕΡΡΙΚΟΣ ΣΤΑΠΟΥΝΤΖΗΣ, Αναπληρωτής Καθηγητής Μηχανικής Ρευστών, Μηχανικής Συμπιεστών & Ασυμπίεστων Ρευστών, Εφαρμοσμένης Υδροδυναμικής, Θεωρίας & Κατασκευής Υδροδυναμικών Μηχανών, Μηχ/γος-Ηλ/γος Μηχ/κός ΕΜΠ, DIC & PhD Imperial College, Univ. London, UK ΝΙΚΟΛΑΟΣ ΠΕΛΕΚΑΣΗΣ, Επίκουρος Καθηγητής Υπολογιστικής Ρευστοδυναμικής, Χημικός Μηχανικός ΕΜΠ, PhD State Univ. of New York at Buffalo, USA Συνεργάτες Ερευνητές ΑΛΚΙΒΙΑΔΗΣ ΓΚΡΑΙΚΟΣ, Μηχ/γος-Ηλ/γος ΕΜΠ, PhD U. Libre de Bryxelles, (Retired faculty of ULB) ΑΙΚΑΤΕΡΙΝΗ ΜΠΑΞΕΒΑΝΟΥ, Μηχ/γος Μηχ/κός ΑΠΘ, MSc U of Loughborough, UK, Διδάκτωρ ΠΘ ΙΩΑΝΝΗΣ ΣΑΡΡΗΣ, Μηχ/γος Μηχ/κός Παν. Πατρών, Διδάκτωρ ΠΘ (Υπότροφος Marie-Curie μέσω της EURATOM στο ULB-Βέλγιο, 2005-2007) Διοικητική Υποστήριξη ΖΩΗ ΖΟΥΠΗ, Κοινωνική Πολιτική & Κοινωνική Ανθρωπολογία, Πάντειο Πανεπιστήμιο Υποψήφιοι Διδάκτορες Μ. ΒΛΑΧΟΜΗΤΡΟΥ, Χημικός Μηχανικός ΑΠΘ, Επιβλέπων Ν. Πελεκάσης ΧΡ. ΔΡΙΤΣΕΛΗΣ, Μηχανολόγος Μηχανικός ΠΘ, Επιβλέπων Ν. Βλάχος ΣΩΤ. ΚΑΚΑΡΑΝΤΖΑΣ, Μηχανολόγος Μηχανικός ΠΘ, ΜΔΕ ΠΘ, Επιβλέπων Ν. Βλάχος Κ. ΤΣΙΓΚΛΙΦΗΣ, Μηχανολόγος Μηχανικός ΠΘ, Επιβλέπων Ν. Πελεκάσης Δ. ΦΕΙΔΑΡΟΣ, Μηχανολόγος Μηχανικός ΠΘ, ΜΔΕ ΠΘ, Επιβλέπων Ν. Βλάχος
ΜΑΪΟΣ - ΙΟΥΝΙΟΣ 2006 ΤΕΧΝΙΚΑ ΧΡΟΝΙΚΑ 6 Απονεμηθέντα Διδακτορικά Ι. ΣΑΡΡΗΣ, Μηχανολόγος Μηχανικός Παν. Πατρών, Διδάκτωρ ΠΘ 2001, Επιβλέπων Ν. Βλάχος Γ. ΚΟΥΤΛΑΣ, Μηχανολόγος Μηχανικός ΠΘ, Διδάκτωρ ΠΘ 2003, Επιβλέπων Ν. Βλάχος Α. ΜΠΑΞΕΒΑΝΟΥ, Μηχ/γος Μηχ. ΑΠΘ, MSc U Loughborough UK, Διδάκτωρ ΠΘ 2004, Επιβλέπων Ν. Βλάχος Β. ΚΑΜΠΑΝΗΣ, Μηχανολόγος Μηχανικός ΑΠΘ, Διδάκτωρ ΠΘ (2005), Επιβλέπων Ερ. Σταπουντζής ΕΜ. ΑΛΥΓΙΖΑΚΗΣ, Μηχανολόγος Μηχανικός ΑΠΘ, Διδάκτωρ ΠΘ (2006), Επιβλέπων Ερ. Σταπουντζής Α. ΔΡΑΣΤΗΡΙΟΤΗΤΕΣ ΣΤΗΝ ΥΠΟΛΟΓΙΣΤΙΚΗ ΡΕΥΣΤΟΔΥΝΑΜΙΚΗ Η υπολογιστική Ρευστοδυναμική (Computational Fluid Dynamics CFD) αφορά στην ανάλυση φαινομένων ροής και μεταφοράς θερμότητας ή/και μάζας με ή χωρίς χημικές αντιδράσεις με τη χρήση Η/Υ. Πρακτικά, πρόκειται για προσομοίωση ροών με Η/Υ, που επιτρέπει τη μελέτη πολύπλοκων προβλημάτων με μεγαλύτερη ακρίβεια από αναλυτικές προσεγγίσεις και μεγαλύτερη ταχύτητα από πειραματική προσομοίωσή τους. 1. Αλληλεπίδραση Ροής/Κατασκευής - Αεροελαστικότητα Αναπτύχθηκε νέο μοντέλο υπολογιστικής αεροελαστοδυναμικής για τη μελέτη της ευστάθειας των πτερυγίων ανεμογεννητριών. Το μοντέλο περιλαμβάνει ένα επιλύτη Navier- Stokes για την πρόβλεψη της ροής και τον υπολογισμό των αεροδυναμικών φορτίσεων, σε συνδυασμό με τις ελαστικές εξισώσεις για τη δομή του πτερυγίου. Το αεροδυναμικό μοντέλο λύνει 2Δ ελλειπτικά τυρβώδη πεδία ροής με δομημένο πλέγμα, ομόθετο, καμπυλόγραμμο μη-ορθογωνικό σύστημα συντεταγμένων, και διάφορα μοντέλα τύρβης. Η ελαστική συμπεριφορά της αεροτομής προσομοιώνεται με απλουστευμένο μοντέλο ελατηρίων. Το αεροδυναμικό και το δομικό μοντέλο συζευγνύονται με πεπλεγμένη (implicit) μέθοδο. Η γεωμετρία του προβλήματος δίνεται στο Σχήμα 1, όπου η αεροτομή έχει τρεις βαθ-
ΜΑΪΟΣ - ΙΟΥΝΙΟΣ 2006 ΤΕΧΝΙΚΑ ΧΡΟΝΙΚΑ 7 μούς ελευθερίας (εγκάρσια κίνηση-flap, διαμήκη κίνηση-edge και συστροφή-pitch). Τα αεροδυναμικά φορτία εκτιμώνται από τα αντίστοιχα πεδία ροής (βλ. Σχήμα 2) που προκύπτουν από την επίλυση των Reynolds Αveraged Navier-Stokes eξισώσεων. Σε χαμηλές γωνίες πρόσπτωσης χρησιμοποιείται το μοντέλο τύρβης k-ω high Re του Wilcox με συναρτήσεις τοίχου που δίνει αποτελέσματα συγκρίσιμα με αυτά μοντέλων που ολοκληρώνουν μέχρι τον τοίχο με μικρότερο κόστος. Οι ελαστικές εξισώσεις επιλύονται με τη μέθοδο Newmark. Σχήμα 1. Γεωμετρία του προβλήματος Σχήμα 2. Υπολογισμός πεδίου ροής Χρησιμοποιήθηκε ένα υπολογιστικό πλέγμα τύπου C με 240x61 (=14640) κελιά, και 160 κελιά πάνω στην αεροτομή. Το μοντέλο ενσωματώθηκε σε μία κατάλληλα τροποποιημένη μορφή του κώδικα CAFFA του Peric. Από τις εγκάρσιες μετατοπίσεις για δύο περιπτώσεις ταχυτήτων περιστροφής του
ΜΑΪΟΣ - ΙΟΥΝΙΟΣ 2006 ΤΕΧΝΙΚΑ ΧΡΟΝΙΚΑ 8 πτερυγίου (κ=0.05 και 0.1) (βλ. Σχήματα 3 και 4), προκύπτει ότι η πρώτη περίπτωση έχει ασταθή και η δεύτερη ευσταθή συμπεριφορά σύμφωνα με τη θεωρία. Η έρευνα αυτή υλοποιήθηκε σε συνεργασία με το ΚΑΠΕ, με υποψήφια διδάκτορα την Αικ. Μπαξεβάνου. Σχήμα 3. Εγκάρσια μετατόπιση (κ=0.05) Σχήμα 4. Εγκάρσια μετατόπιση (κ=0.1)
ΜΑΪΟΣ - ΙΟΥΝΙΟΣ 2006 ΤΕΧΝΙΚΑ ΧΡΟΝΙΚΑ 9 1. Μπαξεβάνου, Α., Navier-Stokes μοντέλο αεροελαστικής ευστάθειας πτερυγώσεων ανεμογεννητριών σε συνθήκες απώλειας στήριξης, Διδακτορική διατριβή, Παν. Θεσσαλίας, 2004. 2. Baxevanou, A. and N. Vlachos, A comparative study of numerical schemes and turbulence models for wind turbine aerodynamic modelling, Wind Engineering, Vol. 28(3), pp. 275-290, 2004. 3. Baxevanou, C.A., P.K. Chaviaropoulos and N.S. Vlachos, A parametric study of the aeroelastic behaviour of wind turbine blades in classical flutter, European Wind Energy Conference, Athens, 27 Feb.-2 March 2006. 2. Αλληλεπίδραση Σωματιδίων με Τυρβώδη Ροή Γίνεται απευθείας αριθμητική προσομοίωση (DNS) τυρβώδους διφασικής ροής μεταξύ παράλληλων κατακόρυφων τοιχωμάτων. Υπολογίζεται ο ρυθμός εναπόθεσης σωματιδίων και εξετάζεται η επίδραση της ταχύτητας τριβής και της βαρύτητας με ιδιαίτερη έμφαση στην εναπόθεση, εξαιτίας αδρανειακής ελεύθερης πτήσης και διάχυσης. Η χρονική ολοκλήρωση γίνεται σε τρία βήματα με βάση τη ρητή μέθοδο Runge-Kutta 3 ης τάξης για τους μη γραμμικούς όρους συναγωγής και τις επιπλέον εξωτερικές δυνάμεις, ενώ για τους όρους διάχυσης με πεπλεγμένο σχήμα Crank-Nicolson 2 ης τάξης ακρίβειας. Η συνέχεια μάζας επιτυγχάνεται με FFT επίλυση μίας εξίσωσης Poisson για την ψευδοπίεση. Οι εξισώσεις κίνησης των σωματιδίων επιλύονται με μέθοδο Runge-Kutta 3 ης τάξης ακρίβειας. Στο Σχήμα 5 φαίνονται ο ρυθμός και οι ταχύτητες εναπόθεσης για ταχύτητες τριβής u τ =0,1m/s, ο οποίος αυξάνεται μία τάξη μεγέθους για σωματίδια μικρού χρόνου απόκρισης, όταν η βαρύτητα δρα στην κατεύθυνση της ροής. Η έρευνα αυτή υλοποιείται στο πλαίσιο του προγράμματος Ηράκλειτος του ΥΠΕΠΘ, με υποψήφιο διδάκτορα τον Χρ. Δριτσέλη.
ΜΑΪΟΣ - ΙΟΥΝΙΟΣ 2006 ΤΕΧΝΙΚΑ ΧΡΟΝΙΚΑ 10 10 0 10-1 10 1 g=0 downward upward Sehmel McLaughlin(1989) 10 * 0 g=0, t=40 k d + 10-2 10-3 <V pd + > 10-1 * * * * * 10-4 10-5 10 0 + 10 1 p Liu & Agarwal (1974) McCoy & Hanrraty (1977) g=0 ut=0.1, with g, downward ut=0.2, with g, downward ut=0.1, with g, upward ut=0.2, with g, upward (α) 10-2 2 4 6 8 10 + p (β) Σχήμα 5. Επίδραση χρόνου απόκρισης στο ρυθμό εναπόθεσης (α) και ταχύτητα εναπόθεσης (β), u τ =0,1 m/s 1. C.D. Dritselis, I.E. Sarris and N.S. Vlachos Δριτσέλης, Direct numerical simulation of particle pollutant transport and dispersion in turbulent duct flows, 9th Intl Conf. on Environmental Science & Technology, Rhodes, 1-3 Sept. 2005. 3. Αλληλεπίδραση Ροής Λεπτού Φιλμ/Οριακού Στρώματος Δυναμική προσομοίωση της συμπεριφοράς υγρών φιλμ που παρασύρονται από υπερκείμενο αέριο ρεύμα (π.χ. ροή γύρω από πτερύγια αεροπλάνου υπό συνθήκες βροχόπτωσης, ροή κορεσμένου ατμού σε συμπυκνωτήρες ατμού). 3 2 T=7.7 group velocity=4.35 wavelength=2.33 1 0 A -1-2 -3-4 -50 0 50 100 150 Σχήμα 6. Κυματοπακέτο Tollmien-Schlichting για γραμμική παλμοειδή αρχική διαταραχή X
ΜΑΪΟΣ - ΙΟΥΝΙΟΣ 2006 ΤΕΧΝΙΚΑ ΧΡΟΝΙΚΑ 11 Η θεωρητική και υπολογιστική μελέτη αυτών των πεδίων ροής αποκαλύπτει τον τρόπο της ανάπτυξης ασταθών κυματώσεων στο χώρο και το χρόνο (Σχήμα 6), προβλέπει την αποκόλληση ή μη του οριακού στρώματος και κατ επέκταση την αποδοτικότητα των υπόψη διεργασιών και φυσικών φαινομένων. Η έρευνα αυτή υλοποιείται στο πλαίσιο προγράμματος ΠΕΝΕΔ της ΓΓΕΤ, με υποψήφια διδάκτορα την Μ. Βλαχομήτρου. 1. Pelekasis, N. and J. Tsamopoulos, Linear stability of a gas boundary layer flowing past a thin liquid film that grows over a flat plate, J. Fluid Mechanics, Vol. 436, pp. 321-352, 2001. 4. Δυναμική Συμπεριφορά Φυσαλίδων και Σταγόνων Οι μικροφυσαλίδες και οι κάψουλες είναι φυσαλίδες και σταγόνες που περικλείονται από ελαστική μεμβράνη, αντίστοιχα. Η ανάλυση της κίνησης και της παραμόρφωσής τους απαιτεί την ταυτόχρονη επίλυση της ροής στο εσωτερικό και το εξωτερικό τους, καθώς και το πρόβλημα που αφορά στην παραμόρφωση της ελαστικής μεμβράνης. 3 2.5 2 1.5 1 t=0 FE 75 t=0 FE 100 t=0.401254 FE 75 t=0.401254 FE 100 t=1.300173 FE 75 t=1.300173 FE 100 Y 0.5 0-0.5-1 -1.5-2 -2.5-3 -3-2.5-2 -1.5-1 -0.5 0 0.5 1 1.5 2 2.5 3 X Σχήμα 7. Δυναμική προσομοίωση φυσαλίδας
ΜΑΪΟΣ - ΙΟΥΝΙΟΣ 2006 ΤΕΧΝΙΚΑ ΧΡΟΝΙΚΑ 12 Χρησιμοποιείται συνδυασμός των μεθόδων συνοριακών και πεπερασμένων στοιχείων για τη μελέτη της αλληλεπίδρασης μίας φυσαλίδας ή μίας κάψουλας π.χ. με υπέρηχους ή με εξωτερική εκτατική και διατμητική ροή, Σχήμα 7. Πρόκειται για διατάξεις ροής που βρίσκουν σημαντικές εφαρμογές στη σύγχρονη βιοϊατρική (π.χ. παρακολούθηση κυκλοφορίας του αίματος με χρήση μικρο-φυσαλίδων, κατανόηση φυσιολογίας ερυθρών αιμοσφαιρίων κλπ). Έρευνα στο πλαίσιο του προγράμματος Ηράκλειτος του ΥΠΕΠΘ, με υποψήφιο διδάκτορα τον Κ. Τσιγκλιφή. 1. Tsiglifis K, Pelekasis NA, Nonlinear oscillations and collapse of elongated bubbles subject to weak viscous effects, Physics of Fluids 17 (10): art. no. 102101 Oct 2005. 2. E. Lac, D. Barthes-Biesel, N. Pelekasis & J. Tsamopoulos, Spherical capsules in 3- D unbounded Stokes flows: effect of the membrane constitutive law and onset of buckling, J. Fluid Mech., Vol. 516, pp. 303-334, 2004. 5. Μαγνητο-Υδροδυναμικές Ροές Υγρών Μετάλλων Η δραστηριότητα αυτή εντάσσεται στο πλαίσιο του Εθνικού Προγράμματος Ελεγχόμενης Θερμοπυρηνικής Σύντηξης της Association Euratom-Hellenic Republic και χρηματοδοτείται από το ευρωπαϊκό πρόγραμμα σύντηξης της Euratom. Το περιεχόμενο της παραγράφου αυτής είναι αποκλειστική ευθύνη των συγγραφέων και δεν εκφράζει απαραίτητα τις απόψεις της Ευρωπαϊκής Επιτροπής ή των υπηρεσιών της. 5.1. Δυναμική Αστάθεια Μαγνητο-υδροδυναμικών Ροών Η μεθοδολογία των πεπερασμένων στοιχείων σε συνδυασμό με τη γραμμική και μη γραμμική ανάλυση ευστάθειας ροών χρησιμοποιείται για την κατασκευή διαγραμμάτων διακλάδωσης και την ταυτοποίηση της συνεκτικότητας διαφορετικών καταστάσεων ισορροπίας που παρατηρούνται στο μανδύα αντιδραστήρα σύντηξης, όπου συνυπάρχουν πεδία ταχυτήτων, θερμοκρασίας καθώς και το μαγνητικό πεδίο του αντιδραστήρα. Έγινε ανάλυση ευστάθειας της ροής σε ορθογωνική κοιλότητα, Σχήμα 8.
ΜΑΪΟΣ - ΙΟΥΝΙΟΣ 2006 ΤΕΧΝΙΚΑ ΧΡΟΝΙΚΑ 13 Σχήμα 8. Γεωμετρία της ροής 1. N. Pelekasis, Bifurcation diagrams, linear stability analysis and dynamic simulations of free convection in a differentially heated cavity in the presence of a magnetic field, Physics of Fluids (in press), 2006. 5.2. Μαγνητο-υδροδυναμική Ροή σε Περιστρεφόμενα Κελύφη Μελετάται η επίδραση του μαγνητικού πεδίου στη δομή της ροής γύρω από περιστρεφόμενο δίσκο τοποθετημένο σε κύλινδρο. Η γεωμετρία της ροής φαίνεται στο Σχήμα 9. Rotating disk with rotational speed Z Com putational Dom ain H r R B Σχήμα 9. Γεωμετρία της ροής
ΜΑΪΟΣ - ΙΟΥΝΙΟΣ 2006 ΤΕΧΝΙΚΑ ΧΡΟΝΙΚΑ 14 Ένα αγώγιμο ρευστό περιέχεται σε ένα κύλινδρο και υπόκειται σε αξονικό μαγνητικό πεδίο. Το άνω κέλυφος του κυλίνδρου περιστρέφεται με σταθερή γωνιακή ταχύτητα. Οι παράμετροι που επηρεάζουν την παρούσα ροή είναι η παράμετρος αλληλεπίδρασης, που εκφράζει το λόγο των ηλεκτρομαγνητικών προς τις δυνάμεις αδράνειας και ο αριθμός Reynolds. Στις εξισώσεις της ροής θεωρείται ότι το μαγνητικό πεδίο δεν επηρεάζεται από τη ροή (προσέγγιση χαμηλού μαγνητικού αριθμού Reynolds). Οι εξισώσεις επιλύονται με τη μέθοδο των πεπερασμένων όγκων και τον αλγόριθμο SIMPLEC, κάνοντας χρήση ενός κατάλληλα τροποποιημένου κώδικα CAFFA του Peric. Το πλέγμα 160x100 προέκυψε από δοκιμές ανεξαρτησίας πλέγματος και η πύκνωσή του στα άκρα του υπολογιστικού πεδίου μειώνει τα σφάλματα από τις υψηλές κλίσεις. Ενδεικτικά αποτελέσματα της δευτερεύουσας ροής δίνονται στο Σχήμα 10 και της κατανομής ηλεκτρικού δυναμικού και περιφερειακής ταχύτητας στο Σχήμα 11, όταν όλα τα τοιχώματα είναι μονωμένα εκτός από τον κάτω ακίνητο δίσκο που είναι τέλεια αγώγιμος. Συνεργασία με το Κέντρο Έρευνας (FZK) της Καρλσρούης, με υποψήφιο διδάκτορα τον Δ. Φείδαρο στο πλαίσιο του Εθνικού Προγράμματος Σύντηξης. Σχήμα 10. Πεδίο δευτερεύουσας ροής (επίπεδο r-z)
ΜΑΪΟΣ - ΙΟΥΝΙΟΣ 2006 ΤΕΧΝΙΚΑ ΧΡΟΝΙΚΑ 15 Σχήμα 11. Κατανομές για αγώγιμο μόνο τον άνω περιστρεφόμενο δίσκο (z=0.5) α) ηλεκτρικό δυναμικό, β) περιφερειακή ταχύτητα 1. Φείδαρος, Δ.Κ., Α.Π. Γκραίκος & Ν.Σ. Βλάχος, Αριθμητική μελέτη Μαγνητο-υδροδυναμικής ροής σε κύλινδρο με περιστρεφόμενο δίσκο, CDRom 1ου Πανελληνίου Συνεδρίου Μηχ/γων-Ηλ/γων, Αθήνα, 38-30 Μαρτίου 2005. 2. Μπαξεβάνου, Α., Οδηγός χρήσης του τροποποιημένου κώδικα CAFFA, Εργ. Ρ & Σ, Παν. Θεσσαλίας, 2002. 5.3. Επίδραση Μαγνητικού Πεδίου στην Ελεύθερη Ψύξη Υγρού Μετάλλου Εξετάζεται η επίδραση μαγνητικού πεδίου στην ψύξη υγρού μετάλλου (μικρός Pr = 0.02) σε κυλινδρικό δοχείο. Η εφαρμογή αφορά στη ψύξη υγρού μετάλλου που θα χρησιμοποιηθεί για την απαγωγή θερμότητας σε αντιδραστήρες σύντηξης, Σχήμα 12. Όταν το θερμό ρευστό τοποθετηθεί στο κυλινδρικό δοχείο θερμαίνει το ψυχρότερο περιβάλλον, ενώ συγχρόνως ψύχεται. Παρουσιάζονται αποτελέσματα άμεσης αριθμητικής προσομοίωσης της επίδρασης εξωτερικού μαγνητικού πεδίου ( Ha 300 ) στη χρονικά εξαρτημένη ελεύθερη συναγωγή αρχικά ισόθερμου υγρού μετάλλου κατά την απότομη ψύξη του με εφαρμογή σταθερής χαμηλής θερμοκρασίας στον τοίχο. Η ροή χαρακτηρίζεται από μετάβαση μεταξύ τριών περιοχών: α) ανάπτυξη θερμικού οριακού στρώματος στο κάθετο τοίχο, β) διείσδυση της θερμότητας στο ρευστό, και γ) διαστρωμάτωση. Ο αριθμός Rayleigh (Ra =1x10 9 ) είναι αρκετά υψηλός ώστε η ροή να είναι τυρβώδης.
ΜΑΪΟΣ - ΙΟΥΝΙΟΣ 2006 ΤΕΧΝΙΚΑ ΧΡΟΝΙΚΑ 16 Σχήμα 12. Εναλλάκτης αντιδραστήρα σύντηξης Η προσομοίωση γίνεται σε κάθετο κυλινδρικό δοχείο ύψους h και ακτίνας R, Σχήμα 13. Οι πάνω και κάτω τοίχοι με λόγο αποστάσεων Α = R/h = 1 είναι θερμικά μονωμένοι, ενώ όλα τα τοιχώματα είναι και ηλεκτρικά μονωμένα. Αρχικά το ρευστό στο δοχείο είναι σε ηρεμία με σταθερή θερμοκρασία (T = Ta) και τη χρονική στιγμή t = 0 ο κάθετος τοίχος ψύχεται άμεσα σε σταθερή θερμοκρασία Tw<Ta. t o p b o u n d a r y w a l l symmetry line g r a v i t y sidewall z, v 0 b o t t o m b o u n d a r y w a l l r, u B Σχήμα 13. Γεωμετρία της ροής
ΜΑΪΟΣ - ΙΟΥΝΙΟΣ 2006 ΤΕΧΝΙΚΑ ΧΡΟΝΙΚΑ 17 Ένα ομοιόμορφο μαγνητικό πεδίο έντασης Β επιδρά εξωτερικά στη ροή ελεύθερης συναγωγής που αρχίζει να δημιουργείται για t > 0. Η επίδραση του μαγνητικού πεδίου στη ροή του υγρού μετάλλου προσομοιώνεται μέσω της δύναμης Lorentz. Για τον υπολογισμό αυτού του όρου έγινε χρήση της προσέγγισης του μικρού μαγνητικού αριθμού Reynolds. Η ροή εξαρτάται από τους αριθμούς Rayleigh (Ra), Prandtl (Pr) και Hartmann (Ha). Οι εξισώσεις διακριτοποιήθηκαν με κεντρικές διαφορές 2 ης τάξης ακρίβειας σε ένα μετατοπισμένο πλέγμα. Το διακριτοποιημένο σύστημα εξισώσεων επιλύθηκε με μέθοδο πολλαπλού βήματος και η χρονική ολοκλήρωση έγινε με υβριδική μέθοδο. Οι όροι διάχυσης προσεγγίστηκαν στο χρόνο με τη μέθοδο Crank-Nicolson, ενώ οι μη γραμμικοί όροι, ο όρος της άνωσης και της δύναμης Lorentz με μια 3 ης τάξης μέθοδο Runge-Kutta. Η εξίσωση Poisson διακριτοποιήθηκε με ένα σχήμα κεντρικών διαφορών και η επίλυση των τριδιαγώνιων πινάκων έγινε με χρήση της βιβλιοθήκης FISKPACK. Ενδεικτικά αποτελέσματα για Pr = 0.02, Ra = 1x10 9 και για αριθμούς Ha μεταξύ 0 και 300 παρουσιάζονται στο Σχήμα 14. Τα αποτελέσματα δείχνουν ότι η εφαρμογή μαγνητικών πεδίων, ενώ επηρεάζει ελάχιστα την περιοχή ανάπτυξης του οριακού στρώματος, επιταχύνει σε μεγάλο βαθμό τη διαστρωμάτωση του ρευστού και την διαδικασία ψύξης του. Έρευνα σε συνεργασία με το Ινστιτούτο Φυσικής Πλάσματος του Ελεύθερου Πανεπιστημίου των Βρυξελλών, με συνεργάτη τον Δρ Ι. Σαρρή. Ha = 0 t = 1 t = 2 t = 3 t = 4 t = 5 Ha = 300 Σχήμα 14. Ισόθερμες για χρόνους t = 1 έως 5, και Ha = 0 (πάνω) και Ha = 300 (κάτω)
ΜΑΪΟΣ - ΙΟΥΝΙΟΣ 2006 ΤΕΧΝΙΚΑ ΧΡΟΝΙΚΑ 18 1. Sarris, I.E., S.C. Kakarantzas, A.P. Grecos and N.S. Vlachos, MHD natural convection in a laterally and volumetrically heated square cavity, Intl J. Heat & Mass Transfer, Vol. 48, pp. 3443-3453, 2005. 2. S. C. Kakarantzas, A. P. Grecos, N. S. Vlachos, I. E. Sarris, B. Knaepen, D. Carati, Direct numerical simulation of an efficient configuration for fusion heat removal blankets, ECOS2006 - Efficiency, Cost, Optimization, Simulation and Environmental Impact of Energy Systems, Crete, Greeece, 12-14 July 2006. 3. Sarris, I.E., G. Zikos, A.P. Grecos & N.S. Vlachos, On the limits of validity of the low magnetic Reynolds number approximation in MHD natural convection heat transfer, Numerical Heat Transfer: Part B Fundamentals, 2006 (in press). 5.4. Επίδραση Μαγνητικού Πεδίου σε μη-μόνιμες Ροές Φυσικής Συναγωγής με Εσωτερικές Πηγές Θερμότητας Μελετάται η μη-μόνιμη 2Δ ροή υγρού μετάλλου σε κοιλότητα, υπό την επίδραση μαγνητικού πεδίου και εσωτερικών πηγών θερμότητας. Ταυτόχρονα στα κατακόρυφα τοιχώματα του υπάρχει θερμοκρασιακή διαφορά που προκαλεί φυσική συναγωγή, ενώ τα οριζόντια τοιχώματα είναι αδιαβατικά, Σχήμα 8. Η ροή εξαρτάται από τη διαφορά θερμοκρασίας των τοιχωμάτων (Ra e =gβδτl 3 /να), την ένταση των εσωτερικών πηγών θερμότητας (Ra i =gβgl 5 /νkα) και το μαγνητικό πεδίο ( Ha B0 L / ). Η αριθμητική επίλυση έγινε με τη μέθοδο των πεπερασμένων όγκων, πλέγμα ανομοιόμορφο και μετατοπισμένο και τον αλγόριθμο SIMPLE. Οι όροι της συναγωγής διακριτοποιήθηκαν με το 3 ης τάξης σχήμα QUICK, ενώ οι της διάχυσης με κεντρικές διαφορές. Για την αξιοπιστία του μοντέλου έγιναν συγκρίσεις με προηγούμενες εργασίες με καλά αποτελέσματα. Έγιναν προσομοιώσεις του πεδίου ροής με Ra e από 10 5 έως 10 6, λόγο S=Ra i /Ra e από 0 έως 100, και εύρος αριθμών Ha, ώστε για S=0 η ροή να θεωρείται μόνιμη. Τυπικές γραμμές ροής και ισόθερμες φαίνονται στο Σχήμα 15. Η έρευνα υλοποιείται στο πλαίσιο του Εθνικού Προγράμματος Σύντηξης, με υποψήφιο διδάκτορα τον Σωτ. Κακαράντζα.
ΜΑΪΟΣ - ΙΟΥΝΙΟΣ 2006 ΤΕΧΝΙΚΑ ΧΡΟΝΙΚΑ 19 Σχήμα 15. Γραμμές ροής και ισόθερμες: α) S=35.42, Ha=0, β) S=35.42, Ha=22 1. Sarris, I.E., I. Lekakis and N.S. Vlachos, Natural convection in a 2D enclosure with sinusoidal upper wall temperature, J. of Numerical Heat Transfer: Part A - Applications, Vol. 42, pp. 513-530, 2002. 2. Sarris, I.E., I. Lekakis & N.S. Vlachos, Natural convection in rectangular tanks heated locally from below, Int l J. Heat and Mass Transfer, Vol. 47, pp.3549-3563, 2004. 3. Sarris, I.E., S.C. Kakarantzas, A.P. Grecos and N.S. Vlachos, MHD natural convection in a laterally and volumetrically heated square cavity, Intl J. Heat & Mass Transfer, Vol. 48, pp. 3443-3453, 2005. 6. Κυκλώνες Ασβεστοποίησης για Παραγωγή Τσιμέντου Έγινε προσομοίωση των φαινομένων ροής και μεταφοράς που λαμβάνουν χώρα σε βιομηχανικούς κυκλώνες για την παραγωγή τσιμέντου, Σχήμα 16. Το αριθμητικό μοντέλο βασίζεται στην επίλυση των εξισώσεων Navier-Stokes σε σχήμα Euler, ενώ για τη διακριτή σωματιδιακή φάση χρησιμοποιείται σχήμα Lagrange. Σχήμα 16. Πλέγμα και κατανομή ταχυτήτων
ΜΑΪΟΣ - ΙΟΥΝΙΟΣ 2006 ΤΕΧΝΙΚΑ ΧΡΟΝΙΚΑ 20 Η τύρβη προσομοιώνεται με το μοντέλο δύο εξισώσεων RNG k-ε. Υπολογίσθηκαν τα πεδία ροής και η επίδραση των σωματιδίων σε αυτή. Επιπλέον, έγινε παραμετρική μελέτη ως προς την ταχύτητα εισόδου της διφασικής ροής και το φορτίο σωματιδίων. Τα αποτελέσματα επιτρέπουν την εξαγωγή συμπερασμάτων και τη βελτιστοποίηση της διάταξης. 1. Χ. Δριτσέλης, Δ. Φείδαρος & Ν. Βλάχος, Προσομοίωση ροής και φαινομένων μεταφοράς σε κυκλώνες, 3 η Συνάντηση: Ερευνητικές Δραστηριότητες στα Φαινόμενα Ροής Ρευστών στην Ελλάδα, Π. Πατρών, 2-3 Οκτ. 2002. 2. D.K. Fidaros, C.A. Baxevanou and N.S. Vlachos, Solar calcinator A CFD parametric study, ECOS 2006- Efficiency, Cost, Optimization, Simulation & Environmental Impact of Energy Systems, Agia Pelagia, Crete, 12-14 July 2006. 7. Προσομοίωση Κελιού Καυσίμου Απευθείας Αιθανόλης: Ανάλυση Ροής στην Κλίνη Ανόδου Αναπτύχθηκε ένα τρισδιάστατο αριθμητικό μοντέλο υπολογιστικής ρευστοδυναμικής (CFD) για τη μελέτη του πεδίου ροής και των χρόνων παραμονής στην κλίνη της ανόδου κελιών καυσίμων απευθείας τροφοδοσίας αιθανόλης (Direct Ethanol Fuel Cell - DEFC). V 0.144326 0.134705 0.125083 0.115461 0.105839 0.0962175 0.0865958 0.076974 0.0673523 0.0577305 0.0481088 0.038487 0.0288653 0.0192435 0.00962175 ]] Σχήμα 17. Ανύσματα ταχυτήτων
ΜΑΪΟΣ - ΙΟΥΝΙΟΣ 2006 ΤΕΧΝΙΚΑ ΧΡΟΝΙΚΑ 21 Έγιναν υπολογισμοί των χαρακτηριστικών της ροής και των χρόνων παραμονής σε κελί καυσίμου τύπου «pin» με ένα κώδικα υπολογιστικής ρευστοδυναμικής, Σχήμα 17. Τα αριθμητικά αποτελέσματα είναι σύμφωνα με άλλες υπολογιστικές και πειραματικές μελέτες των χρόνων παραμονής και της κατανομής μέσα στην κλίνη της ανόδου. Το παρόν μοντέλο παρέχει αποτελέσματα που μπορεί να φανούν πολύ χρήσιμα για τη βελτίωση στο σχεδιασμό μίας συγκεκριμένης κλίνης ανόδου του κελιού καυσίμου. 1. Sarris, I., P. Tsiakaras, S. Song, N.S. Vlachos, A three-dimensional CFD model of direct ethanol fuel cells: Anode flow bed analysis, Solid State Ionics xx (2006) xxx xxx, in press. 8. Προσομοίωση Εναπόθεσης Χημικών Ατμών με Laser Η εναπόθεση χημικών ατμών με χρήση δέσμης Laser (Laser chemical vapour deposition - LCVD) χρησιμοποιείται για την εναπόθεση λεπτών υμένων που ανθίστανται σε οξείδωση, διάβρωση και φθορά, καθώς επίσης και ηλεκτρονικών, οπτο-ηλεκτρονικών και υπεραγώγιμων υλικών. 0.280 0.210 0.140 0.070 x 10-6 0.000-0.0114-0.0054-0.0034-0.0017 0.0000 0.0017 0.0034 0.0051 0.0085 Σχήμα 18. Κατανομή πάχους εναπόθεσης TiC
ΜΑΪΟΣ - ΙΟΥΝΙΟΣ 2006 ΤΕΧΝΙΚΑ ΧΡΟΝΙΚΑ 22 Για την κατανόηση των μηχανισμών των διεργασιών αναπτύχθηκε αριθμητικό μοντέλο υπολογιστικής ρευστοδυναμικής (CFD). Οι εξισώσεις που διέπουν τη ροή (Navier- Stokes), τη μεταφορά θερμότητας και τις χημικές αντιδράσεις των αερίων επιλύθηκαν αριθμητικά, ενώ η θερμοκρασία στο υπόστρωμα υπολογίστηκε με την επίλυση της αντίστοιχης εξίσωσης αγωγής θερμότητας. Το μοντέλο επιτρέπει την εκτίμηση των σημαντικών παραμέτρων της διεργασίας LCVD, όπως το πεδίο ροής των αερίων, την κατανομή ταχύτητας, συγκεντρώσεων αντιδρώντων και προϊόντων, και του πάχους εναπόθεσης. Παρήχθησαν ενδεικτικά αποτελέσματα εναπόθεσης καρβιδίου του Τιτανίου (TiC) σε χάλυβα AISI 1060, Σχήμα 18. Τα αποτελέσματα βοήθησαν στην κατανόηση της εναπόθεσης LCVD και επιτρέπουν τη βελτιστοποίηση της διεργασίας. 1. Koutlas, G.N. & N.S. Vlachos, Numerical modeling of pyrolytic laser-induced chemical vapor deposition, J. of Applied Physics, Vol. 93, pp. 3049-3056, 2003. Β. ΔΡΑΣΤΗΡΙΟΤΗΤΕΣ ΣΤΗΝ ΠΕΙΡΑΜΑΤΙΚΗ ΡΕΥΣΤΟΜΗΧΑΝΙΚΗ Το Εργ. Ρ & Σ διαθέτει μετρητικά συστήματα για τη μελέτη φαινομένων ροής και μεταφοράς σε μονο- και πολυφασικές ροές, ιδιαίτερα για μετρήσεις ροών με θερμική ανεμομετρία και δέσμες Laser. Έχουν γίνει πειραματικές μετρήσεις με σύστημα PIV σε μοντέλο λεκάνης τήξης γυαλιού, με PDA σε τυρβώδη ροή σε σωλήνα νερού-σωματιδίων, με θερμικό ανεμόμετρο σε ροή μέσα σε κοιλότητες για τη μελέτη ατμοσφαιρικής ρύπανσης και γύρω από πτέρυγα ΝACA για τη μελέτη της επίδρασης μίας εγκοπής της ακμής στην αεροδυναμικής συμπεριφορά της. 1. Μετρήσεις σε Τυρβώδεις Ροές γύρω από Αεροτομή Έγιναν μετρήσεις σε αεροτομή NACA 4418 στην υποηχητική αεροσήραγγα του Εργ. Ρ & Σ για τη μελέτη της επίδρασης της διαμόρφωσης της ακμής προσβολής στα αεροδυναμικά χαρακτηριστικά της αεροτομής.
ΜΑΪΟΣ - ΙΟΥΝΙΟΣ 2006 ΤΕΧΝΙΚΑ ΧΡΟΝΙΚΑ 23 Η αεροσήραγγα του Εργ. Ρ & Σ και η πτέρυγα NACA 4418 1. Θ. Παπαδόπουλος, Ι. Λεκάκης, Ν. Βλάχος και Θ. Λέκας, Επίδραση της διαμόρφωσης της ακμής προσβολής αεροτομής στην ένταση του ίχνους Radar, 3 η Συνάντηση: Ερευνητικές Δραστηριότητες στα Φαινόμενα Ροής Ρευστών στην Ελλάδα, Παν. Πατρών, 2-3 Οκτ. 2002. 2. Μετρήσεις Phase Doppler σε Τυρβώδεις Ροές με Σωματίδια Έγιναν μετρήσεις με ανεμόμετρο Phase Doppler της κατανομής σωματιδίων σε τυρβώδη διφασική ροή σε κατακόρυφο σωλήνα. Οι δυνάμεις που ασκούνται σε ένα σωματίδιο είναι οι της βαρύτητας, άνωσης, οπισθέλκουσας, επιτάχυνσης (εικονικής ή προστιθέμενης μάζας), η δύναμη Basset, της κλίσης πίεσης (Saffman και Magnus), και οι φυγόκεντρες. Εισάγοντας όλες τις δυνάμεις στην κίνηση του σωματιδίου προκύπτει η εξίσωση Basset-Boussinesq-Oseen. Εάν η συγκέντρωση είναι πολύ χαμηλή, το σωματίδιο θεωρείται ανεξάρτητο από τα άλλα. Ο αριθμός Stokes είναι σημαντική παράμετρος στις ροές ρευστού-σωματιδίου: St V = τ V / τ F, όπου τ F χαρακτηριστικός χρόνος ροής, τ V χρόνος απόκρισης σωματιδίου. Εάν St V <<1, το σωματίδιο έχει χρόνο να ανταποκριθεί στις αλλαγές ταχύτητας του ρευστού. Εάν St V >>1, το σωματίδιο δεν έχει χρόνο να ανταποκριθεί και η ταχύτητά του θα επηρεάζεται λιγότερο από την κίνησή του ρευστού. Η συγκέντρωση των σωματιδίων στη ροή περιορίζεται από τις δυνατότητες μέτρησης του PDA καθώς για συγκέντρωση 0,1 gr/lt (8 gr) σωματιδίων διαμέτρου 5 μm οι μετρήσεις δεν ήταν εφικτές εξαιτίας της υψηλής σκέδασης του φωτός που προκάλεσε η υψηλή συγκέντρωση σωματιδίων.
ΜΑΪΟΣ - ΙΟΥΝΙΟΣ 2006 ΤΕΧΝΙΚΑ ΧΡΟΝΙΚΑ 24 1 2 0 1 0 0 8 0 Density 6 0 4 0 2 0 0 0 1 0 2 0 3 0 4 0 5 0 D ia m e te r Σχήμα 19. Κατανομή σωματιδίων στο νερό Επίσης, ήταν απαραίτητη η εγκατάσταση φίλτρων νερού για την απομάκρυνση των σωματιδίων στην παροχή νερού, Σχήμα 19. Οι κατανομές ταχυτήτων και της διακύμανσής τους, για νερό και σωματίδια 5 μm ή 10 μm με συγκέντρωση 0,025 gr/lt (2gr), συγκρίνονται στα Σχήματα 20 & 21, αντίστοιχα. Οι ταχύτητες των σωματιδίων κοντά στα τοιχώματα είναι μεγαλύτερες από του νερού. Οι διακυμάνσεις για τα 5 μm δεν παρουσιάζουν μεγάλη διαφορά από το νερό ενώ για τα 10 U/Umax μm είναι σε υψηλότερα επίπεδα. 1.4 1.3 1.2 1.1 1 0.9 0.8 0.7 U/Umax 1.4 1.3 1.2 1.1 1 0.9 0.8 0.7 10um 5um Water 10um 5um Water 0.6 0.6-1 -0.5 0 0.5 1-1 -0.5 0 X/R 0.5 1 X/R Σχήμα 20. Tαχύτητες σωματιδίων 5 μm, 10 μm και νερού Urms 0.3 0.25 0.2 0.15 0.1 0.05 Urms 0.3 0.25 0.2 0.15 0.1 0.05 10um 5um Water 10um 5um Water 0-1 -0.5 0 0.5 1 0-1 -0.5 0 X/R 0.5 1 X/R Σχήμα 21. Urms σωματιδίων 5 μm, 10 μm και νερού 1. Π. Κουμουνδούρος, Πειραματική μελέτη της κατανομής σωματιδίων σε τυρβώδη διφασική ροή νερού-σωματιδίων με ανεμομετρία Phase Doppler, Διπλωματική εργασία, Παν. Θεσσαλίας, Οκτώβριος 2004.
ΜΑΪΟΣ - ΙΟΥΝΙΟΣ 2006 ΤΕΧΝΙΚΑ ΧΡΟΝΙΚΑ 25 3. Ανάμιξη Τυρβωδών Δεσμών και Απορευμάτων Γίνεται πειραματική και υπολογιστική μελέτη των μηχανισμών ανάμιξης τυρβωδών δεσμών και απορευμάτων με χρήση θερμικής ανεμομετρίας, μεθόδων οπτικοποίησης ροών καθώς και υπολογιστικής ρευστοδυναμικής, Σχήμα 22. Σχήμα 22. Ανάμιξη τυρβωδών δεσμών 1. Αλυγιζάκης, Εμμ., Διδακτορική διατριβή (επιβλ. Ερ. Σταπουντζής), Παν. Θεσσαλίας, 2006. 4. Φόρτιση Πτερύγων και Ανεμογεννητριών Έγινε πειραματική και υπολογιστική μελέτη της αεροδυναμικής φόρτισης πτερύγων και ανεμογεννητριών με χρήση θερμικής ανεμομετρίας και υπολογιστικής ρευστοδυναμικής. 1. Καμπάνης, Β. Διδακτορική διατριβή (επιβλ. Ερ. Σταπουντζής), Παν. Θεσσαλίας, 2005. Οι παραπάνω ερευνητικές δραστηριότητες υποστηρίχθηκαν οικονομικά από την ΓΓΕΤ (96ΣΥΝ121, ΕΠΕΤ-2/296, ΕΠΕΤ-2/170, ΠΕΝΕΔ2001, ΠΕΝΕΔ2003, 02ΠΡΑΞΕ18), την Ένωση Euratom - Helleniic Republic (Εθνικό Πρόγραμμα Ελεγχόμενης Θερμοπυρηνικής Σύντηξης), την Ευρωπαϊκή Ένωση (Leonardo, INTAS), το ΚΑΠΕ, την ΑΓΕΤ Ηρακλής, καθώς και την Επιτροπή Ερευνών του Πανεπιστημίου Θεσσαλίας.