Mašinski fakultet, 06.11.2018

NAUČNO ISTRAŽIVAČKI PROJEKTI LABORATORIJE



NAUČNOISTRAŽIVAČKA AKTIVNOST LABORATORIJE ZA ENERGETIKU

U Laboratoriji su u prethodnih 30godina realizovani različiti naučno istraživački projekti. 

Donji pregled je kratak izvod iz aktuelnih naučnih istraživanja Laboratorije i zaposlenih na Centru za Energetiku.

 

1. EKSPERIMENTALNA MEHANIKA FLUIDA -  TERMALNA ANEMOMETRIJA

"HOT WIRE ANEMOMETRY"

Zahvaljujući radu osnivača laboratorije, Prof. dr Petra Vukoslavčevića i njegovoj saradnji sa Univerzitetima u SAD i Evropi, Laboratorija je opremljena i ima iskustvo na polju eksperimentalne mjerne tehnike termalne anemometrije (hot wire anemometry), koja nalazi primjenu u različitim oblastima mehanike fluida, prvenstveno mjerenja brzine, turbulencije, i simultanog mjerenja brzine i temperature fluida.  

Image

Image

         Image

 

 

           Trenutna aktivnost u Laboratoriji na ovom polju tiče se projektovanja nove generacije elektronskog kola (anemometra) koristeći novije komponente i iskustvo u primjeni anemometara. Cilj projekta je da se dobije anemometarsko kolo sa poboljšanim performansama: povećan frekventni odziv mjernog sistema (sa sadašnjih 20 kHz na više stotina kHz),  dobra osjetljivost, mali šum i dobra stabilnost.  U tu svrhu testira se i konfiguracija same sonde u smislu prečnika senzora: 2.5, 1.5 i 0.6 mikrona.

 

2. SISTEMI VENTILACIJE SAOBRAĆAJNIH TUNELA. PROBLEM POŽARA

Laboratorija raspolaže sa instalacijom umanjenog modela saobraćajnog tunela sa odgovarajućim sistemom ventilacije, na bazi aksijalnih ventilatora prikačenih za krov tunela. Instalacija je od providnog polimera, radi eksperimenata sa vizuelizacijom. Korištena je za eksperimentalnu analizu strujnog polja u podužno ventilisanom saobraćajnom tunelu. 

Image  Image

 

Instalacija je modifikovana u jednom dijelu u cilju izvođenja eksperimenata sa požarom u tunelu. U tu svrhu simuliran je požar snage jednog zapaljenog automobila, putem TNG gorionika i putem bazenske vatre na tečno gorivo. Mjeren je režim strujanja i polje temperature u modelu tunela.

Na donjim slajdovima prikazani su neki od rezultata dobijenih numeričkim simulacijama za saobraćajni tunel (strujno polje) i u slučaju požara: polja koncentracije CO2, temperature, brzine i dr. Slučaj odgovara brzini vazduha od 50% kritične brzine zbog čega nastupa povratno strujanje dima.

 

ImageImageImageImage

Image

Razvoj polja temperature u vremenu

Image

Razvoj polja koncentracije CO2 u vremenu

Image

Polje aksijalne komponente brzine u vremenu & strujnice 

Image

Polje temperature u zoni požara

Image

Polje temperature u zoni požara: opseg +0 - +60°C

             Trenutna istraživačka aktivnost u laboratoriji na ovom polju je u vezi sa prethodnim projektom, a u fazi je razrade CFD rešenja (u Fluent i OpenFoam) koji će uključiti i složeni mehanizam prenosa toplote zračenjem sa plamena na zid tunela, analizu umanjenja efektivne sile potiska ventilacije zbog ovih efekata, i druge efekte koji nastaju zbog nestacionarnog karaktera požarnog scenarija u tunelu.

 

 

 

3. HIDRAUILIČKI UDAR I PRELAZNI PROCESI

Eksperimentalna instalacija za ispitivanje fenomena hidrauličkog udara, kavitacije i razdvajanja strujnog toka, interakcije fluida i strukture cjevovoda (FSI- fluid structure interaction), punjenja i pražnjenja cjevovoda kao i nestacionarnog trenja je projektovana i napravljena na Mašinskom fakultetu u Podgorici u Laboratoriji za energetiku i turbulentna strujanja 2011 godine.

Instalacija se sastoji od cjevovoda koji povezuje rezervoar visokog pritiska uzvodno sa rezervoarom niskog pritiska na nizvodnoj strani (čelični cjevovod ukupne dužine L=55.37 m; unutrašnjeg prečnika d=18 mm; debljine zida cjevovoda e=2 mm; najveći dozvoljeni pritisak u cjevovodu je pmax uk.= 25 MPa).

Četiri grupe ventila postavljena su duž cjevovoda uključujući početnu i krajnju tačku. Grupe ventila ispred uzvodnog rezervoara i ventilske grupe duž cjvovoda, koje se nalaze na istoj međusobnoj udaljenosti, sastoje se od dva ručna kuglasta ventila (ventili V0/iU i V0/iD) koji su povezani sa senzorima dinamičkog pritiska.

Na instalaciji postoji i T- komad sa dva ventila na uzvodnoj ventilskoj grupi koji služi za izvođenje eksperimenata punjenja i pražnjenja cjevovoda. Na instalaciji se nalaze 4 koljena (90°) sa poluprečnikom R=3D. Cjevovod je učvršćen protiv aksijalnih pomjeranja u 37 tačaka (blizu ventilskih grupa i koljena). Oslonci se opuštaju prilikom izvođenja eksperimenata FSI efekta. Vazdušni pritisak u uzvodnom rezervoaru (ukupne zapremine "HPT = 2 m3; maksimalni dozvoljeni pritisak u rezervoaru pHPTmax, all = 2.2 MPa) može se podešavati do 800 kPa. Pritisak u rezervoaru prilikom svakog eksperimenata je konstantan zahvaljujući visoko preciznom regulatoru pritiska koji pripada grupi za snabdjevanje komprimovanim vazduhom.

Image

Trenutna aktivnost u Laboratoriji na ovom polju tiče se pripreme eksperimenata koristeći najnoviji DAQ sistem za mjerenje prelaznih procesa pri hidrauličkom udaru i istraživanje doktoranta doktorskih studija na MF.

 

 

 

4. STRUJNA POLJA KOD ROTACIONIH MAŠINA  

U okviru dva prethodna projekta, proučavano je strujno polje koje nastaje iza aksijalnog ventilatora, primjenom X-sonde koja mjeri 2 komponente vektora brzine.  Podaci su korišteni radi verifikacije numeričke simulacije strujanja vazduha u identičnoj CAD geometriji ventilatora pri istom broju obrtaja. Kroz bilateralnu saradnju sa Mašinskim fakultetom u Beogradu, Laboratorijom za hidraaulične mašine i energetske sisteme Prof. Dr Đorđa Čantraka, koristi se sinteza termalne anemometrije naše laboratorije i laserskih tehnika laboratorije iz Beograda, te CFD simulacija. 

Slijedi prikaz CAD modela ventilatora dobijen laserskim skenerom i rezultati: osrednjenog strujnog polja dobijenog termalnom anemometrijom i CFD simulacije strujanja u ventilatoru (tzv moving rotor approach): 

Image Image Image

             ImageImageImage

Experimentalno dobijeno turbulentno polje: vremenski osrednjeno

ImageImageImage

Numeričko rješenje polja brzine

           Planirana aktivnost u Laboratoriji na ovom polju: dalja razrada CFD simulacija turbulentnog strujanja u aksijalnim turbomašinama u ANSYS CFX i OpenFoam okruženju.

 

 

5. ENERGIJA VJETRA

Laboratorija je od skora opremljena i kočnicom za mjerenje obrtnog momenta kod manjih vjetroturbina i pomoćnim aerotunelom za generisanje mlaza vazduha brzine do 6.5m/s. Cilj instalacije je ispitivanje prototipova vjetroturbina se vertikalnom osovinom i ova aktivnost je u razradi:

Image Image

ImageImage

Image

 

 

 

6. KGH - KLIMATIZACIJA, GRIJANJE, HLAĐENJE (HVAC)

Laboratorija raspolaže sa instalacijom toplotne pumpe na kompresiju pare radnog fluida R407C, povezanu na sistem za pripremu i distribuciju vazduha ("klima komoru"), proizvođača KTK Italija odn IMP Klimat (HIDRIA). Toplotna pumpa radi sa Copeland scroll kompresorom, vazdušno hlađenim kondenzatorom i pločastim razmjenjivačem Alfa-Laval ka potrošaču toplote (klima komori) s kojom je povezana malim hidrauličkim krugom. Koristi se za istraživačke i nastavne svrhe.

Image Image