Određivanje efektivne površine tlačne vage

U radu su prikazani načini računanja efektivnog tlaka tlačne vage s potrebnim korekcijama kao i načini umjeravanja tlačne vage s posebnim naglaskom na "cross-floating" metodu. Eksperimentalni dio rada je odrađen u Laboratoriju za procesna mjerenja Fakulteta strojarstva i brodogradnje, a jednim dijelom se dotiče međunarodnog projekta EURAMET 1041. Cilj projekta je određivanje efektivne površine ispitivane tlačne vage i koeficijenta distorzije u apsolutnom i pretlačnom načinu mjerenja. Rad obuhvaća određivanje efektivne površine prvog ciklusa mjerenja i pokazana je njena funkcionalna ovisnost o efektivnom tlaku. Dane su i smjernice za budući rad i istraživanja

Numerička analiza stvaranja filma tekućine na stijenci za primjenu u selektivnoj katalitičkoj redukciji

Selektivna katalitička redukcija bazirana na vodenoj otopini uree je trenutno najperspektivnija metoda za ispunjavanje strogih zahtjeva nadolazeće Euro 6 norme na NOx emisije iz diesel motora. Nakon što se vodena otopina uree u obliku spreja ubrizga u struju vrućih dimnih plinova prije katalizatora, dolazi do isparavanja vode iz otopine i stvaranja amonijaka termalnom dekompozicijom uree i hidrolizom izocijanske kiseline. Nastali amonijak sudjeluje u različitim de\NOx reakcijama kao reducirajuće sredstvo. Rezultirajuća prostorna raspodjela amonijaka prije katalizatora je ključni faktor učinkovite konverzije NOx-a. Na nju, uz procese isparavanja i dekompozicije, također utječe i interakcija spreja i stijenke. Stoga je zadatak ovog diplomskog rada istraživanje interakcije spreja s vrućom zračnom strujom i stijenkom uz pomoć numeričke simulacije i validacija matematičkih modela integriranih u komercijalni CFD kod „Fire“. Izvršena je detaljna trodimenzionalna numerička simulacija s ciljem predviđanja nastajanja i raspodjele amonijaka. Kapljice vodene otopine uree su su praćene Lagrangeovim pristupom u kojem se jednadžbe gibanja, očuvanja mase i energije rješavaju za skupine kapljica identičnih svojstava. Deponiranje kapljica dovodi do stvaranja filma na stijenci koji je modeliran dvodimenzionalnom metodom kontrolnih volumena unutar Fire wallfilm modula. U cilju procjene utjecaja različitih parametara potrebna su dobro poznata svojstva spreja kao početni uvjeti za CFD simulaciju. Kako se modeliranje primarnog raspadanja mlaza još uvijek istražuje, prvi korak je kalibracija spreja. Pojedini koraci kalibracije verificirani su snimkama digitalne CCD kamere, mjerenjima s tzv. patternator-om i metodama raspršivanja laserske svjetlosti. Nakon kalibracije spreja istraženi su interakcija spreja i stijenke te formiranje filma na stijenci u geometriji pravokutnog kanala. Dobiveni rezultati uspoređeni su s dostupnim eksperimentalnim podacima

Razvoj numeričkih modela u području filma kapljevine na stjenci i Lagrangeovog spreja

Strujanje filmova kapljevine na stjenci uzrokovano smičnim naprezanjem, kojega vrši vanjska struja zraka, je fizikalni fenomen koji se susreće u velikom broju inženjerskih aplikacija poput: gorionika, kiše na prozorima vozila i krilima zrakoplova, raketnih mlaznica, eliminatora kapljica, prijenosnika topline, lopatica plinskih turbina i, pogotovo motora s unutarnjim izgaranjem. Naime, filmovi kapljevine utječu na kemijski sastav plinske faze i termičko ponašanje stijenki tih sustava. Cilj ovog istraživanja je daljnje poboljšanje Eulerovog modela filma kapljevine na stjenci kroz razvoj i implementaciju numeričkih modela s konačnom svrhom postizanja točnijih i računalno efikasnijih kalkulacija. Hipoteza istraživanja je da će poboljšani, prilagođeni i novo razvijeni numerički modeli omogućiti numeričke simulacije višekomponentnih filmova na stjenci te da se isti mogu koristiti u industrijskim primjenama. Prva zadaća je bila prilagodba i implementacija poluempirijskog modela otkidanja filma u numeričko okruženje računalne dinamike fluida (RDF), kao i sedmostepenog reakcijskog mehanizma za modeliranje procesa selektivne nekatalitičke redukcije. Nadalje, razvijena su dva modela višekomponentnog isparavanja filmova kapljevine na bazi analogije između prijenosa mase i količine gibanja te modificiranih zidnih funkcija koje uzimaju u obzir utjecaj isparavanja filma na granični sloj iznad filma. Specifičan znanstveni doprinos predstavlja implementacija UNIFAC metode za izračun aktivacijskih koeficijenata, koja je po prvi puta primijenjena u području filmova kapljevine na stjenci. Konačno, pogodni kinetički model termalne dekompozicije uree je prilagođen i implementiran u postojeći numerički okvir, kao korak u procesu opisivanja utjecaja depozita uree na domenu čitavog sustava obrade ispušnih plinova. Razvijeni matematički modeli su implementirani upotrebom korisničkih funkcija u programskom jeziku FORTRAN koje su povezane s glavnim rješavačem komercijalnog računalnog RDF paketa Fire. Povezivanje između filma kapljevine i plinovite faze ostvaruje se kroz izvorske članove u jednadžbama održanja mase, energije, kemijskih vrsta i količine gibanja. Konačni cilj bio je dobiti rezultate svih relevantnih kemijskih i fizikalnih fenomena koji će biti zadovoljavajući, kako na kvalitativnoj, tako i kvantitativnoj bazi. Točnost numeričkog modeliranja utvrđena je usporedbom s dostupnim i relevantnim eksperimentalnim podacima gdje god je to bilo moguće. Rezultati pokazuju zadovoljavajuće slaganje s eksperimentima i potiču buduću primjenu implementiranih modela u industrijskim primjenama

Numerical Modelling of Diesel Spray Using the Eulerian Multiphase Approach

This research investigates high pressure diesel fuel injection into the combustion chamber by performing computational simulations using the Euler-Eulerian multiphase approach. Six diesel-like conditions were simulated for which the liquid fuel jet was injected into a pressurised inert environment (100 % N2) through a 205 µm nozzle hole. The analysis was focused on the liquid jet and vapour penetration, describing spatial and temporal spray evolution. For this purpose, an Eulerian multiphase model was implemented, variations of the sub-model coefficients were performed, and their impact on the spray formation was investigated. The final set of sub-model coefficients was applied to all operating points. Several simulations of high pressure diesel injections (50, 80, and 120 MPa) combined with different chamber pressures (5.4 and 7.2 MPa) were carried out and results were compared to the experimental data. The predicted results share a similar spray cloud shape for all conditions with the different vapour and liquid penetration length. The liquid penetration is shortened with the increase in chamber pressure, whilst the vapour penetration is more pronounced by elevating the injection pressure. Finally, the results showed good agreement when compared to the measured data, and yielded the correct trends for both the liquid and vapour penetrations under different operating conditions

Development and implementation of multicomponent liquid wall film evaporation model for internal combustion engine applications

Various environmental regulations put ever stringent requirements on the automotive industry as a part of solution to the problem of global warming and climate change. Engine emissions are influenced, among others, also with quality of fuel and air mixing process. Auto ignitability of fuel in cylinder depends on detailed chemical composition of the fuel as well as on the evolution of the thermal and compositional state of the fuel mixture. The evaporation of wall film, formed by spray/wall impingement has strong effects on engine emission. This works aims at further development of the numerical model of liquid wall film by implementation and validation of mathematical models of multicomponent wall film evaporation. Two multicomponent liquid film evaporation models were developed, the first one on the basis of analogy between momentum and mass transfer, and the second one employing modified wall functions which take into account influence of the evaporation on boundary layer above liquid film. Particular scientific contribution is in implementation of the UNIFAC method for activity coefficients calculation. Finally, implemented models were compared with available experimental data in order to confirm their validity

Numerical investigation of the transient spray cooling process for quenching applications

Water spray quenching distinguished itself as a promising method for industry production, especially for the parts which require good mechanical strength while simultaneously retaining the initial toughness. Studies have shown that the heat transfer process during the spray quenching is mostly influenced by the spray impingement density, particle velocities and sizes. The application of advanced numerical methods still plays insufficient role in the development of the production process, in spite of the fact that industry today is facing major challenges that can be met only by development of new and more efficient systems using advanced tools for product development, one of which is computational fluid dynamics. Taking the above stated, the object of this research is numerical simulation of spray quenching process in order to determine validity of mathematical models implemented within the commercial computational fluid dynamics code Fire, especially droplet evaporation/condensation and droplet-wall heat transfer model. After review of the relevant literature suitable benchmark case was selected and simulated by employing discrete droplet method for the spray treatment and Eulerian approach for the gas phase description. Simulation results indicated that existing droplet/wall heat transfer model is not able to reproduce heat transfer of dense water spray. Thus, Lagrangian spray model was improved by implementing experimental correlation for heat transfer coefficient during spray quenching. Finally, verification of the implemented model was assessed based on the conducted simulations and recommendations for further improvements were given