Fokozott fajlagos teljesítményű axiális átömlésű forgógépek többcélú optimalizálása = Multi-Objective Optimisation of Axial Flow Turbomachinery of High Specific Performance

1) Axiális átömlésű ventilátorok „szabályzott örvény” tervezésére valamint a lapátnyilazás/lapátferdítés alkalmazására vonatkozó új megállapítások és mérnöki támpontok, amelyek hozzájárulnak a lapáttervezéshez, előírt fokozott légtechnikai teljesítmény maximális hatásfokon történő megvalósítása érdekében. A legfontosabb támpontok: - A sugár menti lapátcirkuláció-gradiens és a csatornafali határréteg kiszorító hatása közti összefüggés. Az előrenyilazás révén a radiális kiáramlás és így a kiszorító hatás mérsékelhető. - A lapát szívott oldali határrétegében a radiális irányú kiáramlás fokozódik, fokozva a gyűrűfalaktól távolabb a lapát menti folyadékpályák hosszát és így a falsúrlódás hatásfelületét, ezáltal esélyt adva az össznyomás-veszteség fokozódására. E kedvezőtlen hatás szintén a lapátozás előrenyilazásával mérsékelhető. -Az előrenyilazás/előreferdítés hatására adott térfogatáramon módosul a teljes lapátmagasság mentén a rááramlás axiális sebességprofilja és így a megfúvás szöge. Ezt a hatást figyelembe kell venni a lapátozás tervezésekor. 2) Olyan összetett numerikus áramlástani és numerikus akusztikai módszertan meghonosítása – távlatilag integrálva a nagy örvény szimuláció technikát is –, mely a fenti tervezési támpontokat a lapátozás előtervezési fázisa után figyelembe tudja venni, megalapozva az axiális forgógépek CFD alapú iteratív „szabályzott örvény” tervezését, a légtechnika, energetikai és akusztikai célok együttes elérése érdekében. | 1) Novel establishments and engineering guidelines related to controlled vortex design (CVD) and blade sweep/skew applied to axial flow fans, contributing to blade design, in order to realize prescribed aerodynamic performance at maximum efficiency. The most important guidelines are as follows: - Relationship between CVD spanwise blade circulation gradient and endwall blockage. By means of forward blade sweep, the radial outward flow, and thus, the near-tip blockage can be moderated. - Due to CVD, the radial outward flow is intensified in the blade suction side boundary layer, elongating the flow paths, thus increasing the effect of wall skin friction, leading to increase of total pressure loss. This unfavourable effect can be moderated also by means of forward sweep. - Due to forward sweep/skew, the inlet axial velocity profile, and thus, the incidence angle is modified along the entire span at prescribed flow rate. This effect is to be considered in blade design. 2) Domestication of a complex computational fluid dynamics (CFD) and computational aero-acoustics methodology – integrating the Large Eddy Simulation technique as a long-term investment –, for consideration of the above guidelines after the preliminary blade design phase, establishing the CFD-based iterative design of axial flow turbomachines of CVD, for simultaneous achievement of aerodynamic, energetic and acoustic goals

Turbulens áramlások szimulációja = Simulation of turbulent flows

A gépészeti gyakorlatban aktuális műszaki problémák megoldására elvégeztük a háromdimenziós turbulens áramlási tér szimulációját FLUENT szimulációs rendszerben létező Reynolds-átlagolt turbulencia modellekkel. A modellek pontosságát és megbízhatóságát szélcsatornás és egyéb laboratóriumi kisminta mérésekkel való összehasonlítás alapján értékeltük. Új módszereket dolgoztunk ki az áramlások numerikus szimulációjának számos területén: - Az állandósult áramkép megjelenítésére; - Mozgó koherens struktúrák azonosítására turbulens áramlásban; - Atmoszférikus áramlások esetében a turbulencia modellek belépő peremfeltételeinek meghatározására; - Nagy méretű érdességi elemek - például atmoszférikus áramlásban a növényzet és épületek - hatásának figyelembevételére; - A szabad aktív klór koncentrációjának ivóvíz vagy fürdővíz medencékben történő meghatározására; - Tűz és füst terjedés modellezésére. Szélcsatornás mérésekkel validáltuk a FLUENT szimulációs rendszerben rendelkezésre álló turbulencia modelleket nehéz gázok terjedésének vizsgálatára. A kutatási projekt keretében Magyarországon elsőként alkalmaztuk az áramlások numerikus szimulációját uszodatechnika és vegyvédelem területén. Hazánkban elsőként alkalmaztuk a Large Eddy Simulation (LES) módszer FLUENT rendszerben. Kutatási eredményeinket 32 tudományos közleményben publikáltuk. | Simulation of three-dimensional flow fields relevant to mechanical engineering practice have been carried out by using Reynolds-averaged turbulent models available in FLUENT simulation system. Accuracy and reliability of simulation models have been assessed by comparison of computed results with wind tunnel measurements and other laboratory scale experiments. Novel methods have been developed in several areas of computational fluid dynamics: - Visualization of complex 3D steady flow fields; - Identification of moving coherent structures in turbulent flow field; - Proper definition of inlet boundary conditions of turbulent field variables for atmospheric boundary layer flow; - Zonal models representing large scale surface roughness elements such as trees and houses in atmospheric boundary layer flow; - Model for evaluating distribution of available active chlorine in drinking water reservoirs and swimming pools; - Fire and smoke propagation model. Turbulence models available in FLUENT simulation system have been validated against wind tunnel experiments for heavy gas dispersion process. In the framework of the present research project CFD simulation tools were fist time used in Hungary in the field of swimming pool technology and chemical defense investigations. Results have been published in 32 scientific communications