Flow and Thermal Technology (Council of Physical Sciences)
100 %
Ortelius classification: Thermal engineering
Panel
Engineering, Metallurgy, Architecture and Transport Sciences
Department or equivalent
Department of Hydraulic and Water Resources Engineering (Budapest University of Technology and Economics)
Participants
Czáder, Károly Hegedűs, Ferenc Kristóf, Gergely Vad, János Varga, Roxána Várhegyi, Zsolt
Starting date
2010-02-01
Closing date
2016-01-31
Funding (in million HUF)
20.214
FTE (full time equivalent)
6.65
state
closed project
Summary in Hungarian
A folyadékok buborékos áramlása nagyon összetett folyamat, és ez aktív területe az áramlástani kutatásoknak. Ez a jelenség gyakran előfordul a természetes vizekben, és így fontos szerepe van a vízbiológiában. Haszonnal alkalmazzák az ipar nem egy területén, az élelmiszer-iparban, a vegyiparban, a gépészetben és az energetikában. A fellépte azonban néha káros (gőzrobbanás atomreaktorban, tengeralattjárók propellereinek kavitációja, buborékok az emberi véredényekben). Ez a kutatás a buborékos áramlásokban lezajló anyagtranszporttal foglalkozik. A két kitűzött cél közül az első egy mélyen megalapozott modell kifejlesztése forrásban lévő vízben áramló ionok és szuszpenziók mikrorészecskéinek konvektív transzportjára. Ennek egyik gyakorlati alkalmazása gőzfejlesztőkben áramló korrozív részecskék mozgásának modellezése lehet. A második célkitűzés folyadékkeverékek kavitációjának (és forrásának) kielégítő modellezésére alkalmas kielégítő módszer kidolgozása. A folyadékkeverékek termodinamikája sokkal összetettebb, mint a tiszta folyadékoké, és a jelenlegi mérnöki gyakorlat még mindig empirikus tapasztalatra épül, mintsem tudományosan megalapozott tervezési módszerekre. Tanulmányozzuk az ilyen rendszerek instabilitásait és fluktuációit. A gyakorlati cél olyan fejlett modellezési eszközök kidolgozása, melyekkel gépjárművek üzemanyag-szivattyúinak vagy hűtőszekrényeknek teljesítőképességét javíthatjuk meg.
Summary
Bubbly flow of fluids is a very complex process, and it is an actively researched area of fluid dynamics. This phenomenon often occurs in natural waters, thus plays an important role in aquatic biology. It is being applied in several fields of industry for useful purpose, like food processing, chemical industry, mechanical engineering and energetics, but its occurrence is sometimes harmful (vapour explosion in a nuclear reactor, cavitation of submarine propellers, bubbles in human blood vessels). This research project deals with the mass transport that occurs in bubbly flows. The first of the two main goals is to develop a thorough model for describing the convective transport of dilute ions and suspended microparticles in boiling water. A practical application could be the modelling of the motion of corrosive agents in steam generators. The second main goal is to develop an adequate method for modelling cavitation (and boiling) of liquid mixtures. The thermodynamics of fluid mixtures is more complicated than that of pure fluids, and the current engineering practice is still based on empirical practice, rather than scientifically established design methods. We study the inherent instability and fluctuations of such systems. The practical purpose is to establish developed modelling tools, by which one can improve the performance of automobile fuel pumps and refrigerators.
Final report
Results in Hungarian
E kutatási projekt keretében az alábbi témákban értünk el előrehaladást:
1. Alacsony koncentrációjú anyagtranszport (esetlegesen forrásban lévő ill. kavitáló) buborékos folyadékokban. Ebbe beleértjük az egyedi buborékok felületén keresztül történő anyagátadást és a buborékos áramlásban - melyet sokszor a buborékok saját felhajtóereje hoz létre - nagyobb skálán lezajló konvektív anyagtranszportot is.
2. A kavitáló ill. forrásban lévő, tömény - tipikusan apoláros - keverékek vizsgálatában.
Lényeges betekintést nyertünk a buborékdinamikai folyamatokba - célzott kísérletekkel, a megfelelő számítógépes szimulációt célzó numerikus technikák fejlesztésével és a korszerű nemlineáris dinamika eszköztárát buborékdinamikai modellekre alkalmazva.
A buborékok (és - általánosabban - mindenféle diszperz részecske) transzportjával kapcsolatba előreléptünk a lagrange-i áramlási struktúrák elméleti modellezésében, szimulációjában és mérési technikájában.
Results in English
In the framework of this research project we achieved advances in the following topics:
1. The transport of dilute material in (possibly boiling/cavitating) bubbly fluids. This includes the transfer of chemical species through an individual bubble’s interface and the larger scale convective transport in the bubbly flow - often driven by the buoyancy of the bubbles itself.
2. The investigation of cavitating/boiling, dense, typically non-polar mixtures.
We have gained substantial insight to bubble dynamical processes - by dedicated experiments, by improving numerical techniques for proper computer modelling and by applying the apparatus of modern nonlinear dynamics to theoretical bubble models.
Concerning the transport of bubbles (or - in a wider sense - any kind of dispersed particles) we moved forward in the theoretical modelling, simulation and measurement techniques of Lagrangian flow structures.
Várhegyi Zs; Kristóf G: Mass flux distribution measurements and visualizations of a fluid sheet generated by a partially immersed dip-lubricated gear, Periodica Polytechnica - Mechanical Engineering (submitted) pp 17, 2014
Várhegyi Zs; Kristóf G: Fogaskerekes hajtóművek merülő olajzási minimálmodelljének kísérleti vizsgálata, XXII. Nemzetközi Gépészeti Találkozó – EMT – OGÉT, pp. 423-426, 2014
Hegedűs F: Complete topological analysis of the periodic structures in a harmonically driven bubble oscillator near Blake’s critical threshold, (submitted to Physics Letters A), 2015
Jesch D; Kristóf G; Vad J: Oldalcsatornás üzemanyagszivattyúban kialakuló áramlások tanulmányozására szolgáló tesztberendezés kialakítása és beüzemelése, GÉP 61 (11): 9-14, 2010
Czáder K; Szabó KG: Numerical investigation of the dissolution mechanism of a freely oscillating CO2 gas bubble by the method of lines, PERIODICA POLYTECHNICA-MECHANICAL ENGINEERING (benyújtott kézirat), 2012
Farkas B; Paál G; Szabó KG: On the Limits of Validity of Flow Field Linearization for a 2D Vortex Detection Criterion, The 2011 2nd International Congress on Computer Applications and Computational Science (CACS 2011), Bali, Indonézia, 2011.11.15-2011.11.17., Paper 144, 2011
Czáder K; Szabó KG: Numerical investigation of rectified diffusion for an acoustically induced CO2 gas bubble, In: Diffusion in Solids and Liquids VIII (editors: Öchsner A; Murch GE; Shokuhfar A; Delgado JMPQ - ISBN: 978-3-03785-662-8), pp. 207-213. (paper 367), 2013
Várhegyi Zs; Kristóf G: Flow visualization and direct mass flow distribution measurements in two phase air-water flows induced by a rotating spur gear confined in a rectangular tank, pp 9 (kézirat), 2013
Klapcsik K; Hegedűs F: The effect of high viscosity on the bifurcation set of a periodically excited gas bubble: Patterns in the bifurcation structure, Nonlinear Dynamics (submitted), 2016
K G Szabó: Experimental Realization of Real-Time Stereoscopic Particle Tracking, (manuscript), 2016
Events of the project
2014-04-09 14:04:58
Résztvevők változása
2013-11-06 12:41:27
Kutatóhely váltás
A kutatás helye megváltozott. Korábbi kutatóhely: Áramlástan Tanszék (Budapesti Műszaki és Gazdaságtudományi Egyetem), Új kutatóhely: Vízépítési és Vízgazdálkodási Tanszék (Budapesti Műszaki és Gazdaságtudományi Egyetem).
