Transzportfolyamatok többkomponensű buborékos áramlásokban  részletek

súgó  nyomtatás 
vissza »

 

Projekt adatai

 
azonosító
81621
típus K
Vezető kutató Szabó K. Gábor
magyar cím Transzportfolyamatok többkomponensű buborékos áramlásokban
Angol cím Transport Processes in Multi-Component Bubbly Flows
magyar kulcsszavak áramlástan, többfázisú áramlás, többkomponensű áramlás, buborékdinamika, kavitáció, forrás
angol kulcsszavak fluid dynamics, multi-phase flow, multi-component flow, bubble dynamics, cavitation, boiling
megadott besorolás
Áramlás- és Hőtechnika (Műszaki és Természettudományok Kollégiuma)100 %
Ortelius tudományág: Hőtechnika
zsűri Gépész-, Építő-, Építész- és Közlekedésmérnöki
Kutatóhely Vízépítési és Vízgazdálkodási Tanszék (Budapesti Műszaki és Gazdaságtudományi Egyetem)
résztvevők Czáder Károly
Hegedűs Ferenc
Kristóf Gergely
Vad János
Varga Roxána
Várhegyi Zsolt
projekt kezdete 2010-02-01
projekt vége 2016-01-31
aktuális összeg (MFt) 20.214
FTE (kutatóév egyenérték) 6.65
állapot lezárult projekt
magyar összefoglaló
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.
angol összefoglaló
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.





 

Zárójelentés

 
kutatási eredmények (magyarul)
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.
kutatási eredmények (angolul)
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.
a zárójelentés teljes szövege https://www.otka-palyazat.hu/download.php?type=zarobeszamolo&projektid=81621
döntés eredménye
igen





 

Közleményjegyzék

 
Garen W; Hegedűs F; Kai Y; Koch S; Meyerer B; Neu W; Teubner U: Emitting shock waves by a laser driven collapsing bubble in glycerine and water, Shock Waves, pp 8 (közlésre elküldve), 2013
Hegedűs F: Stable bubble oscillations beyond Blake’s critical threshold., Ultrasonics 54(4), 1113-1121, 2014
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
Hegedűs F; Klapcsik K: The effect of high viscosity on the collapse-like chaotic and regular periodic oscillations of a harmonically excited gas bubble, Ultrasonics Sonochemistry 27, 153–164, 2015
Hegedűs F; Koch S; Garen W; Pandula Z; Paál Gy; Kullmann L; Teubner U: The effect of high viscosity on compressible and incompressible Rayleigh–Plesset-type bubble models, International Journal of Heat and Fluid Flow 42, 200–208, 2013
Hegedűs F: Akusztikusan gerjesztett kavitációs buborék stabil periodikus megoldásainak vizsgálata, XXII. Nemzetközi Gépészeti Találkozó – EMT – OGÉT-2014, 2014
Klapcsik K; Hegedűs: Harmonikusan gerjesztett gázbuborék nemlineáris dinamikai vizsgálata nagy viszkozitású folyadékban, XXII. Nemzetközi Gépészeti Találkozó – EMT – OGÉT-2014, 2014
Varga R; Paál Gy: Numerical investigation of the strength of collapse of a harmonically excited bubble, Chaos, Solitons & Fractals 76, 56–71, 2015
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
Tóth B; Szabó K G: Flow Structure Detection with Smoothed Particle Hydrodynamics, Proceedings of the 9th SPHERIC International Workshop (ISBN: 88-7617-020-0, ISBN 13: 978-88-7617-020-1, Paris, 2014), 2014
Farkas B; Paál G; Szabó KG: Descriptive analysis of a mode transition of the flow over an open cavity, Physics of Fluids 24(2), 2012
Zsugyel M; Szabó KG; Ciraolo G; Nasello C; Napoli E; Kiss ZsM; Tél T; Józsa J: Detecting the chaotic nature of advection in complex river flows, Periodica Polytechnica Civil Engineering 56(1), 97-106, 2012
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
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 57: 63-73, 2013
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. 207-212. (paper 367), 2013
Hegedűs F: Stable bubble oscillations beyond Blake’s critical threshold., Ultrasonics 54: 1113-1121, 2014
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
Hegedűs F: Topological analysis of the periodic structures in a harmonically driven bubble oscillator near Blake’s critical threshold: Infinite sequence of two-sided Farey ordering trees, Physics Letters A 380, 1012-1022, 2016
Varga R; Hegedűs F: On the investigation of two-dimensional bifurcation structure of an acousticaly excited gas bubble, Conference on Modelling Fluid Flow (CMFF’15), The 16th International Conference on Fluid Flow Technologies, paper119, pp 7, 2015
Varga R; Hegedűs F: Classification of the bifurcation structure of a periodically driven gas bubble, Nonlinear Dynamics (submitted), 2016
Varga R; Klapcsik K; Hegedűs F: Towards physical modeling of the utilization of ultrasound in modern medical therapeutic applications, First European Biomedical Engineering Conference for Young Investigators (ISBN: 978-981-287-573-0), Volume 50 of the series IFMBE Proceedings pp 114-117, 2015
Jesch D; Kristóf G: Experimental investigation of characteristics of cavitation in gasoline, Periodica Polytechnica - Mechanical Engineering, 55: 43-47, 2011
Jesch D; Kristóf G; Vad J: Oldalcsatornás üzemanyagszivattyúban kialakuló áramlások tanulmányozására szolgáló tesztberendezés kialakítása és beüzemelése, GÉP 61 (11): 9-14, 2010
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, paper 7764 (to appear), 2016
Zsugyel M; Szabó KG; Ciraolo G; Nasello C; Napoli E; Kiss ZsM; Tél T; Józsa J: Detecting the chaotic nature of advection in complex river flows, Periodica Polytechnica Civil Engineering 56(1), 97-106, 2012
Farkas B; Paál G; Szabó KG: Descriptive analysis of a mode transition of the flow over an open cavity, Physics of Fluids 24(2), 2012
Garen W; Hegedűs F; Kai Y; Koch S; Meyerer B; Neu W; Teubner U: Shock wave emission during the collapse of cavitation bubbles, Shock Waves (published online pp 1-10), 2016
Klapcsik K; Hegedűs F: Two-parameter bifurcation analysis for the seeking of high amplitude oscillation of a periodically driven gas bubble in glycerine, Conference on Modelling Fluid Flow (CMFF’15), The 16th International Conference on Fluid Flow Technologies, paper 116, pp 8, 2015
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
Hegedűs F: Harmonikusan gerjesztett gázbuborék nemlineáris dinamikai vizsgálata nagy viszkozitású folyadékban, XXIV. Nemzetközi Gépészeti Találkozó – EMT – OGÉT-2016, 201, 2016
K G Szabó: Experimental Realization of Real-Time Stereoscopic Particle Tracking, (manuscript), 2016





 

Projekt eseményei

 
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).
2013-02-04 11:37:36
Résztvevők változása




vissza »