Wpływ rozwiniętych powierzchni grzejnych na wymianę ciepła przy wrzeniu w przepływie przez mini przestrzenie
Temat projektu: „Wpływ rozwiniętych powierzchni grzejnych na wymianę ciepła przy wrzeniu w przepływie przez mini przestrzenie”
projekt nr 2013/09/B/ST8/02825
finansowany ze środków Narodowego Centrum Nauki
Wartość projektu: 627 800,00 zł
Lata realizacji: 2014-2017
Kierownikiem projektu jest dr hab. inż. Magdalena Piasecka, prof. PŚk.
Wydział Mechatroniki i Budowy Maszyn / Katedra Mechaniki
Celem projektu jest poszerzenie wiedzy dotyczącej zjawisk charakterystycznych dla rozwoju wrzenia w miniprzestrzeniach o grzejnej powierzchni rozwiniętej. Szczegółowym celem jest rozpoznanie procesu inicjacji i rozwoju wrzenia w przepływie różnych czynników oraz towarzyszących mu lokalnych struktur przepływu dwufazowego w mini przestrzeniach o różnej geometrii i orientacji przestrzennej, posiadających grzejną powierzchnię rozwiniętą. W ramach projektu modernizowane jest stanowisko badawcze (rys.1), którego najważniejszym elementem jest wymienny moduł testowy z miniprzestrzeniami o dwóch zasadniczych geometriach: z minikanałami o przekroju prostokątnym oraz z miniprzestrzenią pierścieniową. W badaniach stosowane są powierzchnie grzejne o różnym stopniu rozwinięcia, ogrzewające płyn przepływający wzdłuż miniprzestrzeni, w celu zbadania wpływu rozwinięcia tych powierzchni na proces wrzenia w przepływie. W układzie akwizycji i przetwarzania danych stosowane są: kamera termowizyjna, kamera do zdjęć szybkich, aparaty cyfrowe, system oświetlenia LED, stacje akwizycji danych pomiarowych oraz komputery z odpowiednimi oprogramowaniami. Pomiar temperatury powierzchni grzejnej jest dokonywany różnymi metodami, w tym przez pomiar kontaktowy (punktowo – termoelementy) oraz bezkontaktowy (termografia ciekłokrystaliczna, termowizja). Celem naukowym projektu jest ponadto zastosowanie metod analityczno-numerycznych opartych na funkcjach Trefftza oraz funkcjach radialnych do rozwiązywania prostych i odwrotnych zagadnień związanych z wrzeniem w przepływie przez mini przestrzenie. Wyniki badań i obliczeń pozwalają poznać możliwości i ograniczenia stosowanych metod obliczeniowych oraz wskazują sposoby ich modyfikacji. W pracy zastosowano również metody numeryczne do obliczeń, przy wykorzystaniu uznanych programów komercyjnych (Adina, Ansys CFX). Przedstawiono propozycję modelu matematycznego opisującego przepływ ciepła w miniprzestrzeniach podczas rozwoju wrzenia, a także własne zależności na prognozowanie intensywności procesu wymiany ciepła. Wyniki badań eksperymentalnych pozwalają ujednolicić i usystematyzować wiedzę na temat wymiany ciepła przy wrzeniu i konwekcji wymuszonej w miniprzestrzeniach dla różnej geometrii i orientacji przestrzennej, w szerokim zakresie zmienności parametrów cieplno-przepływowych i zweryfikować przydatność rozwiniętych powierzchni grzejnych pod kątem uzyskania intensyfikacji wymiany ciepła w konstrukcjach urządzeń z miniprzestrzeniami.
Rys. 1. a) Schemat zmodernizowanego stanowiska badawczego, b) poglądowy widok stanowiska, c-d) schemat modułu testowego: z minikanałami o przekroju prostokątnym (c) i miniprzestrzeni pierścieniowej (d), e-n) widok testowanych powierzchni rozwiniętych: e) wytworzona w procesie piaskowania powierzchni, f) włóknista o strukturze kapilarno-porowatej, zlutowana z powierzchnią, g) porowata wytworzona na bazie proszków Fe, zlutowana z powierzchnią, h, i) wytworzone w procesie elektroerozji, j-n) wytworzone w procesie teksturowania laserowego, w tym: z zastosowaniem techniki wibracyjnej (m, n)
