Áramlásszimulációk a víz- és szennyvíztechnológia témakörében

Hasonló dokumentumok
Szivattyúk viselkedése kétfázisú közegek szállítása során

Szívókönyökök veszteségeinek és sebességprofiljainak vizsgálata CFD szimuláció segítségével

Biomechanika előadás: Háromdimenziós véráramlástani szimulációk

Technikai áttekintés SimDay H. Tóth Zsolt FEA üzletág igazgató

Artériás véráramlások modellezése

Folyami hidrodinamikai modellezés

Artériás véráramlások modellezése

Aktuális CFD projektek a BME NTI-ben

F. F, <I> F,, F, <I> F,, F, <J> F F, <I> F,,

LEVEGŐZTETETT HOMOKFOGÓK KERESZTMETSZETI VIZSGÁLATA NUMERIKUS ÁRAMLÁSTANI SZIMULÁCIÓVAL

Áramlástechnikai rendszerek -1. házi feladat -

KORSZERŰ ÁRAMLÁSMÉRÉS I. BMEGEÁTAM13

Szivattyú indítási folyamatok problémája több betáplálású távhőhálózatokban

Gázturbina égő szimulációja CFD segítségével

Fűtési rendszerek hidraulikai méretezése. Baumann Mihály adjunktus Lenkovics László tanársegéd PTE MIK Gépészmérnök Tanszék

A mikroskálájú modellek turbulencia peremfeltételeiről

SZAKDOLGOZAT VIRÁG DÁVID

SZIMULÁCIÓ ÉS MODELLEZÉS AZ ANSYS ALKALMAZÁSÁVAL

KÖSZÖNTJÜK HALLGATÓINKAT!

KORSZERŐ ÁRAMLÁSMÉRÉS 1. - Dr. Vad János docens Általános áramlásmérési blokk: páratlan okt. h. kedd

2008. év végére elkészült a csatorna felújítása, ezt követte 2009-ben a motor és a frekvenciaváltó üzembe helyezése.

I. A CFD alkalmazási területei Néhány érdekes korábbi CFD projekt

A CFD elemzés minőségéről és megbízhatóságáról. Modell fejlesztési folyamata. A közelítési rendszer. Dr. Kristóf Gergely Október 11.

Overset mesh módszer alkalmazása ANSYS Fluent-ben

Golyós visszacsapó szelep hatása szivattyú leállás során kialakuló lengésekre

BME HDS CFD Tanszéki beszámoló

Az artériás véráramlás numerikus szimulációja

HÍDTARTÓK ELLENÁLLÁSTÉNYEZŐJE

2. mérés Áramlási veszteségek mérése

Korrodált acélszerkezetek vizsgálata

ÁRAMLÁSTAN MFKGT600443

Hidrodinamikus kavitáción alapuló víztisztítási módszer vizsgálata

Numerikus szimuláció a városklíma vizsgálatokban

Csőhálózatok hidraulikája - házi feladat -

10. Valóságos folyadékok áramlása

Folyadékok áramlása Folyadékok. Folyadékok mechanikája. Pascal törvénye

Hidraulika. 1.előadás A hidraulika alapjai. Szilágyi Attila, NYE, 2018.

Szakmai beszámoló a A BME Közlekedésmérnöki és Járműmérnöki Kar tehetséggondozási tevékenységének keretében meghirdetett

Készítette: Gönczi Gábor. Fővárosi Vízművek Zártkörűen Működő Részvénytársaság

Hálózat hidraulikai modell integrálása a Soproni Vízmű Zrt. térinformatikai rendszerébe

Műtárgyvizsgálatok Fővárosi Vízművek Zrt-nél

Végeselemes analízisen alapuló méretezési elvek az Eurocode 3 alapján. Dr. Dunai László egyetemi tanár BME, Hidak és Szerkezetek Tanszéke

HŐÁTADÁS MODELLEZÉSE

Hidraulikus hálózatok robusztusságának növelése

Ipari és kutatási területek Dr. Veress Árpád,

A diplomaterv keretében megvalósítandó feladatok összefoglalása

Transzportfolyamatok. összefoglalás, általánosítás Onsager egyenlet I V J V. (m/s) áramvonal. turbulens áramlás = kaotikusan gomolygó áramlás

Vízgazdálkodási Tudásközpont és Kutatási Centrum - Szennyvíztisztítási Kutatóközpont

V. Országos Kéménykonferencia Kecskemét, március

Folyadékáramlás. Orvosi biofizika (szerk. Damjanovich Sándor, Fidy Judit, Szöllősi János) Medicina Könyvkiadó, Budapest, 2006

Síklapokból álló üvegoszlopok laboratóriumi. vizsgálata. Jakab András, doktorandusz. BME, Építőanyagok és Magasépítés Tanszék

Az ( ) tankönyv használata

Alap-ötlet: Karl Friedrich Gauss ( ) valószínűségszámítási háttér: Andrej Markov ( )

TRANSZPORTFOLYAMATOK ÉS SZIMULÁCIÓJUK (MAKKEM 242ML)

Folyadékok és gázok áramlása

Hidrosztatikus hajtások, BMEGEVGAG11 Munkafolyadékok

Korszerű eleveniszapos szennyvízkezelési eljárások, a nitrifikáció hatékonyságának kémiai, mikrobiológiai vizsgálata

Folyadékok és gázok áramlása

Beszabályozó szelep - Csökkentett Kv értékkel

Á R A M L Á S T A N. Áramlás iránya. Jelmagyarázat: p = statikus nyomás a folyadékrészecske felületére ható nyomás, egyenlő a csőfalra ható nyomással

DR. DEMÉNY ANDRÁS-I)R. EROSTYÁK JÁNOS- DR. SZABÓ GÁBOR-DR. TRÓCSÁNYI ZOLTÁN FIZIKA I. Klasszikus mechanika NEMZETI TANKÖNYVKIADÓ, BUDAPEST

MMK Auditori vizsga felkészítő előadás Hő és Áramlástan 1.

Úszó fedlapok hatásának vizsgálata nem levegőztetett eleveniszapos medencék működésére nagyüzemi helyszíni mérésekkel és matematikai szimulációval

Áramlástan kidolgozott 2016

ANSYS alkalmazások a BME Hidak és Szerkezetek Tanszékén. Hidak és Szerkezetek Tanszéke

Fluidumok áramlása. Vegyipari és biomérnöki műveletek segédanyag Simándi Béla, Székely Edit BME, Kémiai és Környezeti Folyamatmérnöki Tanszék

STAD-R. Beszabályozó szelepek DN 15-25, csökkentett Kv értékkel

MEMBRÁNKONTAKTOR ALKALMAZÁSA AMMÓNIA IPARI SZENNYVÍZBŐL VALÓ KINYERÉSÉRE

Diplomamunkám felépítése

Lajos T.: Az ÁRAMLÁSTAN ALAPJAI tankönyv használata

Aktuális CFD projektek a BME NTI-ben

7. KÜLÖNLEGES ÁRAMLÁSMÉRİK

A mérnöki módszerek alkalmazásának lehetőségei a hő- és füstelvezetésben

FÉLMEREV KAPCSOLATOK NUMERIKUS SZIMULÁCIÓJA

Kérdések. Sorolja fel a PC vezérlések típusait! (angol rövidítés + angol név + magyar név) (4*0,5p + 4*1p + 4*1p)

Turbulens áramlás modellezése háromszög elrendezésű csőkötegben

TRANSZPORTFOLYAMATOK ÉS SZIMULÁCIÓJUK (MAKKEM 242M)

Nemzeti Nukleáris Kutatási Program

Hidraulikus váltó. Buderus Fűtéstechnika Kft. Minden jog fenntartva. Készült:

LEVEGŐKÉMIAI MÉRÉSEK ÉS MODELLEZÉS LOKÁLISTÓL REGIONÁLIS SKLÁLÁIG

Optimális mérési elrendezés hidraulikus hálózatokon

Reológia Mérési technikák

DUNAGÁZ Zrt. BME Épületgépészeti és Gépészeti Eljárástechniak Tanszék együttműködése

Termékéletciklus-kezelésen alapuló számítógépes tervezés

Pécsvárad Kft Pécsvárad, Pécsi út 49. Tel/Fax: 72/ Szerzők:

Hírcsatorna A MAGYAR VÍZ- ÉS SZENNYVÍZTECHNIKAI SZÖVETSÉG LAPJA 2018/2. szám

1.2 Folyadékok tulajdonságai, Newton-féle viszkozitási törvény

TÁMOP F-14/1/KONV Élelmiszeripari műveletek gyakorlati alkalmazásai

Szabványos és nem szabványos beépített oltórendszerek, elméletgyakorlat

A szennyvíztisztítás üzemeltetési költségeinek csökkentése - oxigén beviteli hatékonyság értékelésének módszere

Mechanika IV.: Hidrosztatika és hidrodinamika. Vizsgatétel. Folyadékok fizikája. Folyadékok alaptulajdonságai

TÉRFOGATÁRAM MÉRÉSE. Mérési feladatok

Az úszás biomechanikája

Áramlástechnikai gépek BMEGEVGAG02 és BMEGEVGAE01 Tematika és követelmények

Mérnöki Optimálás Példatár

Innovációs folyamat a szennyvízkezelésben: az alga és az MFC története

Enabling and Capitalising of Urban Technologies

időpont? ütemterv számonkérés segédanyagok

Duna Régió Stratégia Projektfinanszírozási Konferencia Külgazdasági és Külügyminisztérium Budapest, március 26.

Ellenörző számítások. Kazánok és Tüzelőberendezések

Átírás:

Áramlásszimulációk a víz- és szennyvíztechnológia témakörében Előadó: Dr. Csizmadia Péter BME Gépészmérnöki Kar, Hidrodinamikai Rendszerek Tanszék pcsizmadia@hds.bme.hu Innováció a szennyvíztisztításban és az ivóvízkezelésben, Szakmai nap, 2018. november 07. www.hds.bme.hu

Az előadás felépítése Nemnewtoni reológiájú szennyvíz közeg áramlási veszteségeinek vizsgálata csőkönyökben Bevezetés, reológiai modellek A kutatás előzményei, célkitűzései, motivációi A vizsgált közeg, a numerikus modell Eredmények, következtetések UV fertőtlenítő berendezés tervezése Bevezetés, igények Fényforrás modellezése Áramlási tér modellezése Egyéb tervezési feladatok Összefoglalás 2

Tanszékünkről BME Gépészmérnöki Kar, legkisebb és legfiatalabb Tanszék. 1899-ben alapították, korábbi elnevezése: Vízgépek Tanszék. 3

Főbb pilléreink Labor: 1500 hallgató évente Oktatás Kutatás Ipari projektek Dinamikai rendszerek stabilitása Analitikus számítások Stacionárius csőhálózatok Szimuláció Nyílt felszínű csatorna Mérések

Az előadás felépítése Nemnewtoni reológiájú szennyvíz közeg áramlási veszteségeinek vizsgálata csőkönyökben Bevezetés, reológiai modellek A kutatás előzményei, célkitűzései, motivációi A vizsgált közeg, a numerikus modell Eredmények, következtetések UV fertőtlenítő berendezés tervezése Bevezetés, igények Fényforrás modellezése Áramlási tér modellezése Egyéb tervezési feladatok Összefoglalás 5

Nemnewtoni közegek, ipari példák Az ipari gyakorlat során gyakran találkozhatunk nemnewtoni reológiájú közegekkel: erőműipar (zagy) élelmiszeripar (pépes folyadékok) vegyipar (fogkrém, zselék) szennyvízkezelés (eleveniszap) stb. 6

Reológia Szennyvíz közegek általában alkalmazott modelljei 7

A kutatás célkitűzése I. A folyadékot szállító, gépészeti berendezések tartalmaznak egyenes csövet, csőidomokat (könyök, diffúzor, stb.); amelyeknek tervezési, méretezési szempontból ismerni kell a hidraulikai ellenállását. Pontos méretezés megfelelő szivattyú energiahatékony üzemeltetés Eu-s előírások: 2007-2020 között 20%-kal csökkenteni az energiafelhasználást. USA: Jelenleg a víz és szennyvíz kezelés során használt energia 80%-a a szivattyúzásra fordítódik. (U.S. EPA Office of Water, 2006. Wastewater Management Fact Sheet, Energy Conservation. p.7.) Kép forrása: http://www.chemicaltankerguide.com/chemical-cargo-unloading-safe-practice.html 8

A kutatás célkitűzése II. Veszteségtényező: p v 2 Newtoni közeg (víz, levegő): 2 be alapvetően ismertek az irodalomban Reynolds-szám: Re D v B Kép: Idelchik (1986) nyomán Nemnewtoni közegek: kevésbé ismert Analitikus megközelítés korlátozott Kísérletek, mérések (labor) drága Numerikus szimulációk: CFD (Computational Fluid Dynamics) Módosított Reynolds-szám: 9

A kutatás további motivációja Egyszerű, jól kontrollálható tesztfeladatok Tapasztalatok alapján összetett berendezések is biztonsággal modellezhetőek. 10

A vizsgált szennyvíz közeg A reológiai mérések pontjaira több görbe is illeszthető hasonló R 2 -tel. Melyiket válasszuk? Milyen hatással van a veszteségekre? Guibaud et al. 2004. (eleveniszap, 3,6 7,4 g/liter (MLSS)) Görbeillesztés, modellek: Hatványfüggvény szerint viselkedő Bingham plasztikus Herschel-Bulkley modell 11

Numerikus módszer: CFD Ansys CFX (17.2) Numerikus áramlástani szoftver Geometria és hálózás: ICEM CFD Egyenletek: Navier-Stokes egyenlet (mozgásegyenlet, Reynolds átlagolt N-S) Kontinuitási egyenlet Turbulens mennyiségek transzportja (2 illetve 7 egyenletes modellek) Anyagtörvény, nemnewtoni közegre (beépített) Iteratív megoldás Előtanulmányok hálófelbontás, turbulenciamodellek; saját mérések, irodalom Végleges modell 12

Eredmények - csősúrlódás A hagyományos Reynolds-szám használata korlátos. A módosított Reynolds-számok bevezetése rendezi a súrlódási tényezőket, mindhárom modell esetében. Az eredmények konzisztensek az irodalommal. 13

Eredmények (R/D=1) könyök veszteségei A módosított Reynolds-szám bevezetése a veszteségtényező értékeket is rendezi. A lamináris turbulens átmenet közelében a legnagyobb az eltérés. Méretezési szempontból: a sebességeket is figyelemmel kell kísérni. 14

Következtetések: Méretezési szempontból fontos a reológia (anyagjellemzők) ismerete. A veszteségtényező Reynolds-szám függése nem hanyagolható el. Hagyományos Reynolds-szám helyett a modellspecifikus, módosított Re-szám használata előnyös: rendezi a veszteségeket. Az eredmények tágabb körben is használhatók. Jelenleg folyó kutatások: Saját, ill. rendelkezésre álló reológiai jellemzők felhasználása További laboratóriumi mérések végzése Áramlástechnikai gépek (szivattyúk) viselkedésének vizsgálata nemnewtoni közegek szállítása esetén 15

Az előadás felépítése Nemnewtoni reológiájú szennyvíz közeg áramlási veszteségeinek vizsgálata csőkönyökben Bevezetés, reológiai modellek A kutatás előzményei, célkitűzései, motivációi A vizsgált közeg, a numerikus modell Eredmények, következtetések UV fertőtlenítő berendezés tervezése Bevezetés, igények Fényforrás modellezése Áramlási tér modellezése Egyéb tervezési feladatok Összefoglalás 16

Bevezetés: UV fertőtlenítés Klóros fertőtlenítés kiegészítése, klórbevitel csökkentése Előnyök: vegyszermentesség, nem keletkeznek fertőtlenítési melléktermékek Víz ph-tól és NH 4 tartalmától független hatás Hátrány: lokális hatás, a hálózat belsejében szükséges kiegészítő kezelés A Fővárosi Vízművek Zrt. 2015-ben megbízta a HDR Tanszéket egy egyedi, nagyteljesítményű UV reaktor tervezésével. Résztvevő kollégák Dr. Hős Csaba (docens, témavezető) Csippa Benjamin (doktorandusz) BME Gép- és Terméktervezés Tanszék Fővárosi Vízművek ZRt. LightSources Kft. 17

Tervezési követelmények Mennyiségek, dimenziók Számértékek Térfogatáram, m 3 /h 150 6200 Abszorbancia, 1/m 0,25 4,6 Maximális nyomásesés @ 6200 m 3 /h, v.o.cm 75 Elvárt minimális besugárzási dózis, J/m 2 400 Beépítési méretkorlát a rektorra, m 1,5 x 1,5 x 2 Daruzás súlyhatára, tonna 2,5 Minimális dózis: A leggyengébben besugárzott áramvonalon is elérjük az előírt értéket. A kézi becslés, átlagolás nem elegendő numerikus szimuláció 18

Fényforrás (UV lámpa) modellezése Vonal menti fényforrás Korrekció szükséges: Besugárzás: síkfalú UV szenzor méri erősen irányfüggő Fluencia: gömb által befogott energia dózis szempontjából releváns Laboratóriumi validációs mérések: Számítással alul becslünk: biztonság felé térünk el 19

Egy áramvonal dózisa 20

Egyéb tervezési szempontok Energiahatékonyság: szegmentálhatóság Veszteségmagasság maximális Q-nál: 15 v.o.cm (< 75 v.o.cm előírt) Szilárdsági ellenőrzés, anyagválasztás síkfal: merevítő pántok savval történő kezelés Kvarccső statikus kihajlás Kvarccső rezgések Melegedés: Álló víz esetén: 6 C / óra Levegő esetén: 7,6 C / s nyomáshatároló szelep 21

Következtetések A Tanszék munkatársai és partnerei sikeresen megterveztek egy nagyteljesítményű UV víztisztító reaktort. Az alkalmazott módszerek nem probléma-specifikusak ; más típusú, elrendezésű vagy kapacitású berendezések is kellő pontossággal modellezhetőek és mindezt a megépült berendezés kifogástalan működése bizonyítja. Ugyanakkor hangsúlyoznunk kell, hogy a helyszíni mérések, kalibrációk, ellenőrzések továbbra is elengedhetetlenek, bármennyire is csábító a mérnöki szoftverekre való kényelmes ráhagyatkozás. 22

Összefoglalás Víz- és szennyvíztechnológiai alkalmazásokkal is foglalkozunk. Kísérletekkel validált, korszerű numerikus módszereket használunk. Előremutató céljaink, pl.: Új méretezési módszer kidolgozása a nemnewtoni közegeket szállító áramlástechnikai rendszerek energiahatékony működtetéséhez Az UV víztisztító reaktor fejlesztése során szerzett tapasztalatok továbbgondolása, tudományos igényességű kidolgozása 23

Köszönöm a megtisztelő figyelmet! Köszönettel tartozom a kollégáimnak: Dr. Hős Csabának, Csippa Benjaminnak, Till Sárának és Bíbok Máténak; valamint a projektekben résztvevő összes kollégának. Előadó: Dr. Csizmadia Péter BME Gépészmérnöki Kar, Hidrodinamikai Rendszerek Tanszék www.hds.bme.hu pcsizmadia@hds.bme.hu Innováció a szennyvíztisztításban és az ivóvízkezelésben, Szakmai nap, 2018. november 07. 24