, Diplomaterv kiírások 2014/15 őszi félév Budapesti Műszaki és Gazdaságtudományi Egyetem Áramlástan Tanszék Energetikai Gépek és Rendszerek Tanszék Épületgépészeti és Gépészeti Eljárástechnika Tanszék Hidrodinamikai Rendszerek Tanszék 2014. szeptember 4. Kedves Kollégák, az alábbi lista tartalmazza az Áramlástan, az Energetikai Gépek és Rendszerek Tanszék, az Épületgépészeti és Gépészeti Eljárástechnika és a Hidrodinamikai Rendszerek Tanszékek által kiírt Önálló Feladat tárgy feladatkiírásait. A feladat választásánál vegyék figyelembe, hogy: A gépész BSc Folyamattechnika szakirányának BMEGEVGAG06 kódú kurzusát a négy tanszék közösen írta ki, így az ezt a kurzust felvett hallgatók a listában szereplő összes kiírás közül válogathatnak. A gépész BSc Folyamattechnika szakirányának BMEGEVGAG08 kódú tárgyát az Áramlástan és a Hidrodinamikai Rendszerek Tanszékek közösen írták ki, így az ezt a kurzust felvett hallgatók ezen két tanszék témái közül válasszanak! A gépész MSc Áramlástechnika szakirányának BMEGEVGMKF1 kódú tárgyát a Hidrodinamikai Rendszerek Tanszék írta ki, így az ezt a kurzust felvett hallgatók a Hidrodinamikai Rendszerek Tanszék témái közül válasszanak! A feladatokra a megjelölt konzulensnél kell jelentkezni a szorgalmi időszak első hetének végéig (azaz 2014. szeptember 12-ig). Sikeres jelentkezés után döntésüket - legkésőbb 2014. szeptember 19-ig - írják meg Till Sárának is a tillsara@hds.bme.hu címre. A tárgy teljesítésének feltétele a félév végén 15 perces prezentáció tartása a féléves munkáról. A beszámolókat a pótlási héten fogjuk tartani. 1
Tartalomjegyzék Áramlástan Tanszék 4 Energetikai Gépek és Rendszerek Tanszék 5 Szilárd testek folyási tulajdonságai: kísérleti adatok reológiai értelmezése.......... 5 Flow properties of solids: rheological description of experimental data........... 5 Épületgépészeti és Gépészeti Eljárástechnika Tanszék 6 Keverős készülék hőhasznosítási lehetőségeinek vizsgálata.................. 6 Nagyviszkozitású anyagok hőkezelése kapartfalú hőcserélőben................ 6 Hidrodinamikai Rendszerek Tanszék 7 Pneumatikus munkahenger erőszabályzásának kísérleti vizsgálata.............. 7 Pelton-turbina mérő berendezés tesztelése........................... 7 Szivattyú járókerék-lapátcsatorna alakoptimalizációja (Darázs Bencének ajánlva)..... 7 Formula 1-es versenyautó egy kiválasztott aerodinamikai elemének vizsgálata....... 8 Periféria illesztése artériás hálózathoz............................. 8 Nyíltfelszínű stacionárius áramlások számítása........................ 8 Open-surface channel flow in a wastewater system...................... 8 Örvényszivattyú lapátrács optimalizálás............................ 9 Modelling of a small-town water distribution system..................... 9 Erőfejlesztő gyakorlatok hatása az artériás véráramlásra................... 9 Akusztikusan gerjesztett gőz/gáz buborék dinamikus viselkedésének vizsgálata....... 9 Experimental investigation of the resonance properties of a turbomachine pipeline system. 10 Energiatakarékos könnyűszerkezetes családi ház épületgépészeti tervezése......... 10 CFD based estimation of Non-Newtonian fluid flow in straight pipes and fittings..... 11 Koszorúér hálózat modellezése................................. 11 2
Computational modelling of the human coronary system................... 11 Érállapot jellemző paraméterek becslése orvosi mérési eredmények alapján......... 12 Nem-newtoni vér-anyagmodell hatásai artériás erekben.................... 12 Restenosis investigation..................................... 12 3
Áramlástan Tanszék Az Áramlástan tanszék témakiírásai megtalálhatóak honlapjukon, a következő linkre kattintva: http://www.ara.bme.hu/oktatas/tantargy/neptun/feladatkiirasok/2014-2015-i/feladatkiiraso 4
Energetikai Gépek és Rendszerek Tanszék Szilárd testek folyási tulajdonságai: kísérleti adatok reológiai értelmezése Kapcsolattartó konzulens: Dr. Fülöp Tamás (fulop@energia.bme.hu) 1 BSc A feladat szilárd próbatesteken végzett terheléses kísérletek idősorainak értelmezése a szilárdtestmechanika termodinamikai megfogalmazásából származó reológiai (belső súrlódást és egyéb csillapításokat is leíró) egyenletek alapján. Flow properties of solids: rheological description of experimental data Kapcsolattartó konzulens: Dr. Fülöp Tamás (fulop@energia.bme.hu) 1 BSc The task is to understand experimental time series of mechanical experiments performed on solid samples, via rheological equations (describing elasticity, friction and other types of damping) that stem from the thermodynamical formulation of the mechanics of solids. 5
Épületgépészeti és Gépészeti Eljárástechnika Tanszék Keverős készülék hőhasznosítási lehetőségeinek vizsgálata Kapcsolattartó konzulens: dr. Örvös Mária (orvos@vegyelgep.bme.hu), további konzulens(ek): Bothné dr. Fehér Kinga 1 fő BSc hallgató Készítsen összeállítást a keverős készülékek fűtési lehetőségeiről. Vizsgálja meg, hogyan csökkenthető egy gőzfűtésű keverős autokláv felmelegítési ideje a műveleti paraméterek változtatásával (fűtőgőz nyomás, fordulatszám, keverőelem típus, közeg hőmérséklet). Vizsgálja meg a fűtőgőz hasznosítási lehetőségeit. Vizsgálja meg a hőszigetelés hatását. Tegyen javaslatot a hőcserélő méretére és a technológiára. Szükséges előismeretek: BMEGEVÉAG03 tárgy teljesítése Nagyviszkozitású anyagok hőkezelése kapartfalú hőcserélőben Kapcsolattartó konzulens: Bothné dr. Fehér Kinga (feher@vegyelgep.bme.hu), további konzulens(ek): dr. Örvös Mária 1 fő BSc hallgató Ismertesse a nagy viszkozitású élelmiszerek fűtésére/hűtésére alkalmazható kapartfalú hőcserélő berendezés működését! Hőtechnikai számítások alapján határozza meg, hány hűtő-fűtő hőcserélőre van szükség adott tömegáramú sűrítmény hőkezelésére! Vizsgálja meg, milyen hatása van a hűtőközeg egyen- vagy ellenáramú kapcsolása valamint a rotor fordulatszáma a hőátadó felület nagyságára. Vizsgálja meg a hőszigetelés hatását. Szükséges előismeretek: BMEGEVÉAG03 tárgy teljesítése 6
Hidrodinamikai Rendszerek Tanszék Pneumatikus munkahenger erőszabályzásának kísérleti vizsgálata Kapcsolattartó konzulens: Dr. Hős Csaba (csaba.hos@hds.bme.hu) 1 vagy 2 Bsc vagy MSc hallgató részére Pneumatikus munkahengerek erőszabályozási feladatánál adott erőt kívánunk kifejteni a hengernyomás megfelelő beállításával egy szelep segítségével. A munka során egy ilyen szabályozókört kell megépíteni a HDR Tanszék laboratóriumában a már rendelkezésre álló rendszer segítségével. Az erőmérő cella kiválasztását ill. beszerzését is a hallgatók intézik. Ezután adatgyűjtő szoftvert kell írni és egy egyszerű arányos (P) szabályzó algoritmust kell implementálni. Szükséges előismeretek: Nincsenek, LabView vagy Matlab ismeretek gyorsítják a munkát. Diplomaterv BSc, Diplomaterv MSc, Pelton-turbina mérő berendezés tesztelése Kapcsolattartó konzulens: Kullmann László (kullmann@hds.bme.hu), további konzulens(ek): Hajgató Gergely 2 BSc (ötödik szemesztertől) A Hidrodinamikai Rendszerek Tanszék a közelmúltban készített egy Pellton turbina kisminta mérő berendezést. Feladat a berendezés tesztelése, azaz a turbina jelleggörbék kimérése, a mérések feldolgozása (dimenziótlanítás, diagramok), fényképek készítése a mérőberendezés leírásához. A berendezés nincs helyhez kötve, így a laborban bárhol mérhető, tehát a tesztmérések időben nem függnek a labor egyéb terhelésétől. Szükséges előismeretek: Áramlástan, Excel Szivattyú járókerék-lapátcsatorna alakoptimalizációja (Darázs Bencének ajánlva) Kapcsolattartó konzulens: Hajgató Gergely (ghajgato@hds.bme.hu) 1 MSc hallgató A hallgató feladata egy adott örvényszivattyú járókerék-lapátcsatornájának alakoptimalizációja numerikus áramlástani szoftver alkalmazásával. Ennek során a jelentkező felállítja a szimulációs modellt, megírja a hálózáshoz, valamint a MatLab beépített optimalizációs algoritmusának futtatásához szükséges programkódot. A megfelelő kritériumok kiválasztása után az optimalizációs eljárás eredményei összevethetők a szakirodalomban talált adatokkal. Szükséges előismeretek: Ansys CFX és ICEM felhasználói ismeretek. 7
Formula 1-es versenyautó egy kiválasztott aerodinamikai elemének vizsgálata Kapcsolattartó konzulens: Gráf Mihály (graf@hds.bme.hu) 1 BSc/MSc hallgató részére A feladat célja egy kiválasztott aerodinamikai részegység feladatainak megismerése, majd működésének vizsgálata egy CFD szoftver segítségével. A kiválasztott elemre nincs megkötés, ezt közösen döntjük el (pl. első/hátsó vezetőszárny, DRS, F-csatorna, padlólemez vagy annak egyes részegységei stb.). Szükséges előismeretek: - legalább egy, elvégzett vagy folyamatban lévő áramlástechnikai szimulációval kapcsolatos tantárgy, - egy 3D CAD szoftver alapfokú ismerete, - ideális esetben az ANSYS valamely CFD moduljának alapfokú ismerete (nem feltétlenül szükséges, a feladat célja többek között az, hogy a programot elsajátítsuk a félév során) Periféria illesztése artériás hálózathoz Kapcsolattartó konzulens: Halász Gábor (halasz@hsd.bme.hu) 1-2 (újat tanulni akaró) BSc vagy MSc hallgató részére Az artériás véráramlás matematikai modellezésekor az artéria-vezetékek végén perifériás ellenállás van. Az orvosi tapasztalat szerint ez az ellenállás frekvencia-függő. A feladat megoldásának célja frekvencia-függő perifériás ellenállás modelljének elkészítése az artériás véráramlás modellezéséhez. Elvégzendő feladatok: o szakirodalom tanulmányozása; o a frekvencia-függő perifériás ellenállás modelljének elkészítése, kódolása Matlab alatt; o a modell illesztése a tanszéki programcsomagba; o összehasonlító számítások végzése az ohmikus és a frekvencia-függő ellenállás esetére. Szükséges előismeretek: Javasolt előismeretek: lengések csőhálózatban, Matlab. Diplomaterv BSc, Diplomaterv MSc, Nyíltfelszínű stacionárius áramlások számítása Kapcsolattartó konzulens: Dr. Hős Csaba (csaba.hos@gmail.com) 1 db BSc diplomatervező A feladat kidolgozása során a nyíltfelszínű stacionárius áramlások számításával kapcsolatban tanultakat alkalmazzuk szennyvízelvezető rendszerekre. A feladat első részében a "staci" programba beépített megoldót ellenőrizzük saját, Matlab-ban írt megoldó segítségével. A feladat második részében egy egyszerű szennyvízelvezető hálózatot hidraulikáját ellenőrizzük a program segítségével minimális, névleges és maximális terhelés mellett. Diplomaterv BSc Open-surface channel flow in a wastewater system Kapcsolattartó konzulens: Csaba Hős, PhD (csaba.hos@hds.bme.hu) final project for 1 BSc student The first part of the project includes the verification of the open-surface model of the Dept. s 8
hydraulic simulator with the help fo simple test problems, with the help of self-developed Matlab model. The second part is the hydraulic analysis of a small, real-life wastewater system. Diplomaterv BSc Örvényszivattyú lapátrács optimalizálás Kapcsolattartó konzulens: Hajgató Gergely (ghajgato@hds.bme.hu) 1 BSc hallgató A numerikus áramlástan új lehetőségeket nyit az optimalizáción alapuló gyártmányfejlesztésben. Ebbe betekintést nyújtva a szakdolgozat célja egy, a hallgató által főméretekkel meghatározott örvényszivattyú járókerék-lapát 2D metszetének meghatározása, majd az ebből a lapátból felépülő lapátrács geometriájának optimalizálása áramlástani numerikus szoftver segítségével. Szükséges előismeretek: Ansys CFX, ICEM és MatLab felhasználói Diplomaterv BSc Modelling of a small-town water distribution system Kapcsolattartó konzulens: Gergely Hajgató (ghajgato@hds.bme.hu) 1 BSc student A residential water distribution system (WDS) contains not only the pipe network, but pumps and reservoirs too. The skeleton of the pipe network is bounded by the location of the consumers, the type of the pump(s) and the size of the reservoir have to be selected according to the consumptions. The aim of this project is to model a mid-size town s WDS, calculate pressures on consumption points with the aid of a software written by the Department, finally select a proper pump type and reservoir size according to economic operation. Diplomaterv BSc Erőfejlesztő gyakorlatok hatása az artériás véráramlásra Kapcsolattartó konzulens: Szabó Viktor (vszabo@hds.bme.hu), további konzulens(ek): Dr. Halász Gábor 2 tanulásra nyitott BSc-s hallgató vagy 2 MSc-s hallgató A kutatás során azt szeretnénk megvizsgálni, hogy a mozgás milyen hatást gyakorol az artériás véráramlásra. Elvégzendő feladatok: 1. Ismerje meg az artériás véráramlás numerikus modellezését! 2. Válasszon ki egy egyszerű gyakorlatot! 3. Számítsa ki az egyes testrészek sebességét, illetve gyorsulását! 4. A kapott adatokkal futtassa le a modellező programot! 5. Elemezze a végeredményt! Szükséges előismeretek: Matlab és Excel alapismeretek Diplomaterv BSc, Diplomaterv MSc, Akusztikusan gerjesztett gőz/gáz buborék dinamikus viselkedésének vizsgálata. Kapcsolattartó konzulens: Dr. Ferenc Hegedűs (hegedusf@hds.bme.hu), további konzulens(ek): Varga Roxána (rvarga@hds.bme.hu) 9
1 BSc/MSc (több fő is jelentkezhet) A legtöbb mérnöki alkalmazásban a kavitáció mint réteg kavitáció vagy mint buborék felhő jelenik meg, és általában kerülendő káros jelenség. Az egyetlen buborék vizsgálata során kapott eredmények azonban jól használhatók egyes speciális tudományterületeken, mint például a rohamosan fejlődő ultrahangos technológiában. Ilyen például az új polimerek kutatása polimer láncok tördelésével a buborék összeroppanása során keletkező lökéshullám segítségével; a keletkező, akár több ezer Kelvin fokos hőmérséklet kémiai reakciókat indíthatnak be így egy kicsi kémiai rektornak is használható; vagy akár az orvostudományban a rák kezelésének alternatív módja is lehet. A fent említett alkalmazások adták az ötletet, hogy egy harmonikusan (szinuszosan) gerjesztett buborék vizsgálata során kapott eredmények értékes információval szolgálhatnak. A projekt során a modern nemlineáris dinamika módszereinek alkalmazásával a különböző típusú buborék rezgéseit fogjuk meghatározni (periodikus, kaotikus). Cél, a gerjesztés paramétereinek függvényében (amplitúdó, frekvencia) meg kell találni azokat a tartományokat, ahol a rezgés során extrém körülmények keletkeznek, azaz, nagy nyomás, hőmérséklet vagy akár lökéshullám. Továbbá, az orvostudományi alkalmazások során fontos a kiszámítható viselkedés, így a kaotikus tartományok feltérképezésével ezek elkerülhetőek. Habár a buborék geometriája nagyon egyszerű, de a fizikája és dinamikája rendkívül bonyolult! Válaszd a piros pirulát és megmutatom milyen mély a nyúl ürege! Szükséges előismeretek: Matlab Diplomaterv BSc, Diplomaterv MSc, Experimental investigation of the resonance properties of a turbomachine pipeline system. Kapcsolattartó konzulens: Dr. Ferenc Hegedűs (hegedusf@hds.bme.hu) 1 BSc for final project; 2 BSc/MSc for individual project; In excited systems a special physical phenomenon can occur, which is called resonance, at a usually well defined value of the frequency (resonance frequency). In industrial applications it is known as a dangerous and avoiding situation; think about the term resonance catastrophe. Even if the structure does not ruin immediately the permanent operation near the resonance frequency acts upon the lifetime of the system in the negative way. The aim of the project is to determine the resonance properties of a turbomachine - pipeline system found in the laboratory of the department. It can be achieved by the systematic analysis of the spectra of the measured signal of a pressure transducer placed after the delivery side of the turbomachine. Szükséges előismeretek: Excel, Word, (Matlab) Diplomaterv BSc, Energiatakarékos könnyűszerkezetes családi ház épületgépészeti tervezése Kapcsolattartó konzulens: Csizmadia Péter (csizmadia@hds.bme.hu) Bengery Eszter, BSc hallgató Egy alacsony fűtési energiaigényű családi ház belső épületgépészeti tervezése. A munka során fel kívánjuk térképezni a jelenleg piacon elérhető fűtési-hűtési épületgépészeti rendszereket. Megvizsgáljuk azok telepítési feltételeit, adott ingatlanra történő telepíthetőségét, beruházási igényeit, 10
költségeit és megtérülési idejüket. Az adott igényeknek megfelelően kiválasztunk egy költség és energia hatékony belső épületgépészeti rendszert, végül elkészítjük annak kiviteli tervét. Diplomaterv BSc CFD based estimation of Non-Newtonian fluid flow in straight pipes and fittings Kapcsolattartó konzulens: Csizmadia Péter (csizmadia@hds.bme.hu) 1 BSc / 1 MSc hallgató The importance of the non-newtonian material is increasing in the petroleum or food industry. The estimation of the friction factor and the loss coefficient can be relevant to design the pipeline systems (e.g. pump or pipe diameter selection). During the semester, the student has to build a numerical model with the help of ICEM CFD and ANSYS CFX; perform the simulations and the post-processing to determine the friction factor and the loss coefficient of the examined fittings. Szükséges előismeretek: ANSYS CFX Diplomaterv BSc, Diplomaterv MSc, Koszorúér hálózat modellezése Kapcsolattartó konzulens: Till Sára (tillsara@hds.bme.hu) BSc/MSc hallgató részére A szív táplálását végző két nagy artéria több ágra oszlik, amelyek ágak behálózzák a szívet, ezek a koszorúerek, orvosi nyelven a koronáriák. Ez a hálózat látja el vérrel a szívizomzatot. Különleges, finom szerkezetű verőerek, amelyek természetesen a szervezet minden területén megtalálható verőérrendszer részei. A koszorúér hálózat modellezésének nehézségei abban rejlenek, hogy a szívet behálózó erekben kialakuló áramlási viszonyokat nagyban befolyásolja a szívműködés maga, a lüktető összehúzódások során az erek végei is ritmusosan elzáródnak. A feladatot választó hallgatóknak feladata koszorúér hálózat tanulmányozása a szakirodalom alapján, egy egyszerűsített modell megfogalmazása, majd a modell beültetése a tanszéki hálózatszámító programba. A szívizom valós működését alapul véve olyan perifériás ellenállásmodell kidolgozása, mellyel a valóságban mérhető áramlási viszonyokkal jól egyező eredmények kaphatók. Szükséges előismeretek: MatLab Diplomaterv BSc, Computational modelling of the human coronary system Kapcsolattartó konzulens: Sára Till (tillsara@hds.bme.hu) BSc/MSc student The arteries of the coronary system deliver the muscles of the heart with oxygenated blood. These arteries have very special mechanical properties. In addition the pulsation of the heart has a significant effect for the fluid flow in these vessels, because during the systolic period the muscles squeeze the distal coronary arteries, and these collapse stops periodically the flow. In this work the student has to study the literature. Based on the known physiology a simplified mathematical model has to be defined, which can be able to apply in the used 1D numerical code. A peripheral 11
resistance model has to be developed to get relevant results with the measured flow characteristics. Szükséges előismeretek: MatLab Diplomaterv BSc, Érállapot jellemző paraméterek becslése orvosi mérési eredmények alapján Kapcsolattartó konzulens: Till Sára (tillsara@hds.bme.hu), további konzulens(ek): Dr. Horváth Tamás BSc/MSc hallgató Tanszékünkön rendelkezésre áll egy hálózatszámító program, amivel az emberi artériás hálózat egyszerűsített hidraulikai modelljén végezhetők 1D áramlási szimulációk. A szimulációk bemenő paraméterei (ér hosszak, átmérők, rugalmassági adatok) jelen állapotban szakirodalomból vett átlagos értékek. A munka célja, mérési eredmények alapján olyan egyedi paraméterek meghatározása, amik az adott alany személyre szabott jellemzőinek tekinthetők. Az Érsebészeti Klinikán lezajlott nagyszabású vizsgálatsorozat alapján rendelkezésre állnak olyan adatok, mint vérnyomásgörbék a test több pontján, testméretek, pulzushullám terjedési sebesség... stb., amik alapján ezek az egyedi paraméterek (illetve ezek kiinduló értékei) megbecsülhetők. A hallgató feladata a páciensekről kapott adatok statisztikai feldolgozása, ez alapján a szimulációhoz szükséges paraméterek meghatározása. A kapott paraméterekkel a hidraulikai számítás elvégzése, az eredmények értékelése. Szükséges előismeretek: Statisztikai ismeretek Nem-newtoni vér-anyagmodell hatásai artériás erekben Kapcsolattartó konzulens: Závodszky Gábor (zavodszky@hds.bme.hu), további konzulens(ek): 1 BSc hallgató A kóros érszakaszok klinikai kezelésének fejlesztését célzó kutatások gyakran alkalmaznak CFD szimulációkat az érszakaszok áramlástani tulajdonságainak felderítésére. A véráramlás lokális tulajdonságai befolyásolhatják az orvosi döntéshozatalt, valamint előre jelezhetnek jővőbeli komplikációkat. Noha a vér maga nem-newtoni tulajdonságokkal rendelkező folyadék, általában mégis newtoniként szimulálják. Ezt részben a számítási igény tette régebben szükségessé, másfelől nagyobb erekben a new-newtoni effektusok hatása gyakran elhanyagolható. A jelen feladat célja a vér nem-newtoni tulajdonságaiból származó eltérések vizsgálata pulzáló áramlás és több ér-átmérő esetén. Szükséges előismeretek: Áramlástan alapismeretek Ansys CFX alapvető ismerete, BSc diplomaterv Restenosis investigation Kapcsolattartó konzulens: Gábor Závodszky (zavodszky@hds.bme.hu), további konzulens(ek): 1 BSc student A possible pathologic state of the coronary vessels is the stenosis (that means narrowing). It is often 12
treated by medical practitioners by employing stents (actually fine net tubes) inside the vessel that can support the wall, thus resisting further narrowing and supporting the continuous blood flow. In several cases after a few years the vessel wall can grow into the structure of the stent forming a new stenosis. The aim of this project will be to carry out transient finite volume simulations on real vessel geometries containing restenosis points. The work will include both the creation of the numerical meshes from the given geometries and the blood flow simulations. Szükséges előismeretek: To complete this project some experience with mesh generation and Ansys CFX (or Fluent) is necessary!, BSc diplomaterv 13