Mapa strony:
Eksperymentalne i numeryczne badania przepływów niestacjonarnych
Temat rozwijany prawie od początku mojej działalności na Uczelni. Obecnie zrealizowane prace:
- badania symulacyjne form bifurkacji w płaskim, ślepo zakończonym kanale (porównanie wyników badań numerycznych z eksperymentem opisanym w literaturze)
- badania symulacyjne form bifurkacji w płaskiej komorze mieszania z dyszą prostą
- w obu powyższych przypadkach badano występowanie typów przepływów (typów bifurkacji) w zależności od wyróżników geometrycznych modelowanej przestrzeni; na podstawie uzyskanych wyników opracowano dla tych układów uogólnione charakterystyki uzależniające typ bifurkacji od wyróżników geometrycznych oraz prędkości przepływu
- badania symulacyjne form bifurkacji w płaskim kanale z rozszerzeniem
- badanie form przepływu w wirtualnej strumienicy 2D w zależności od jej wyróżników geometrycznych z wykorzystaniem tzw. Mixture Model
- badanie możliwości zwiększenia efektu ssania na wlotach biernych strumienicy
Bifurkacja polega na gwałtownej zmianie zachowania układu pod wpływem niewielkiej zazwyczaj zmiany pewnego parametru aktywnego. W przypadku płynów parametrem takim może być np. liczba Reynoldsa lub liczba Macha. Po przekroczeniu pewnej wartości krytycznej następuje wyraźna zmiana stateczności, przy czym nowa postać może być stała w czasie (wówczas mówi się o bifurkacji dywergentnej) lub też zmienna (przypadek taki nazywa się bifurkacją oscylacyjną). Jeżeli zmiany ruchu są regularne w czasie, przypadek taki nazywa się bifurkacją Hopfa. Odpowiednikiem bifurkacji Hopfa w mechanice ciała stałego jest tzw. flatter. Istnieją dwa warunki konieczne, aby bifurkacja była w ogóle możliwa:
- musi istnieć dominacja jednego kierunku, w którym wartości takich wielkości jak prędkości, przemieszczenia, gradienty temperatur, będą znacznie większe od wartości tych wielkości w pozostałych (prostopadłych) kierunkach
- musi istnieć w przestrzeni wolne miejsce w kierunku prostopadłym do kierunku dominującego
Rys. 1. Typowy układ sprzyjający wystąpieniu bifurkacji
Typowy układ przepływowy sprzyjający pojawieniu się bifurkacji pokozany jest na Rys. 1. Struga płynąca z lewej strony wpada nagle w rozszerzenie tracąc "podparcie" w postaci ścianek. Układ może zachować się dwojako: może skręcić w kierunku jednej ze ścianek i tak pozostać, może jednak zacząć odbijać się od ściankek zmieniając okresowo kształ strugi (jak na Rys. 3 lub 4). W praktyce spotyka się jeszcze różne odmiany odmiany tych form. To jaka postać ruchu się pojawi zależy głównie od parametru aktywnego: liczby Reynoldsa (dla cieczy) lub Macha (dla gazów) oraz od geometrii układu - w szczególności zaś wyznaczników b/B i H/B.
Rys. 2. Typy bifurkacji możliwe do wystąpienia w układzie jak na Rys. 1
Rys. 3. Przykład bifurkacji Hopfa w kanale z rozszerzeniem - rozkład prędkości
Rys. 4. Przykład bifurkacji Hopfa przy wypływie płynu z dyszy prostej - rozkład prędkości
Rys. 5. Przykład mieszania się dwóch składników w zakrzywionym kanale - rozkład udziałów masowych
(przykład z rozprawy doktorskiej)
a)
b)
c)
Rys. 6. Przykład obliczeń numerycznych strumienicy powietrzno-powietrznej (przykład z rozprawy doktorskiej):
a) - fragment siatki obliczeniowej
b) - rozkład liczby Macha
c) - numeryczna charakterystyka pracy strumienicy
a)
b)
Rys. 7. Przykład wykorzystania zjawiska bifurkacji do modelowania pracy urządzeń strumienicowych
a) - rozkład prędkości i ciśnienia statycznego wewnątrz strumienicy modelowej
b) - porównanie rozkładów prędkości dla różnych ciśnień wlotowych
Rys. 8. Kanał do badania zjawiska bifurkacji wykonany przez Emiliana Puchalskiego w ramach pracy magisterskiej
