Title
Анализа вртложног језгра и структуре турбуленције у правој цеви кружног попречног пресека иза кола аксијалних вентилатора применом PIV, LDA i HWA метода
Creator
Čantrak, Đorđe S., 1977-
Copyright date
2012
Object Links
Select license
Autorstvo-Nekomercijalno-Bez prerade 3.0 Srbija (CC BY-NC-ND 3.0)
License description
Dozvoljavate samo preuzimanje i distribuciju dela, ako/dok se pravilno naznačava ime autora, bez ikakvih promena dela i bez prava komercijalnog korišćenja dela. Ova licenca je najstroža CC licenca. Osnovni opis Licence: http://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/3.0/rs/deed.sr_LATN. Sadržaj ugovora u celini: http://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/3.0/rs/legalcode.sr-Latn
Language
Serbian
Cobiss-ID
Theses Type
Doktorska disertacija
description
Датум одбране: 30.07.2012.
Other responsibilities
mentor
Nedeljković, Miloš, 1957-
član komisije
Benišek, Miroslav, 1946-
član komisije
Vukoslavčević, Petar
član komisije
Ristić, Slavica
član komisije
Lečić, Milan, 1962-
Academic Expertise
Tehničko-tehnološke nauke
University
Univerzitet u Beogradu
Faculty
Mašinski fakultet
Alternative title
Analysis of the vortex core and turbulence structure behind axial fans in a straight pipe using PIV, LDA and HWA methods
Publisher
[Ђ. Чантрак]
Format
PDF/A (375 listova)
description
Машинство - Хидрауличне машине и енергетски системи – Примењена механика флуида / Mechanical Engineering - Hydraulic machines and energy systems – Applied fluid
mechanics
Abstract (sr)
У дисертацији се истражује структура турбулентног вихорног струјања које је
генерисано обртним колом аксијалног вентилатора. Комплексност
тродимензијског нехомогеног анизотропног турбулентног брзинског поља
захтевала је сложен експериментални и теоријски приступ, сједињен са
комплексним нумеричким поступцима. Применом корелационо-спектралне
теорије турбуленције изложена је математичка интерпретација структуралне
анализе турбуленције. Оваквим теоријским разматрањем дата су физичка
тумачења сложених међудејстава средњег и флуктуационог брзинског поља која
карактеришу процесе турбулентног преноса. Анализа вртложног језгра и
статистичких карактеристика турбулентног вихорног струјања у цеви иза кола
аксијалних вентилатора заснива се на најсавременијим експерименталним
истраживањима. У том смислу примењени су савремени мерни системи који
обухватају класичне мерне сонде, стерео ПИВ анемометрију, стерео ПИВ са
брзим камерама и ласерима (ТР ПИВ), ласер Доплер анемометрију (ЛДА) и то
једнокомпонентну и двокомпонентну, као и оригиналне анемометарске сонде са
загрејаним влакнима (HWA). Мерења и принципи мерења су заједно разматрани
са софистицираним мерно-нумеричким методама за аквизицију и статистичку
обраду мерених података, као и за калибрацију и анализу грешака и мерне
несигурности. Бројни експерименти су реализовани како на инсталацији која је
добијена модификацијама постојећег мерног штанда, тако и на целокупно новој
изграђеној експерименталној инсталацији.На основу оригиналних резултата мерења у раду се детаљно истражује утицај
типа и режима рада аксијалног вентилатора на структуру турбуленције и
механизам турбулентног преноса. Посебно се проучава феномен прецесије
вртложног језгра, као и феномени нелокалног турбулентног преноса и
неградијентне турбулентне дифузије. При томе се анализирају утицаји
Рејнолдсовог и вихорног броја, као и броја обртаја и углова лопатица кола на ове
појаве. Физичка интерпретација експерименталних података указује на значајна
структурална својства вртложног турбулентног језгра и смицајног слоја.
Експериментално-корелационом анализом истражује се еволуција статистичких
карактеристика и корелационих момената, на основу чега се закључује о изразитој
нехомогености и анизотропности турбуленције. Измерене расподеле
турбулентних напона омогућиле су формирање инваријантних мапа
анизотропности за различите углове лопатица кола, тако да су добијени значајни
закључци о утицају режима рада вентилатора на анизотропност и структуру
турбуленције у језгру, смицајном слоју и основном струјању. Додатне физичке
информације о структури турбуленције добијене су из експериментално
одређених аутокорелационих функција и интегралних размера турбуленције, као
и помоћу анализе спектралне функције обимских флуктуационих брзина.
Утврђени су утицаји врсте вентилатора на расподелу статистичких момената
трећег и четвртог реда, као и на генерисање поља вртложности и прецесионо
кретање вртложног језгра.
Abstract (en)
The dissertation investigates the structure of turbulent swirl flow generated by the axial
fan impellers. The complexity of three-dimensional, non-homogeneous, anisotropic
turbulent velocity fields required complex experimental and theoretical approach,
associated with the complex numerical procedures. Mathematical interpretation of the
structural analysis of turbulence is presented using the correlation-spectral theory of
turbulence. This theoretical consideration provides adequate physical interpretation of
complex interactions between the average and fluctuating velocity fields that
characterize the processes of turbulent transfer. Analysis of the vortex core and the
statistical characteristics of turbulent swirl flow in straight pipe behind axial fans is
based on the latest experimental researches. In this sense, modern measurement systems
that include classical probes, stereo particle image velocimetry (SPIV), high speed SPIV
(TR PIV), laser Doppler anemometry (LDA) – one- and two-component and original
hot-wire anemometers (HWA) were all applied. Measurements and measurement
principles are discussed along with sophisticated numerical-measurement methods for
data acquisition and statistical processing of measured data and together with calibration
and error analysis and measurement uncertainty. Numerous experiments were carried
out in the modified existing test rig and in the entire newly built experimental test rig.
Based on the original measurement results, the PhD thesis examines in detail the
influence of the type and operating regime of axial fan on turbulence structure and
turbulent transfer mechanism. In particular, the phenomenon of the vortex core
precession as well as the phenomenon of non-local turbulent transfer and non-gradient
turbulent diffusion is studied. In addition, the effects of Reynolds and swirl number, and
the effects of rotation speed and blade angle on these phenomena are investigated . The
physical interpretation of experimental data indicates significant structural properties of
a turbulent vortex core and a shear layer. Experimental and correlation analysis
examines the evolution of statistical characteristics and correlation moments, which is
the basis for drawing conclusions about the extreme turbulence non-homogeneity and
anisotropy. The measured distributions of turbulent stresses enabled the formation of
anisotropy invariant maps for various fan blade angles, so the important conclusions
about the influence of fan duty point on anisotropy and turbulence structure in the core,
shear layer and sound flow region were obtained. Additional pieces of information on
turbulent structure physics were obtained on the basis of experimentally determined
autocorrelation functions and turbulence integral scales, and also by the analysis of
spectral functions of circumferential velocity fluctuations. Impacts of the fan types on
the statistical moments of the third and fourth order, and on the generation of the
vorticity field and vortex core precession movement, are determined.
Authors Key words
Хидрауличне машине и енергетски системи – Примењена
механика флуида
Authors Key words
axial fan, turbulence, vortex core, anisotropy, swirl, invariants, LDA, PIV
Classification
621
Subject
Aksijalni ventilatori
Type
Tekst
Abstract (sr)
У дисертацији се истражује структура турбулентног вихорног струјања које је
генерисано обртним колом аксијалног вентилатора. Комплексност
тродимензијског нехомогеног анизотропног турбулентног брзинског поља
захтевала је сложен експериментални и теоријски приступ, сједињен са
комплексним нумеричким поступцима. Применом корелационо-спектралне
теорије турбуленције изложена је математичка интерпретација структуралне
анализе турбуленције. Оваквим теоријским разматрањем дата су физичка
тумачења сложених међудејстава средњег и флуктуационог брзинског поља која
карактеришу процесе турбулентног преноса. Анализа вртложног језгра и
статистичких карактеристика турбулентног вихорног струјања у цеви иза кола
аксијалних вентилатора заснива се на најсавременијим експерименталним
истраживањима. У том смислу примењени су савремени мерни системи који
обухватају класичне мерне сонде, стерео ПИВ анемометрију, стерео ПИВ са
брзим камерама и ласерима (ТР ПИВ), ласер Доплер анемометрију (ЛДА) и то
једнокомпонентну и двокомпонентну, као и оригиналне анемометарске сонде са
загрејаним влакнима (HWA). Мерења и принципи мерења су заједно разматрани
са софистицираним мерно-нумеричким методама за аквизицију и статистичку
обраду мерених података, као и за калибрацију и анализу грешака и мерне
несигурности. Бројни експерименти су реализовани како на инсталацији која је
добијена модификацијама постојећег мерног штанда, тако и на целокупно новој
изграђеној експерименталној инсталацији.На основу оригиналних резултата мерења у раду се детаљно истражује утицај
типа и режима рада аксијалног вентилатора на структуру турбуленције и
механизам турбулентног преноса. Посебно се проучава феномен прецесије
вртложног језгра, као и феномени нелокалног турбулентног преноса и
неградијентне турбулентне дифузије. При томе се анализирају утицаји
Рејнолдсовог и вихорног броја, као и броја обртаја и углова лопатица кола на ове
појаве. Физичка интерпретација експерименталних података указује на значајна
структурална својства вртложног турбулентног језгра и смицајног слоја.
Експериментално-корелационом анализом истражује се еволуција статистичких
карактеристика и корелационих момената, на основу чега се закључује о изразитој
нехомогености и анизотропности турбуленције. Измерене расподеле
турбулентних напона омогућиле су формирање инваријантних мапа
анизотропности за различите углове лопатица кола, тако да су добијени значајни
закључци о утицају режима рада вентилатора на анизотропност и структуру
турбуленције у језгру, смицајном слоју и основном струјању. Додатне физичке
информације о структури турбуленције добијене су из експериментално
одређених аутокорелационих функција и интегралних размера турбуленције, као
и помоћу анализе спектралне функције обимских флуктуационих брзина.
Утврђени су утицаји врсте вентилатора на расподелу статистичких момената
трећег и четвртог реда, као и на генерисање поља вртложности и прецесионо
кретање вртложног језгра.
“Data exchange” service offers individual users metadata transfer in several different formats. Citation formats are offered for transfers in texts as for the transfer into internet pages. Citation formats include permanent links that guarantee access to cited sources. For use are commonly structured metadata schemes : Dublin Core xml and ETUB-MS xml, local adaptation of international ETD-MS scheme intended for use in academic documents.