To je bilo vabljeno predavanje, ki ga je imel prof. Žun ob izteku predsedovanja skupini evropsko-japonskih srečanj na področju dvofaznih tokov. Ob tej posebni priložnosti je podal pregled nekaterih ključnih točk v obdobju njegovega štiridesetletnega raziskovanja, ki so ustvarile zelo močne vezi z japonskimi s prijatelji. Skupni rezultati raziskovanja so se izkazali za ključnega pomena na področju dvofaznega toka. Razvoj osnovnih konceptualnih pogledov, ki so se odprli v tem času v zvezi s tranzientnimi značilnostmi turbulentnega mehurčkastega toka v navpičnem vodu je obravnavan oziraje se na prve članke arhivskih kvalitet v zvezi s profili deleža plinaste faze v mehurčkastem toku (Serizawa et al, 1975), silo prečnega dinamičnega vzgona mehurčka (Žun 1980) in prenosom gibalne količine in toplote v mehurčkastem toku (Sato et al. leta 1981). Kasneje sta Serizawa in Kataoka (1994) predpostavila, da bi interakcija brazdenja mehurčka s strižnim poljem v kapljevini lahko bila razlog za opazovano prečno segregacijo deformiranih mehurčkov v nasprotni smeri kot je delovanje klasične sile prečnega vzgona. Tomiyama A. je s sodelavci (Sou, A., Žun, I., Kanami, N., Sakaguchi, T) v l. 1995 potrdil to domnevo s pomočjo numerične simulacije in povezal spremembo smeri migracije s prisotnostjo dvojne brazde deformiranega mehurčka. Vlek mehurčka je vsled brazdenja posledica signifikantne interakcije mehurčkove površine z obdajajočo kapljevino in je odvisen od velikosti samega mehurčka (Tomiyama A. in soavtorji Tamai, H., Zun, I. , and Hosokawa, S., 2002a). Za izhodišče so izbrana nekatera v svetu nerešena vprašanja v zvezi z začetnimi pogoji mehurčastega toka Tomiyama et al. (2002b). Dodatne težave pri izboru začetnih in robnih pogojev predstavljajo reševanja zapletenih večnivojskih pojavov. Kompleksni mehurčkast tok je namreč sestavljen iz pojavov na različnih skalah. Vse simultane interakcije je skoraj nemogoče upoštevati istočasno (Žun 2002-COBISS.SI-ID 5066779). V nasprotju z dokumenti, ki trdijo, da izhajajo iz dinamičnega stališča dvotekočinskih modelov, smatramo, da le ti v večini primerov uporabljajo inverzne dinamične metode, ki samodejno določijo vpliv sil, potrebnih za izpolnitev zastavljenega cilja. V skrajnih primerih to lahko privede do empirične vgradnje konstitucijskih relacij, ki nas odmaknejo od realistične fizike na večih skalah. Učinkovitost delovanja paralelnega računanja na HPC računalnikih z visokimi performancami in ustrezne numerične metode nam v zadnjem času nudijo dobre možnosti uresničevanja podrobnih numeričnih simulacij dvofaznega toka. Med slednje sodi numerična shema sledenja faznega stika implementirana z neuniformno nadgradnjo finejše mreže od osnovne skale celice, kar znatno prispeva k boljšemu razumevanje obnašanja posamičnega mehurčka (Hayashi in Tomiyama 2007, Žun et al. 2012-COBISS.SI-ID 12220187). Pred kratkim je bil dosežen napredek pri trganju stičnih površin pri separaciji plinaste faze v mini kolektorju z zaporedjem T-odcepov, ki nas vodi k napovedi začetnih pogojev izhajajoč iz predpisanega mešanja kontinuirnih pretokov plinske in kapljevite faze (Gregorc in Žun 2013- COBISS.SI-ID 13081371). Zadnji primer, ki smo ga v tem času razvili, je bil ključen za prenos v prakso (Rek, Gregorc in Žun 2015- COBISS.SI-ID 14002971). Na koncu predstavitve so podani rezultati numerične napovedi razpada plinskega curka v prečnem toku kapljevine, pridobljeni na visokozmogljivem HPC sistemu PRELOG in validirani na novi eksperimentalni postaji, ki smo jo zgradili v ta namen v letu 2015 (Gregorc in Žun 2015-COBISS.SI-ID 13913115). Rezultati so potrdili ustreznost pristopa na večih skalah s sklopljenjem LES (Large Eddy Simulation) in VOF (Volume of Fluid) numeričnih shem. Predstavljenih je vseh deset eksperimentalnih postaj, razvitih v štiridesetletnem delovanju Laboratorija za dinamiko fluidov in termodinamiko (LFDT). Skupni imenovalec je bil modeliranje mehurčastega toka z vidika začetnih pogojev, ki so ključni v kemij
B.01 Organizator znanstvenega srečanja
COBISS.SI-ID: 14351387Da bi lahko bolje napovedali prehod med različnimi tokovnimi vzorci, je potrebno spremeniti naš način razmišljanja. Namesto klasičnih tokovnih kartogramov z omejeno uporabnostjo, bi morali izhajati iz prvih principov z upoštevanjem narave toka večih skal. Tak pristop zahteva kombinirano numerično in eksperimentalno raziskavo na podlagi katere bi lahko prepoznali in razumeli ključne pojave v toku. V preteklem delu, objavljenem v letu 2013 (Chem Eng Sci 102: 106-120), je bilo pokazano, da izvedba mešalne komore močno vpliva na porazdelitev in velikost mehurčkov znotraj mini cevke s premerom 1,2 mm in posledično na prehod med mehurčkastim in čepastim tokom. Da bi natančneje pojasnili vpliv vstopnih pogojev na tokovne vzorce smo izvedli sistematično študijo na cevkah s premeri 10, 6, 3, 1,2, in 0,8 mm. Poudarek je bil na opisu vstopnih pogojev, ki omogoča nastajanje in razvoj tokovnih vzorcev v mini cevi pri različnih kombinacijah pretokov plina ter ambientnem tlaku in temperaturi. Izvedenih je bilo več numeričnih simulacij s katerimi smo preverjali sposobnosti numeričnih kod za napovedovanje ustreznih tokovnih vzorvec z uporabo VOF sheme v okolju ANSYS Fluent. Poudarek je bil na treh glavnih tokovnih vzorcih: mehurčkasti tok, čapasti tok in semi-kolobarjasti tok. Kritično so podani in razloženi vplivi hidrodinamskih pojavov in neizogibnih numeričnih nezanesljivosti pri obravnavi neustaljenih problemov na natočno dolžino in razvoj tokovnega vzorca.
B.03 Referat na mednarodni znanstveni konferenci
COBISS.SI-ID: 14684187Končno poročilo o študiji izvedljivosti numeričnega modeliranja in razumevanja fizikalnih procesov pri injektiranju plinskega curka v prečni tok kapljevine. Ovrednotena je bila zmožnost napovedi v smislu vstopnih pogojev: globina penetracije curka plina v tok kapljevine, stabilnost plinskega curka in občutljivost oblike curka na vstopne pogoje kapljevinskega toka. Numerični model je bil preverjen z eksperimentom.
F.02 Pridobitev novih znanstvenih spoznanj
COBISS.SI-ID: 14536731Predmet izuma je procesna naprava za oblaganje delcev, ki sodi v področje kemijske in farmacevtske tehnologije in predstavlja izboljšavo procesne opreme za oblaganje delcev z razprševanjem od spodaj in deluje na principu tehnologije z vrtinčenjem. Procesna naprava za oblaganje delcev ima po izumu znotraj stene (1), nameščeno eno ali več enot, pri čemer vsako enoto sestavlja generator (4) vrtinčenja zraka s perforirano ploščo (3) in razmejitvenim valjem (5), kjer je centralno skozi generator (4) vrtinčenja zraka vpeljana eno ali večfazna dvokanalna šoba (6) za razprševanje, z dovodom za disperzijo za oblaganje (7) in dovodom (8) komprimiranega zraka, pri čemer ima generator (4) vrtinčenja zraka izvedene navzven odprte in pod kotom, glede na navpičnico, ležeče utore (18). Procesna naprava za oblaganje delcev ima po drugi izvedbi izuma znotraj stene (1), nameščeno eno ali več enot, pri čemer vsako enoto sestavlja razmejitveni valj (5) in eno ali večfazna šoba za razprševanje (6), ki je nameščena centralno glede na razmejitveni valj (5) in prehaja perforirano ploščo (3a). Perforirana plošča (3a) je v zunanjem delu, med steno razmejitvenega valja (5) in steno (1) naprave, v preseku ravna ali ukrivljena in ima značilno porazdelitev velikosti krožnih odprtin, z največjimi preseki v področju tlorisne projekcije razmejitvenega valja (5) in manjšimi odprtinami v preostalem delu plošče. Naprava za oblaganje ima lahko po obodu stene (1), ob perforirani plošči (3a) obroč (21) z vdelanimi, glede na obod, poševno usmerjenimi režami (27) za vpih, ki so tlačno napajane iz skupnega votlega obroča (20) s priključkom (22) za komprimiran zrak. Naprava za oblaganje ima na zunanji steni (1) nad perforirano ploščo (3a) radialno izvedeno obodno režo (24) vpiha in sicer poševno glede na horizontalno ravnino, pri čemer je reža (24) tlačno napajana preko votlega obroča (23) s tlačnim priključkom (25).
F.08 Razvoj in izdelava prototipa
COBISS.SI-ID: 4066161Hidravlični prehodni pojav inducira visokotlačne ali nizkotlačne valove, ki se širijo v ceveh s kapljevino s približno hitrostjo zvoka. Tlačni valovi, ki niso krmiljeni, lahko povzročijo motnje v delovanju sistemu ali pa celo resne okvare sistema. Tem pojavom je potrebno posvetiti posebno pozornost med procesom polnjenja in praznjenja cevovoda v hidroelektrarnah in vodovodnih sistemih, kjer moramo zagotoviti ustrezno odzračevanje in vpihovanje zraka v sistem. S tem preprečimo ujetje zračnih žepov oziroma zrušitev cevovoda. Na preizkusni postaji smo izvedli niz originalnih meritev s pomočjo katerih smo raziskali maksimalne in minimalne tlake v sistemu pri različnih začetnih pretočnih pogojih, pojav parne in plinske kavitacije med prehodnim procesom in vpliv neustaljenega stenskega trenja na amplitudo, obliko in fazni zamik tlačnega pulza. Rezultate meritev smo uporabili za validacije numeričnega plinskega kavitacijskega modela. Rezultati izračuna in meritev se dobro ujemajo. Interakcija med kapljevino in trdnino je bila zanemarljiva, tudi sile na podpore cevovoda so bile znotraj meja.
F.01 Pridobitev novih praktičnih znanj, informacij in veščin
COBISS.SI-ID: 15147035