Kilka słów o naszej społeczności!
Studenckie Koło Naukowe Płomień zrzesza studentów, którzy chcą realizować swoje zainteresowania w dziedzinie energetyki. Najważniejszą działalnością koła są projekty naukowe, realizowane zarówno we współpracy z uczelnią, prywatnymi firmami jak i innymi kołami, działającymi nie tylko na Politechnice Wrocławskiej, ale też Śląskiej czy Krakowskiej. Planujemy, projektujemy, liczymy, budujemy i badamy by zaspokoić ciekawość i wyciągnąć wnioski na przyszłość. Liczymy na to, że nasze osiągnięcia pomogą zmienić oblicze energetyki. Pochwalić możemy się projektami związanymi z bezstykowym przesyłem energii, wysokosprawną analizą PEM czy turbiną Michella-Banki.
Obecnie, nasza działalność skupia się na budowie łodzi zasilanej panelami fotowoltaicznymi. Weźmie ona udział w zawodach Monaco Solar & Electric Boat Challenge i Dutch Solar Boat Challenge, organizowanych w Monaco i Holandii. Są to prestiżowe wydarzenia, które umożliwiają zaprezentowanie naszych technicznych i sportowych umiejętności na arenie międzynarodowej. Projekt ten realizujemy razem z Kołem Naukowym Flow. Wśród członków naszego koła zrodził się także pomysł wykonania projektu mikroturbiny gazowej małej mocy do produkcji energii elektrycznej i cieplnej. W ciągu roku bierzemy udział w konferencjach naukowych, sympozjach i innym ważnych wydarzeniach, gdzie na bieżąco zapoznajemy się z problemami energetyki w Polsce i na świecie. Organizujemy cyklicznie Panel Dyskusyjny “Przyszłość Energetyczna Polski” oraz Warsztaty Energetyczne. Poza działalnością stricte naukową działamy także charytatywnie. Co roku organizujemy Mikołajkową Akcję Babeczkową, w której zbieramy datki na prezenty dla dzieci z ubogich rodzin. Nasze stanowiska możecie znaleźć na politechnicznych Dniach Aktywności Studenckiej, Dolnośląskim Festiwalu Nauki oraz innych wydarzeniach naukowych.
Projekt wielostopniowej pompy wirowej z wirnikiem rurowym dla przemysłu chemicznego!
Intensywny rozwój inżynierii chemicznej związany z przejściem z procesów periodycznych (oscylacyjnych) do procesów aperiodycznych (nieprzerwanych) spowodował powstanie w latach pięćdziesiątych dwudziestego wieku zapotrzebowania na konstrukcje pomp nowego typu – pomp specjalnych, nad którymi prace rozwojowe trwają do dnia dzisiejszego. W celu urzeczywistnienia periodycznych procesów chemicznych konstrukcja pompy powinna gwarantować małe wysokości podnoszenia – H oraz względnie duży strumień objętości przepływu medium – Q. Przy procesach aperiodycznych wymagany jest znacznie mniejszy strumień objętości przepływu medium (do ok. 6 l/s) oraz znacznie większa jego wysokość podnoszenia – H (do 150 m). Warunki te podyktowane są prędkością zachodzenia aperiodycznych reakcji chemicznych, która w wielu przypadkach jest niewielka, co powoduje brak możliwości stosowania wirników o tak zwanej dużej szybkobieżności.
Idealnym rozwiązaniem, spełniającym wymienione powyżej kryteria i wymagania zdaje się być wirnik rurowy (rys 1.), który został przez nas wybrany jako element bazowy do stworzenia pompy wielostopniowej o małej wartości współczynnika szybkobieżności oraz o jak najmniejszych wymiarach geometrycznych, co jest kolejnym z założeń projektowanej przez nas maszyny pompowej. Wirnik rurowy to konstrukcja, która powstała na bazie wirnika otworowego w wyniku wieloletnich badań doświadczalnych prowadzonych w Zakładzie Podstaw Konstrukcji i Maszyn Przepływowych Politechniki Wrocławskiej i charakteryzuje się niską wartością wspomnianego wcześniej kinematycznego współczynnika szybkobieżności, który według źródeł literaturowych zawiera się w przedziale nsQ=(0÷10). Przemiana energii mechanicznej w hydrauliczną jest realizowana dwuetapowo, to znaczy w wyniku odśrodkowego wypychania cieczy znajdującej się wewnątrz kanałów rurowych oraz wprawiania w ruch cyrkulacyjny cieczy, która znajduje się na zewnątrz kanałów rurowych, wewnątrz kanału zbiorczego lub spiralnego pompy. Ponadto porównując wirnik wielorurowy oraz wirnik otworowy o tej samej szerokości kanału (średnicy wewnętrznej rurki) b2 oraz ilości kanałów Z, można uzyskać 30% wyższą użyteczną wysokość podnoszenia dla pierwszego z dwóch wymienionych rozwiązań konstrukcyjnych. Sprawia to, że w przypadku wirnika rurowego możliwa jest redukcja gabarytów pompy poprzez zmniejszenie np. średnicy d2 przy zachowaniu parametrów energetycznych jak dla wirnika otworowego.
Mając element bazowy pompy (wirnik), można przystąpić do zaprojektowania tak zwanej kierownicy międzystopniowej, której zadaniem jest (w przypadku pomp wielostopniowych) odprowadzenie cieczy z wirnika pierwszego stopnia, zmiana kierunku przepływu cieczy oraz doprowadzenie cieczy do wirnika kolejnego stopnia przy możliwie jak najmniejszych stratach wytworzonej energii ciśnienia w poprzednim stopniu. Chęć uzyskania możliwie jak najmniejszych parametrów geometrycznych (zwłaszcza promieniowych) podsunęła nam pomysł wykorzystania kierownicy z przewałem sferycznym, której idea wywodzi się podobnie jak idea wirnika rurowego z Zakładu Podstaw Konstrukcji i Maszyn Przepływowych Politechniki Wrocławskiej. Kierownica ta charakteryzuje się innowacyjną metodą kształtowania przewału poprzez skośną powierzchnię sferyczną. Przewał taki może współpracować zarówno z łopatkową, jak i bezłopatkową kierownicą odśrodkową. Kierownica taka jest wykonywana w technologii blaszanej i znajduje zastosowanie głównie w małych pompach wielostopniowych, czyli idealnie nadaje się do naszego projektu.
Po podjęciu decyzji odnośnie wykorzystania powyżej opisanych elementów konstrukcyjnych, które spełniały założone przez nas kryteria, rozpoczęliśmy pracę związaną z ich zaprojektowaniem oraz zamodelowaniem w programach typu CAD. Po paru tygodniach pracy otrzymaliśmy gotowe modele wirnika oraz kierownicy, które zestawione ze sobą (rys. 3) posłużyły do wykonania tak zwanej bryły wodnej oraz do dalszego etapu prac optymalizacyjnych z wykorzystaniem symulacji numerycznych w programie Ansys.
W projekcie jako podstawową metodę badawczą przyjęto technikę zwaną CFD (Computational Fluid Dynamics). Pierwszy problem napotkano, już w momencie tworzenia siatki, której jakość oraz skośność była mocno niezadowalająca, zwłaszcza w miejscach zlokalizowania przewałów kierownicy. Rozwiązaniem okazała się delikatna zmiana geometrii kierownicy, która nie wpływa w znaczącym stopniu na wyniki symulacji oraz znaczące zagęszczenie elementów siatki w miejscach, występowania jej najgorszej jakości. Tym o to sposobem wygenerowano obliczeniową siatkę numeryczną (rys. 4.) bazującą na czterowęzłowych elementach typu tetrahedral bez warstwy przyściennej, która została nałożona na model przepływowy wirnika oraz kierownicy. Siatka została zagęszczona na modelu przepływowym wirnika, kierownicy oraz w miejscach występowania styku pomiędzy elementami, co poprawiło jej jakość i osiągnięto maksymalny współczynnik skośności na poziomie 0,873.
Symulację wykonano w module FLUENT programu ANSYS w trybie stacjonarnym, gdzie zdefiniowano również warunki brzegowe oraz zadano odpowiedni poziom zbieżności residuów.
Uzyskane symulacje numeryczne potwierdziły niektóre z założonych przez nas teorii i pozwoliły uzyskać obiecujące wyniki (rys. 5, 6, 7), które posłużą do dalszego etapu prac związanych z optymalizacją kształtu i wymiarów charakterystycznych wykorzystanych przez nas elementów przepływowych.
Plany na przyszłość!
W najbliższym czasie planujemy wdrożyć produkty firmy Ansys (zarówno moduły Fluent, CFX jak i Mechanical) do większości naszych obecnych projektów, które w chwili obecnej są w fazie początkowej i wymagają jeszcze wielu godzin pracy, przemyśleń, wylanego potu i łez zanim ujrzą światło dzienne oraz wniosą nowe rozwiązania do współczesnego świata techniki.
ANSYS Academic Program
ANSYS i Symkom wspiera zespoły studenckie poprzez dostarczanie najlepszych na rynku narzędzi do analiz numerycznych oraz wiedzy jak ich używać.