Mgr inż. Marek Markowicz kierownikiem projektu badawczego w ramach konkursu NCN PRELUDIUM 23
Głównym celem naukowym projektu „Wpływ geometrycznych warunków generowania strugi syntetycznej na jej charakterystyki przepływowe i jej zdolność do intensyfikacji konwekcyjnej wymiany ciepła” jest zbadanie wpływu geometrycznych warunków generowania strugi syntetycznej na charakterystyki przepływowe, generowany hałas i zdolność do intensyfikacji konwekcyjnej wymiany ciepła. Kierownikiem projektu jest mgr inż. Marek Markowicz z Zakładu Termodynamiki na Wydziale Budowy Maszyn i Lotnictwa, a opiekunem projektu jest dr hab. inż. Paweł Gil, prof. PRz. Przyznane środki – 190 tys. 620 zł.
Generator strugi syntetycznej
Generator strugi syntetycznej jest urządzeniem umożliwiającym wytwarzanie nowego rodzaju przepływu, jakim jest struga syntetyczna. Cechą charakterystyczną tego urządzenia jest brak zewnętrznego doprowadzania płynu – płynem roboczym jest płyn otaczający urządzenie. Dodatkowo średni w czasie wydatek masowy w przekroju poprzecznym dyszy wynosi dokładnie zero, ponieważ płyn roboczy jest cyklicznie zasysany i wytłaczany przez dyszę.
Generator strugi syntetycznej składa się z elementu drgającego (np. membrana głośnika), komory oraz dyszy. Głośnik wykorzystany do budowy generatora strugi syntetycznej jest zasilany sygnałem sinusoidalnym i powoduje cykliczne zmiany objętości komory generatora, co skutkuje cyklicznym zasysaniem i wypychaniem płynu przez dyszę. W określonych warunkach nazywanych kryterium powstania strugi syntetycznej, przy wypychaniu płynu przez dyszę powstaje struktura wirowa, która odrywa się od krawędzi dyszy i przemieszcza pod wpływem prędkości indukowanej. Podczas ciągłej pracy generatora strugi syntetycznej powstaje ciąg struktur wirowych, które przemieszczając się tworzą strugę syntetyczną. W pewnej odległości od dyszy te struktury wirowe załamują się, tworząc przepływ turbulentny. Przepływ ten rozpatrywany w długim czasie cechuje pewne podobieństwo do przepływów ciągłych. Jednak ze względu na silnie turbulentny charakter i parametry, które z tego wynikają, naukowcy doszukują się wielu ciekawych zastosowań strugi syntetycznej, a najbardziej perspektywicznym zastosowaniem wydaje się być rozpraszanie ciepła.
Badania naukowe nad strugami syntetycznymi rozpoczęły się w 1998 r. po publikacji: Smith, B. L., & Glezer, A. (1998). „The formation and evolution of synthetic jets. Physics of fluids”, 10(9), 2281-2297. Od tego czasu pojawiło się wiele publikacji na temat formowania się strugi syntetycznej, dynamiki wirów, wykorzystania strugi syntetycznej przy turbulizacji przepływów laminarnych oraz przy chłodzeniu uderzeniowym. Mimo to brakuje jednej zbiorczej bazy danych na temat wpływu geometrycznych warunków generowania strugi syntetycznej na charakterystyki przepływowe, intensyfikację konwekcyjnej wymiany ciepła. Brak jest również informacji dotyczących wpływu struktur wirowych na hałas generowany przez generator strugi syntetycznej.
Cel projektu
Celem projektu jest zbadanie wpływu geometrycznych warunków generowania strugi syntetycznej na charakterystyki przepływowe, generowany hałas i zdolność do intensyfikacji konwekcyjnej wymiany ciepła. W związku z tym zostaną przebadane 32 geometrie generatora strugi syntetycznej. Badania będą prowadzone w czterech etapach. W pierwszym etapie zostanie wykorzystana innowacyjna metoda badawcza polegająca na pomiarze siły odrzutu generatora strugi syntetycznej, a tym samym określeniu charakterystycznych prędkości oraz sprawności energetycznej generatora strugi syntetycznej. W drugim etapie zostaną wyznaczone profile promieniowe prędkości strugi syntetycznej. Etap trzeci zakłada wykonanie pomiarów pól prędkości z zastosowaniem technik laserowych time-resolved PIV (ang. Particle Image Velocimetry). W czwartym etapie zostaną wykonane pomiary cieplne umożliwiające wyznaczenie map konwekcyjnych współczynników przejmowania ciepła przy chłodzeniu strugą syntetyczną.
Efekt badań
Na podstawie badań przeprowadzonych w ramach projektu naukowcy spodziewają się znaleźć zależności pomiędzy geometrycznymi warunkami generowania strugi syntetycznej a charakterystykami przepływowymi i zdolnością strugi syntetycznej do intensyfikacji konwekcyjnej wymiany ciepła. Ponadto na podstawie badań time-resolved PIV możliwa będzie tzw. analiza POD (ang. Proper Orthogonal Decomposition), która pomoże wyjaśnić zjawiska wpływające na konwekcyjną wymianę ciepła oraz na generowany hałas przez urządzenie. Efektem projektu badawczego będzie zbiorcza baza danych, w której geometria generatora strugi syntetycznej przebadana w szerokim zakresie pozwoli na porównanie parametrów przepływowych i ocenę związku tych wyników ze zdolnością strugi syntetycznej do intensyfikacji konwekcyjnej wymiany ciepła.
