EO

Straalverstuiving nu snel en exact te calculeren

12 februari 2019 om 10:29 uur

Visualisatie van het vloeistofoppervlak van een een vloeistofstraal . Beeld: Universität der Bundeswehr München

Of het nou gaat om brandstofinjectie in een motor of het exact verspuiten van lijm of lak, de industrie kent talloze bewerkingen waarbij straalverstuiving een cruciale rol speelt. De modellen om het gedrag van vloeistoffen mee te berekenen, zijn echter zo complex dat ze tot nu toe eigenlijk alleen op een supercomputer kunnen worden uitgevoerd. Onderzoekers van de universiteit in München zijn nu een eind op weg met simulatiesoftware die elke engineer de mogelijkheid biedt om accurate berekeningen te maken.


Vernevelen lukt ons wel, maar om een vloeistofstraal schoon en efficiënt te maken, moeten onderzoekers begrijpen hoe de vloeistof zich gedraagt op atomair niveau. Uiteraard kan experimenteel worden vastgesteld wat werkt, maar om verder te optimaliseren, vertrouwen onderzoekers steeds vaker op simulatie met computermodellen. Het team in München, dat zelf gebruik maakt van het Gauss Centre for Supercomputing in Garching, werkt nu aan marktrijpe simulatiesoftware waarmee elke engineer betrouwbare berekeningen kan maken.


Vloeibare sprays bestaan eigenlijk uit een mix van vloeistofdeeltjes, vaste deeltjes en gas. Dit mengsel stroomt als een geheel naar de spuitmond, waar het wordt opgebroken in druppeltjes, ligamenten, en soms damp. Om goed te vernevelen, moet de engineer begrijpen hoe dit proces in zijn werk gaat, vooral voor wat betreft het vormen en uiteen vallen van druppeltjes en de oppervlaktespanning die de interacties tussen de vloeistoffen en gassen beïnvloedt. Een lastige factor is dat de druppelvorming sterk samenhangt met de turbulentie, waarbij beide elkaar beïnvloeden.


De betrouwbaarste manier om een vloeistofstroom te modelleren, is DNS (direct numerical simulations). Hierbij start de onderzoeker zonder enige aanname en recreëert het proces numeriek tot in het kleinste detail. Dit kan alleen op de supercomputer.


Een andere mogelijkheid (large-eddy simulations, LES) is om een aantal aannames te doen over het stroomgedrag op het kleinste niveau en vervolgens te rekenen aan de grotere stroom. Dit werkt echter alleen als de aannames zijn gebaseerd op hoogwaardige data; met andere woorden: als er DNS materiaal voorhanden is om uit te putten.


De onderzoekers hebben nu een 3D grid gemaakt dat bestaat uit meer dan een miljard cellen en dat vergelijkingen oplost voor alle krachten die volgens Newtons tweede wet aanleiding geven tot een versnelling in de vloeistof. Hierdoor kunnen de versnellingen worden gesimuleerd in ruimte en tijd. Het verschil tussen turbulentie en gelijkmatige stroming hangt af van de viscositeit van het materiaal, de stroomsnelheid, en de afmetingen van de stroomstructuur. Het model berekent vervolgens de eigenschappen vanaf het moment dat de vloeistof de spuitmond verlaat tot het moment dat hij is verneveld.


Het team kan de verneveling nu accuraat voorspellen, maar wil eigenlijk ook nog weten hoe het staat met de verdamping en eventuele verbranding. Ook kan het het gedrag nog niet voorspellen van druppeltjes die kleiner zijn dan het grid. Tot slot moet het model nog geschikt worden gemaakt voor dagelijks gebruik in een industriële setting.

 

Flow topologies in primary atomization of liquid jets: a direct numerical simulation analysis 

 

Gerelateerd nieuws

ILT: meer energiebesparing industrie mogelijk door vervangen oude elektromotoren

Snelle energiebesparing industrie mogelijk door vervangen oude elektromotoren

Met het vervangen van oude elektromotoren door zuiniger motoren kan de industrie meer energie besparen en zo een grotere bijdrage leveren aan het terugdringen van de CO2-uitstoot. Dat concludeert de Inspectie…

Werken aan grootste windturbine ooit

Werken aan grootste windturbine ooit

De Haliade-X van GE Renewable Energy is de grootste en meest krachtige windturbine ter wereld. De komende vijf jaar wordt de turbine getest op de Maasvlakte. Met een nog nooit vertoonde capaciteit van 12 megawatt kan een…

Battery 2030+ coördineert EU zoektocht naar batterij van de toekomst

Battery 2030+ coördineert EU zoektocht naar batterij van de toekomst

Batterij-wizzard Kristina Edström van de Uppsala universiteit in Zweden gaat Europa’s zoektocht naar de batterijen van de toekomst stroomlijnen. Deze maand begint haar initiatief Battery 2030+ aan een tien jaar lang…

Webshop

webshop

 

Gratis nieuwsbrief

EOL

 

Product van de maand

RSS
Pilz configureerbare besturingssystemen volop in ontwikkeling

De configureerbare besturingssystemen PNOZmulti 2 van Pilz hebben veel functies en zijn flexibel inzetbaar. U kunt de...

Focus op

ABB BV
ABB BV

Machineveiligheid, systemen en componenten

B&R Industriële Automatisering BV *
B&R Industriële Automatisering BV *

Perfection in Automation

Pilz Nederland
Pilz Nederland

Voor industriële (veilige) automatiseringsoplossingen

Ringspann Benelux BV
Ringspann Benelux BV

Partner in aandrijf- en opspantechniek

Rotero Holland BV
Rotero Holland BV

Stappenmotor - Servomotor - Elektro Magneet

Tosec
Tosec

Specialist in plaatbewerking

Download gratis engineering boeken

A gratis boeken downloaden

 

Agenda

23 november 2018, Groningen

BEYOND THE LAB: the DIY Science Revolution

Dit project laat zien dat mensen mee kunnen doen aan wetenschap en samen de verantwoordelijkheid delen...

18 maart 2019, Hilversum

Conferentie Nederland Digitaal

Wetenschap, bedrijfsleven, maatschappelijke organisaties en overheid zijn uitgenodigd voor de eerste...

19 maart 2019, München

Lopec

Vakbeurs en congres over geprinte elektronica

Meer agendapunten »