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

Hoe kun je de complexiteit van high tech systemen aanpakken?

Hoe kun je de complexiteit van high tech systemen aanpakken?

TNO, Obeo en Altran gaan samenwerken aan oplossingen voor de complexiteit van high tech systemen. Het menselijk brein kan deze volgens hen namelijk eigenlijk niet meer overzien.

Minder R&D-financiering door NL overheid en meer door Europa

Minder R&D-financiering door NL overheid en meer door Europa

Als Nederland zo doorgaat, raakt het verder achterop bij de ambitie om 2,5% van het bruto binnenlands product te besteden aan R&D. Dat stelt het Rathenau Instituut op basis van eigen onderzoek. ‘De directe…

‘Binnen 10 jaar kan iedereen elektrisch vliegen in de stad’

‘Binnen 10 jaar kan iedereen elektrisch vliegen in de stad’

Het Koninklijk NLR en Pal-V hebben een memorandum van overeenstemming ondertekend dat de gezamenlijke ambitie beschrijft om binnen 10 jaar een elektrisch aangedreven voertuig te realiseren waarmee men autonoom kan…

Webshop

webshop

 

Gratis nieuwsbrief

EOL

 

Product van de maand

RSS
MGBS de slanke versie binnen de MGB serie

Ter aanvulling op de MGB serie heeft EUCHNER de MGBS uitgebracht, die uitkomst biedt op plaatsen met weinig ruimte en op...

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 april 2019, Vianen

Masterclass Machineveiligheid ( 4-dagen)

23,24,30 april en 1mei 2019

6 mei 2019, Leuven

Vezelversterkte kunststof composieten

In deze cursus krijg je handvatten voor het toepassen van kunststof composiet materialen in je eigen werk...

Meer agendapunten »