Nemnewtoni közegek áramlása
Az ipari gyakorlatban számos helyen találkozunk olyan áramlástechnikai feladattal, ahol nemnewtoni
reolgóiájú közeget kell eljuttatni a rendszer adott pontjaira, vagy az adott technológiai lépésben a keverés,
esetleg cseppekre bontás a kívánalom. Ide sorolandó pl. a széntüzelésű erőművekben keletkező zagy keverése,
illetve szállítása a keverő berendezéstől az ülepítő helyig. Vagy említhető a szennyvíztisztítás során keletkezett
eleveniszap szivattyúzása, a vegyiparban a polimerömledékek mozgatása, az élelmiszeriparban a joghurtgyártás
folyamata, a gyógyszeriparban a krémek, gélek, stb. áramlásának problémaköre is. A megfelelő áramlástani
méretezéshez ismerni kell a nemnewtoni reológiájú közegek és a newtoni folyadékok közötti eltérő viselkedését.
Mindez megjelenik például a csővezetékrendszerben létrejövő nyomásesésban, a radiális szivattyúk jelleggörbéinek
módósulásában, a ciklonszerű keverők áramképében, vagy a zagy szabadsugarak cseppképződésében is. A pontos
áramlástani méretezés pedig az üzembiztonság és az energiahatékonyság növelését jelenti, ami napjainkban
elsődleges mérnöki feladat.
Kulcsszavak: affinitási törvény, csőidomok, energiahatékonyság, CFD modellezés, laboratóriumi mérések, nemnewtoni folyadék, szivattyúk, veszteségtényező.
A ciklonszerű keverőberendezések előnye a mozgó alkatrészek, keverőelemek hiánya, amely csökkenti a meghibásodás kockázatát. Az áramlási jelenségek leírása, a pontos méretezés viszont elengedhetetlen pl. a pangó zónák elkerülése, vagy a megnövekedő tartozkodási idő elkerülése miatt. Gombra kattintva egy hosszú leírás is írható.
A nemnewtoni folyadéksugarak felbomlása vagy a falon való elkenődése nagymértékben függ az adott közeg reolgóiai és áramlástani jellemzőitől. Megfelelő beavatkozással a felbomlási hossz változtatható.
Folyadékot szállító csővezetékrendszerek áramlástani méretezéséhez ismerni kell az egyenes csövek és csőidomok hidraulikai ellenállását, amely a newtoni közegeknél ismert értékektől jelentős eltérést mutathat, ha a folyadék reolgóiája nemnewtoni tulajdonságú.
Numeriukus áramlásszimulációk (CFD modellek) segítségével térképezzük fel a nemnewtoni reológiájú közeg áramlását a pl. csővezetékekben, csőidomokban, valamint keverő berendezésekben.
A CFD modelleinket laboratóriumi kisminta, vagy valós méretű mérőrendszerekkel validáljuk. Összetettebb rendszereket pl. nyomásfokozó szivattyúállomás vagy cseppképződés kísérletekkel tesztelünk.
Analitikus módszerekkel írjuk le az arra alkalmas áramlási teret, validálva ezzel a mérőrendszereket és a CFD modelleket.
Bakos V., Gyarmati B., Csizmadia P., Till S., Vachoud L., Göde P. Nagy, Tardy G.M., Szilágyi A., Jobbágy A., Wisniewski C., Viscous and filamentous bulking in activated sludge: Rheological and hydrodynamic modelling based on experimental data , WATER RESEARCH 214 Paper: 118155 , 10 p. (2022)
Csizmadia Péter, Till Sára, Hős, Csaba,An experimental study on the jet breakup of Bingham plastic slurries in air , EXPERIMENTAL THERMAL AND FLUID SCIENCE 102 pp. 271-278., 8 p. (2019)
Csizmadia Péter, Till Sára, The Effect of Rheology Model of an Activated Sludge on to the Predicted Losses by an Elbow , PERIODICA POLYTECHNICA-MECHANICAL ENGINEERING 62 : 4 pp. 305-311. Paper: 12348, 7 p. (2018)
Csizmadia Péter, Hős Csaba, CFD-based estimation and experiments on the loss coefficient for Bingham and power-law fluids through diffusers and elbows , COMPUTERS AND FLUIDS 99: pp. 116-123. (2014)
Csizmadia Péter, Hős Csaba János, Predicting the friction factor in straight pipes in the case of Bingham plastic and the power-law fluids by means of measurements and CFD simulation , PERIODICA POLYTECHNICA-CHEMICAL ENGINEERING 57:(1-2) pp. 79-83. (2013)
Csizmadia Péter, Hős Csaba, LDV measurements of Newtonian and non-Newtonian open-surface swirling flow in a hydrodynamic mixer , PERIODICA POLYTECHNICA-MECHANICAL ENGINEERING 57:(2) pp. 29-35. (2013)
Csizmadia Péter, Lukácsi Dávid Lajos, Till Sára, Prediction Of Head Degradation Of A Centrifugal Pump Handling Power-Law Fluid , In: Proceedings of the 2nd International Conference on Fluid Flow and Thermal Science (ICFFTS'21), Virtual Conference - November 24-26, 2021. Paper No. 105. DOI:10.11159/icffts21.105
Csizmadia Péter, Till Sára, Numerical investigation of loss coefficient of elbow in the case of non-Newtonian sludge, 9th IWA Eastern European YWPs Conference. Budapest, Magyarország, 2017.05.24-2017.05.27. Budapest: pp. 404-409.
Csizmadia Péter, Hős Csaba János, Pandula Zoltán, LDV Measurements and CFD Simulations of the Swirling Flow in a Hydrodynamic Mixer, Conference on Modelling Fluid Flow (CMFF’12): The 15th International Conference on Fluid Flow Technologies: 2012. pp. 545-551.
Dr. Csizmadia Péter, egyetmi adjunktus, BME GPK HDR Tanszék