Folyadékot szállító gépészeti berendezések hidraulikai méretezése energiahatékonyság és üzembiztonság miatt is kiemelten fontos mérnöki feladat, amely nemnewtoni reológiájú közegek esetén még messze nem kiforrott. Az alapkérdés a következő: miként befolyásolja a közeg nemnewtoni reológiája az áramlástechnikai rendszerekben lévő szivattyúk, csőrendszerelemek, vagy épp a lengéscsillapítók jelleggörbéit? Hogyan tudunk jobb, hatékonyabb méretezési vagy üzemeltetési módszert kidolgozni ezekhez a speciális folyadékokhoz?
A kutatás során laboratóriumi modelleket építünk és tesztelünk különböző folyási tulajdonságú közegekre. Továbbá ezen mérésekre és analitikus közelítésekre építve hozzuk létre a numerikus áramlásszimulációinkat, CFD modelljeinket, amelyekkel a komplex áramlási struktúrákba is bepillantást nyerhetünk.
Kutatási területeink
Speciális reológiájú közegek áramlástechnikai modellezése
Nemnewtoni folyadékok szivattyúzása
Az iparban számos helyen szivattyúznak nemnewtoni folyadékokat csővezeték-rendszerekben, ilyen az eleveniszap a szennyvíztelepeken, fúrófolyadék az olajipari fúrásoknál, vagy számos gyümölcspép az élelmiszeriparban. Egyrészt célul tűztük ki a csővezetékrendszer-elemek hidraulikai ellenállásának meghatározását, amelyek eddig még a szakirodalomban nem tisztázottak. Másrészt a folyadékot mozgató szivattyú jelleggörbéinek degradációját vizsgáljuk. Mindkét tématerületen saját laboratóriumi méréseket, és a mérésekkel validált CFD számításokat készítünk. Ezáltal a kísérleti munkára támaszkodunk, és emellett az áramlási struktúra feltérképezésével a méretezési módszereket alátámaszthatjuk, finomíthatjuk. A módosult szivattyú és rendszer jelleggörbéket összekapcsolva a tervezők számára közvetlenül hasznosítható segítséget tudunk nyújtani az üzembiztos munkapontokat és a fajlagos energiafelhasználást illetően.
Lengéscsillapító rendszerek fejlesztése
Reológia és geometria optimalizáció
A nemnewtoni folyadékok legfőbb gépészmérnöki alkalmazási területe a lengéscsillapító rendszerek. A bázisfolyadék (pl. víz és glikol származékok) valamint szilárd részecskék (pl kukoricakeményítő, szilika nanorészecskék) nyírásra vastagodó szuszpenziókat alkotnak, amelyek viszkozitása gyors és nagy terhelés esetén hirtelen megnő, ezzel jelentős energiaelnyelő képességet létrehozva. Kutatásaink során olyan általánosan alkalmazható tervezési módszert fejlesztünk, amellyel tetszőleges csillapítási igényekhez meghatározható a folyadék összetétele és a csillapító geometriai méretei. A fejlesztés során numerikus áramlástani (CFD) és egyszerűbb analitikus modellekkel tervezünk, a validációs és fáradásos vizsgálatokat pedig saját fejlesztésű mérőrendszerrel végezzük.
Keverőtartályokban kialakuló áramlások modellezése
Keverési paraméterek meghatározása
A vegyi- és gyógyszeripar számos területén találkozhatunk keverőtartályokkal 0,5 literes mérettől kezdve a m3-es méretig. A Vegyészmérnöki és Biomérnöki Kar munkatársaival olyan skálázási módszeren dolgozunk, amellyel a kismintás keverési folyamatok eredményei alapján meghatározhatók annak a nagyüzemi keverésnek paraméterei, amely hasonló végterméket eredményez. A kutatásunkat egy gyógyszeripari vállalattal közösen végezzük, amely keretében a validált numerikus áramlástani szimulációk eredményeivel tanítunk be statisztikai modelleket és jósoljuk meg a nagyüzemi folyamatok jellemzőit. Szimulációinkkal jelentősen kevesebb kísérlet szükséges, így jelentős fejlesztési költség takarítható meg.
Folyadékfejlesztés
Nemnewtoni folyadékok reológiai viselkedése
Kutatásunk középpontjában a nemnewtoni folyadékok, különösen a dilatáns, azaz nyírásra vastagodó rendszerek állnak. Fő célunk az ilyen folyadékok előállítása, szerkezeti jellemzőinek részletes vizsgálata, valamint reológiai viselkedésük elemzése széleskörű kísérleti módszerekkel. A folyadékok viszkozitását a nyírási sebesség széles tartományán (0,01-10000 1/s) mérjük és vizsgáljuk az időfüggő viszkoelasztikus tulajdonságokat is. Az általunk megfigyelt rendszerek tulajdonságait befolyásoló paraméterek, mint például a részecskék morfológiája, a koncentráció és a hőmérséklet fontos szerepet játszanak az ipari alkalmazásokban. Az elvégzett reológiai vizsgálatok jó alapot biztosítanak az anyagjellemzők pontos beállítására a CFD modellekben.
