Knowledge base: Warsaw University of Technology

Settings and your account

Back

Computational analysis of flow around levitating oil droplet

Michał Jan Korzeniewski

Abstract

The main objective of the present study is to analyse interaction of droplets with a moving surface. This work uses experimental data, obtained during investigation into the levitation of an oil drop deposited onto moving surface of a rotating disc. Research was performed by scientist of the Aerodynamic Division of the Faculty of Power and Aeronautical Engineering, and denoted in an article Beyond laminar regime – droplet interaction with air boundary layer Klamka et al. [1]. In the beginning, the hypothesis was stated that the levitation phenomenon is caused by the aerodynamic forces and droplet’s weight balancing themselves. Basing on research data, simulations of air flow over a 3D model similar to the examined droplet was conducted, to prove the hypothesis. The analysis was performed for two velocity profiles, a two-dimensional and an axisymmetric profile, which were obtained from approximation of experimental results. For each case, a mesh was designed, and a numerical solution was found. Pressure distribution, velocity distribution, vortices and the droplet’s influence on the shape of the flow was observed. It was found that the drag force is responsible for the movement of the drop noted during the experiment [1]. Furthermore, lift force greater than the drop’s weight was found. The supposition formulated at the beginning, can be proven by the obtained aerodynamic forces. This work was made using the MATLAB R2018 Online package, the NX12.0 program and components of ANSYS 18.1, namely Workbench 18.1, DesignModeller, Ansys Meshing, Fluent 18.1 and CFD-Post 18.1.
Diploma type
Engineer's / Bachelor of Science
Diploma type
Engineer's thesis
Author
Michał Jan Korzeniewski (FPAE) Michał Jan Korzeniewski,, Faculty of Power and Aeronautical Engineering (FPAE)
Title in Polish
Numeryczna analiza opływu aerodynamicznego lewitującej kropli oleju
Supervisor
Michał Remer (FPAE/IAAM) Michał Remer,, The Institute of Aeronautics and Applied Mechanics (FPAE/IAAM)Faculty of Power and Aeronautical Engineering (FPAE)
Certifying unit
Faculty of Power and Aeronautical Engineering (FPAE)
Affiliation unit
The Institute of Aeronautics and Applied Mechanics (FPAE/IAAM)
Study subject / specialization
, Mechanika i Projektowanie Maszyn
Language
(pl) Polish
Status
Finished
Defense Date
08-02-2019
Issue date (year)
2019
Pages
66
Internal identifier
MEL; PD-5004
Reviewers
Janusz Piechna (FPAE/IAAM) Janusz Piechna,, The Institute of Aeronautics and Applied Mechanics (FPAE/IAAM)Faculty of Power and Aeronautical Engineering (FPAE) Michał Remer (FPAE/IAAM) Michał Remer,, The Institute of Aeronautics and Applied Mechanics (FPAE/IAAM)Faculty of Power and Aeronautical Engineering (FPAE)
Keywords in Polish
lewitacja kropli, numeryczna mechanika płynów, przepływ laminarny, przepływ von Karmana
Keywords in English
droplet levitation, CFD, laminar flow, von Karman swirling flow
Abstract in Polish
Przedmiotem pracy inżynierskiej jest analiza numeryczna interakcji kropel z ruchomymi powierzchniami. W pracy poddano analizie dane eksperymentalne uzyskane podczas badań zjawiska lewitacji kropel oleju nad wirującą powierzchnią dysku obracającego się wokół własnej osi. Eksperyment został przeprowadzony przez pracowników naukowych Zakładu Aerodynamiki na Wydziale Mechanicznym Energetyki i Lotnictwa na Wydziale Mechanicznym Energetyki i Lotnictwa oraz opisany w artykule Beyond laminar regime – droplet interaction with air boundary layer Klamka i inni [1]. Na początku pracy postawiono hipotezę, iż unoszenie się kropli nad powierzchnią jest spowodowane równoważeniem się sił aerodynamicznych i ciężaru kropli. W celu potwierdzenia hipotezy, na podstawie wyników eksperymentu dla określonych warunków początkowych, opracowano symulację numeryczną przepływu wokół geometrii zbliżonej do kształtu kropli. Przeprowadzono analizę dla dwuwymiarowego i osiowosymetrycznego profilu prędkości utworzonego na podstawie danych eksperymentalnych. Dla obu przypadków stworzono siatki obliczeniowe i wykonano obliczenia numeryczne. Poddano analizie rozkłady ciśnień, prędkości, wektorów prędkości oraz linii prądu wokół modelu kropli. Zaobserwowano występowanie śladu aerodynamicznego, wirów krawędziowych oraz wykazano wpływ kropli na przepływ. Stwierdzono również obecność siły oporu, która może być źródłem ruchu zaobserwowanego podczas eksperymentu oraz siły nośnej, nieznacznie większej od ciężaru kropli. Znalezione siły aerodynamiczne stanowią potwierdzenie sformułowanych na początku pracy przypuszczeń. W pracy wykorzystano oprogramowanie MATLAB R2018 Online, NX 12.0 oraz elementy pakietu ANSYS 18.1 tj. Workbench 18.1, Ansys Meshing, Ansys Design Modeller, FLUENT 18.1, CFD-Post 18.1.
File
  • File: 1
    1112097.pdf
Request a WCAG compliant version
Local fields
Identyfikator pracy APD: 31417

Uniform Resource Identifier
https://repo.pw.edu.pl/info/bachelor/WUT2a54b9ecff9e4db487d96e827c2f55d9/
URN
urn:pw-repo:WUT2a54b9ecff9e4db487d96e827c2f55d9

Confirmation
Are you sure?
Report incorrect data on this page