integration of special magneto-rheological technologies and...

al 11-lea Simpozion MATNANTECH, 19-22 Noiembrie 2007, Sinaia

iintegration of ntegration of SSpecial pecial MAMAgnetogneto--RRheologicalheological

TTechnologies and echnologies and flowflow control in control in

industrial applicationsindustrial applications

iiSMARTSMART--flowflow

Program: MATNANTECHProgram: MATNANTECHProiectProiect: CEEX: CEEX--M1M1--C2C2--11851185

Contract nr: 64/2006Contract nr: 64/2006


iintegrareantegrarea TTehnologiilorehnologiilorMAMAgnetogneto--RReologiceeologice SSpecialepeciale

sisi al al controluluicontrolului avansatavansat al al curgerilorcurgerilor in in

aplicatiiaplicatii industrialeindustriale


CuprinsCuprins

• Scopul proiectului• Organizarea proiectului• Structura proiectului• Obiectivele finalizate in etapa 2/2007• Obiective in desfasurare in etapa3/2008• Site-ul proiectului


ScopulScopul proiectuluiproiectului

Dezvoltarea, testarea, optimizarea sievaluarea implementarii la nivelindustrial a unei NOI tehnologii de control a curgerii cu vartej cu scopulde a minimiza pulsatiile de presiuneprecum si pentru reducerea/ eliminarea vibratiilor


DiagramaDiagrama Gantt a Gantt a proiectuluiproiectuluiID Obiective

2006 20082007

iul.sep. nov. dec. sep.ian. sep.mar.feb.oct. ian.mai. aug.iun.iun. feb.iul. aug. oct. mai.apr.aug. dec. iul.nov. mar. oct.mai. iun.

Obiectiv III

1 Obiectiv I

2 Obiectiv II

4 Obiectiv IV

6 Obiectiv VI

Obiectiv V

7 Obiectiv VII

8 Obiectiv VIII

9 Obiectiv IX

10 Obiectiv X

apr.Team

EMR

EPTS

EPTS

EAI

EMR

EPTS

EPTS

EAI

EPTS

All

identificare si caracterizare FMR

simulare numerica in sectiunea de test

proiectare, realizare si testare stand experimental

masuratori CHE Turnu-Ruieni

prepare si caracterizare noi SMR si FCMR

proiectare si realizare sistem de amortizare

investigare si analizacurgere cu vartej

masuratoriCHE Munteni

elaborare, implementare si testare protocol de comanda

evaluare tehnico-economicadiseminare rezultate

3

5

nov.

O

Etapa4/2008

7 iun. –15 oct.Etapa

1/2006

10 aug. –29 noi.

Etapa2/2007

5 dec. –5 oct.

finalizata

Etapa3/2008

6 noi. –6 iun.

in desfasurarefinalizata


DiagramaDiagrama S a S a proiectuluiproiectului

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

Start proiect10.08.2006

Etapa 1/200629.11.2006

Etapa 2/200705.10.2007

Etapa 3/200804.06.2008

Etapa 4/200815.10.2008

Pro

cent

e (%


DiagramaDiagrama PERT a PERT a proiectuluiproiectului


StructuraStructura de de organizareorganizare a a proiectuluiproiectului


Obiectivele specifice ale proiectului1. Determinarea carcateristicilor magneto-reologice ale

suspensiei magneto-reologice2. Producerea de noi suspensii magneto-reologice cu o

stabilitate mai buna3. Proiectarea, fabricarea si testarea dispozitivelor de

control a curgerii cu suspensii magneto-reologice.4. Construirea unei statiuni experimentale pentru

generarea curgeri nestationare cu vartej similare cu cele intalnite in tubul de aspiratie al turbinelor hidraulice

5. Testarea si validarea tehnologiilor de control a curgerii pe statiunea noastra experimentala

6. Investigarea comportarii nestationare a curgerii in situ7. Studierea si evaluarea implementarii tehnologiei de

control a curgerii la scara industriala pe doua clase de turbine Francis (30 MW – CHE Munteni si 75 MW – CHE Ruieni)

REALIZAT ETAPA 1/2006




IN LUCRU ETAPA 3/2008

IN LUCRU ETAPA 3/2008


EtapaEtapa 2/2007 2/2007 –– finalizatafinalizataO3. Identificarea si caracterizarea suspensiei magneto-reologice

(SMR) pentru constructia dispozitivului de control a curgerii.Responsabil obiectiv: Dr.fiz. Ladislau Vekas, CS1 (Echipa de Magneto-Reologie) – Academia Romana – Filiala Timisoara (ARFT) - Co

O4. Analiza datelor existente si identificarea limitei de functionare stabila a turbinei de la CHE Turnu-Ruieni. Stabilirea punctelor de functionare la debite partiale si masurarea pulsatiilor de presiune si a vibratiilor masinii. Responsabil obiectiv: Prof.dr.ing. Viorel Campian (Echipa Aplicatiilor Industriale). – Universitatea “Eftimie Murgu” Resita (UEMR) – P3

O5. Proiectarea si realizarea generatorului de vartej. Investigarea experimentala a curgerii cu vartej in standul experimental realizat la Obiectivul I. Masurarea pulsatiilor de presiune la diferite intesitati de vartej. Validarea rezultatelor numerice cu datele experimentale atat in configuratia standului cat si pe turbina Francis. Responsabil obiectiv: Prof.dr.ing. Romeo Susan-Resiga(Echipa de Proiectare Testare si Simulare) – Universitatea Politehnica Timisoara – P1

Poster

Poster

Prezentare - Poster


AlocareaAlocarea resurseiresursei financiarefinanciare a a proiectuluiproiectului pepe parteneriparteneri

UPT (P1)44%

ARFT (Co)26%

UEMR (P3)26%

UVT (P2); 4%


EtapaEtapa 2/2007 2/2007 –– ObiectivObiectiv IIIIII

Realizatori Echipa de Magneto-Reologie (EMR)– Academia Romana – Filiala Timisoara (Co)– Universitatea Politehnica Timisoara (P1)– Universitatea de Vest Timisoara (P2)

Identificarea si caracterizarea suspensiei magneto-reologice (SMR) pentru constructia dispozitivului de control a curgerii. Responsabil obiectiv: Dr.fiz. Ladislau Vekas, CS1 (Echipa de Magneto-Reologie) – Academia Romana – Filiala Timisoara (ARFT) - Co


Identificarea SMR pentru dispozitivul de control al curgerii

Modurile de curgere intalnite in curgerea fluidelor Magneto-Reologice (FMR) din dispozitivele de amortizare.

Formarea aglomeratelor de tip lant in Fluidele Magneto-Reologice (FMR)


Identificarea SMRProducatori comerciali - 2 mari companii care produc suspensii magneto reologice (SMR). Acestea sunt:● LORD Co., USA (5 tipuri)● Liquids Research Co., UK (2 tipuri)

Proprietati MRF-132DG – LORD Co. USA

-40 la +130 (-40 la +266)Temperatura de operare °C (°F)6>150 (>302)Punct de aprindere °C (°F)5

80.98Continutul de solid [%]42.98-3.18Densitatea [g/cm3]3

Pa @ 40°C (104°F) 0.092 ± 0.015calculata ca panta 800-1200 sViscozitatea [Pa]2

Aparent gri inchisCuloare1

ValoareaTipul de proprietateNr. Crt.


Identificarea SMRCriteriile de selectie pentru alegerea FMR care sa fie

utilizate in sistemul de control al curgerii au fost urmatoarele:

1. Valoarea tensiunii remanente (yield stress) la cca. 200 kA/m (in jur de 0.24 T inductie magnetica);

2. Concentratia masica a particulelor magnetice, in corelatie cu 1;

3. Vascozitate cat mai mica in absenta campului magnetic aplicat;

4. Lichidul de baza să aibă viteza de evaporare cat mai redusă;

5. Relatia/dependenta de furnizor.


Identificarea SMR – 2 tipuri achizitionate

MRF-132 DG pe bazade hidrocarbura

MRF-336 AG pe bazade ulei siliconic


Investigarea SMR

• Investigatii privind compozitia, dimensiunea, structura particulelor si VITEZA DE SEDIMENTARE GRAVITATIONALA a SMR;

• Caracterizarea MAGNETICA si REOLOGICA a SMR in functie de temperatura siintensitatea campului magnetic aplicat;

• Corelarea parametrilor de compozitie sistructura cu proprietatile magnetice si de curgere ale SMR ;


Investigarea structurii SMR

• s-a utilizat microscopul electronic printransmisie Tesla BS-613, la tensiunea de 80 kV, optimul de mărire fiind stabilt la 45.000X.

• dimensiunea medie a particulelor– dMRF-132DG=8.87 micrometri;– dMRF-336AG=8.26 micrometri;


Investigarea structurii SMR

• distributia dimensională a particulelor pentru cele doua SMR:

– MRF - 132DG intervalul dimensional este cuprins între 8,7 ÷ 9,3 µm, iar maximul histogramei este centrat pe diametrul mediu;

– MRF - 336AG intervalul dimensional este cuprins între 7,9 ÷ 9,1 µm, iar maximul histogramei este centrat pe diametrul mediu


Investigarea proprietatilor particulelor SMR

• Determinarea stării structurale şi de tensiuni ale particulelor probelor analiza prin difracţia razelor X, utilizând un difractometru de raze X. Din spectrele de difractie de raze X ridicate pentru cele doua suspensii magneto reologice se constata ca particulele fiecarei suspensii sunt constituite din Fe de inalta puritate .

• Din analiza spectrelor de difractie de raze X pentru cele doua SMR se constata:– liniile de difractie din spectrul MRF-132DG, prezinta o

despicare pronuntata. Acest aspect al liniilor de difractie arata ca particulele acestei suspensii sunt lipsite de tensiuni interne, ceea ce ne arata ca acestea au bune proprietati de material magnetic moale.

– liniile de difractie din spectrul MRF-336AG, nu prezinta despicari Aspectul liniilor de difractie in acest caz semnifica ca particulele acestei suspensii prezinta tensiuni importante de ordinul II si chiar si de ordinul III. Acest fapt arata ca particulele acestei suspensii vor ramane cu un camp


Caracterizarea magnetica a SMR

• caracterizarea magnetică a MRF-urilor s-a utilizat un magnetometru tip VSM 880 de înaltă performanţă

• S-a obţinut pentru ambele probe curba de magnetizare, magnetizaţia de saturaţie, curba de histerezis şi caracteristicile de remanenţă;


Caracterizarea magnetica a SMR


Investigarea vitezei de sedimentare a SMR


Caracterizarea reologica a SMR

Pentru investigarea proprietăţilor reologiceale MRF-urilor au fost efectuate teste oscilatorii:

• Amplitude Sweep• Frequency Sweep

şi rotaţionale:• Flow Curve• Creep test• Relaxation test • Temperature test;

γ.0

η

newtonian fluid

shear−thinning fluid (pseudoplastic)

shear−thickening fluid (dilatant)



Curbele de vascozitate la I = 1.5 A pentru MRF-132DG



Curbele de curgere la I = 1.5 A pentru MRF-132DG


Investigarea SMR

• Analiza si interpretarea rezultatelor. Informatii si recomandari privindutilizarea SMR in contextul sistemului de control al curgerii ;


Modelul matematic pentru MRF-132DG

[ ] anao

/)1-(∞∞ )(+1)-(+= γλγηηγητ &&&

Comportarea în ABSENTA unui câmp magnetic aplicateste descrisă de modelul Carreau-Yasuda:

5 parametri de fit:η∞ reprezintă η0 reprezintă (n-1) reprezintă panta regiunii “power-law”;a lărgimea regiunii de tranziţie între palierul şi regiunea “power-law”, iar λ este o constantă cu dimensiunea de timp

η

η

η 8

primul

platou newtonian regiunea shear−thinning

al doilea

platounewtonian

.γ


Modelul matematic pentru MRF-132DG

1

0 0 11 tanh tanhn

γ γ γτ η γ τ τγ γ γ

−

∗ ∗ ∗

= − + +

& & &&

& & &

Comportarea în PREZENTA unui câmp magnetic aplicateste descrisă de modelul Susan-Resiga D. (JIMSS (2007)):

( ) ( ) ( ) ( ) ( )1 2N HBW Wτ γ τ γ γ τ γ γ= +& & & & &

( ) 0Nτ γ η γ=& &ComportareaNewtoniana

Comportarea pseudoplastică modelul Herschel-Bulkley ( ) 1

0n

HB cτ γ τ γ −= +& &

5 parametri de fit 4 au relevanta d.p.v. practic: viteza de forfecare de prag,tensiunea de prag, vâscozitatea de pornire

n exponentul pseudoplastic. Practic pentru n s-a găsit prin fitări aceeaşi valoare, n=0.855(±3%) pentru toate valorile

intensităţii curentului electric în bobină I=0.25…3A, şi prin urmare el a fost fixat la valoarea n=0.855.

γ ∗&

τ ∗

η∗( ) ( )0 0 10.2384 0.7616τ τ γ η γ τ τ∗ ∗ ∗≡ = × + + ×& &

000

limγ

τη η ηγ

∗∗→

≡ = +& &


Caracterizarea reologica a MRF-132DG

Curbele de curgere la I =0…3 A pentru MRF-132DG



Dependenţa tensiunii de prag functie de curentul aplicat in bobina pentru MRF-132DG



Dependenţa vascozitatii de prag functie de curentul aplicat in bobina pentru MRF-132DG


Modelarea numerica si validarea curgerii MRF-132DG intre doua placi plane

Calculul curgerii Poiseuille a MRF-132DG intre doua placi plane dispuse la o distranta de 2 mm printr-un model analitic descris de ecuatia de mai sus sicu modelul Susan-Resiga D. implementat prin UDF in programul comercial

FLUENT

1

0 0 11 tanh tanh 1 0n

wyh

γ γ γη γ τ τ τγ γ γ

−

∗ ∗ ∗

− + + − − =

& & &&

& & &


O3. Concluzii. Perspective.

Concluzii:• Identificarea si caracterizarea SMR-ului (MRF-132DG pe

baza de hidrocarbura si MRF-336AG pe baza de uleisiliconic);

• Alegerea MRF-132DG pentru constructia dispozitivului de control al curgerii;

• Elaborarea modelului matematic pentru caracterizareacomportamentului magneto-reologic si validarea acestuia

Perspective:• Utilizarea modelului matematic pentru testarea diferitelor

solutii tehnice pentru constructia dispozitivul de control al curgerii de catre EPTS in cadrul obiectivului O7/2008


EtapaEtapa 3/2008 3/2008 –– in in desfasuraredesfasurareO6. Obtinerea si caracterizarea de noi suspensii

magneto-reologice (SMR) si fluide compozite magneto-reologice (FCMR). Responsabil obiectiv: Dr.fiz. Ladislau Vekas, CS1 (Echipa de Magneto-Reologie) – Academia Romana – Filiala Timisoara (ARFT) - Co

O7. Proiectarea, realizarea si testarea preliminara a dispozitivului de control a curgerii cu SMR. Responsabil obiectiv: Prof.dr.ing. Romeo Susan-Resiga (Echipa de Proiectare Testare si Simulare) – Universitatea Politehnica Timisoara – P1

O8. Analiza datelor existente si identificarea limitei de functionare stabila a turbinei de la CHE Munteni. Stabilirea punctelor de functionare la debite partiale si masurarea pulsatiilor de presiune si a vibratiilor masinii. Responsabil obiectiv: Prof.dr.ing. Viorel Campian (Echipa Aplicatiilor Industriale). – Universitatea “Eftimie Murgu” Resita (UEMR) – P3


http://acadhttp://acad--tim.tm.edu.ro/iSMARTtim.tm.edu.ro/iSMART--flowflow//


VaVa multumescmultumesc pentrupentru atentieatentie !!

integration of special magneto-rheological technologies and...

Documents