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
al 11-lea Simpozion MATNANTECH, 19-22 Noiembrie 2007, Sinaia
iintegrareantegrarea TTehnologiilorehnologiilorMAMAgnetogneto--RReologiceeologice SSpecialepeciale
sisi al al controluluicontrolului avansatavansat al al curgerilorcurgerilor in in
aplicatiiaplicatii industrialeindustriale
al 11-lea Simpozion MATNANTECH, 19-22 Noiembrie 2007, Sinaia
CuprinsCuprins
• Scopul proiectului• Organizarea proiectului• Structura proiectului• Obiectivele finalizate in etapa 2/2007• Obiective in desfasurare in etapa3/2008• Site-ul proiectului
al 11-lea Simpozion MATNANTECH, 19-22 Noiembrie 2007, Sinaia
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
al 11-lea Simpozion MATNANTECH, 19-22 Noiembrie 2007, Sinaia
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
al 11-lea Simpozion MATNANTECH, 19-22 Noiembrie 2007, Sinaia
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 (%
al 11-lea Simpozion MATNANTECH, 19-22 Noiembrie 2007, Sinaia
DiagramaDiagrama PERT a PERT a proiectuluiproiectului
al 11-lea Simpozion MATNANTECH, 19-22 Noiembrie 2007, Sinaia
StructuraStructura de de organizareorganizare a a proiectuluiproiectului
al 11-lea Simpozion MATNANTECH, 19-22 Noiembrie 2007, Sinaia
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
REALIZAT ETAPA 2/2007
REALIZAT ETAPA 2/2007
REALIZAT ETAPA 2/2007
IN LUCRU ETAPA 3/2008
IN LUCRU ETAPA 3/2008
al 11-lea Simpozion MATNANTECH, 19-22 Noiembrie 2007, Sinaia
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
al 11-lea Simpozion MATNANTECH, 19-22 Noiembrie 2007, Sinaia
AlocareaAlocarea resurseiresursei financiarefinanciare a a proiectuluiproiectului pepe parteneriparteneri
UPT (P1)44%
ARFT (Co)26%
UEMR (P3)26%
UVT (P2); 4%
al 11-lea Simpozion MATNANTECH, 19-22 Noiembrie 2007, Sinaia
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
al 11-lea Simpozion MATNANTECH, 19-22 Noiembrie 2007, Sinaia
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)
al 11-lea Simpozion MATNANTECH, 19-22 Noiembrie 2007, Sinaia
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.
al 11-lea Simpozion MATNANTECH, 19-22 Noiembrie 2007, Sinaia
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.
al 11-lea Simpozion MATNANTECH, 19-22 Noiembrie 2007, Sinaia
Identificarea SMR – 2 tipuri achizitionate
MRF-132 DG pe bazade hidrocarbura
MRF-336 AG pe bazade ulei siliconic
al 11-lea Simpozion MATNANTECH, 19-22 Noiembrie 2007, Sinaia
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 ;
al 11-lea Simpozion MATNANTECH, 19-22 Noiembrie 2007, Sinaia
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;
al 11-lea Simpozion MATNANTECH, 19-22 Noiembrie 2007, Sinaia
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
al 11-lea Simpozion MATNANTECH, 19-22 Noiembrie 2007, Sinaia
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
al 11-lea Simpozion MATNANTECH, 19-22 Noiembrie 2007, Sinaia
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;
al 11-lea Simpozion MATNANTECH, 19-22 Noiembrie 2007, Sinaia
Caracterizarea magnetica a SMR
al 11-lea Simpozion MATNANTECH, 19-22 Noiembrie 2007, Sinaia
Investigarea vitezei de sedimentare a SMR
al 11-lea Simpozion MATNANTECH, 19-22 Noiembrie 2007, Sinaia
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)
al 11-lea Simpozion MATNANTECH, 19-22 Noiembrie 2007, Sinaia
Caracterizarea reologica a SMR
Curbele de vascozitate la I = 1.5 A pentru MRF-132DG
al 11-lea Simpozion MATNANTECH, 19-22 Noiembrie 2007, Sinaia
Caracterizarea reologica a SMR
Curbele de curgere la I = 1.5 A pentru MRF-132DG
al 11-lea Simpozion MATNANTECH, 19-22 Noiembrie 2007, Sinaia
Investigarea SMR
• Analiza si interpretarea rezultatelor. Informatii si recomandari privindutilizarea SMR in contextul sistemului de control al curgerii ;
al 11-lea Simpozion MATNANTECH, 19-22 Noiembrie 2007, Sinaia
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
al 11-lea Simpozion MATNANTECH, 19-22 Noiembrie 2007, Sinaia
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
∗∗→
≡ = +& &
al 11-lea Simpozion MATNANTECH, 19-22 Noiembrie 2007, Sinaia
Caracterizarea reologica a MRF-132DG
Curbele de curgere la I =0…3 A pentru MRF-132DG
al 11-lea Simpozion MATNANTECH, 19-22 Noiembrie 2007, Sinaia
Caracterizarea reologica a MRF-132DG
Dependenţa tensiunii de prag functie de curentul aplicat in bobina pentru MRF-132DG
al 11-lea Simpozion MATNANTECH, 19-22 Noiembrie 2007, Sinaia
Caracterizarea reologica a MRF-132DG
Dependenţa vascozitatii de prag functie de curentul aplicat in bobina pentru MRF-132DG
al 11-lea Simpozion MATNANTECH, 19-22 Noiembrie 2007, Sinaia
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
−
∗ ∗ ∗
− + + − − =
& & &&
& & &
al 11-lea Simpozion MATNANTECH, 19-22 Noiembrie 2007, Sinaia
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
al 11-lea Simpozion MATNANTECH, 19-22 Noiembrie 2007, Sinaia
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
al 11-lea Simpozion MATNANTECH, 19-22 Noiembrie 2007, Sinaia
http://acadhttp://acad--tim.tm.edu.ro/iSMARTtim.tm.edu.ro/iSMART--flowflow//
al 11-lea Simpozion MATNANTECH, 19-22 Noiembrie 2007, Sinaia
VaVa multumescmultumesc pentrupentru atentieatentie !!