Choose an application

• Reference Manager
• EndNote
• RefWorks (Direct export to RefWorks)

Dense Medium Drum (DMD) separators are playing an important role in the separation process of modern recycling plants. As the mass flow to be separated in these machines is huge, a high efficiency is mandatory to increase the total efficiency of the recycling plant. Up till now, DMDs have been developed based on empirical first order models and experience for several years and a decent efficiency has been reached. However, further improvements are only possible by leveraging a shift in the methodology to more detailed scientific investigations based on state-of-the-art simulations and experiments. In this PhD project, DMDs will be analyzed in two steps. At first, in cooperation with a company, a real drum will be modeled and optimised. Hence, possible improvements can be validated directly on a real size industrial application. A set of existing physical models involving fluid mechanics will be combined to simulate the complex phenomena in the drum. In the second part of the project, the previously validated models, which have proven to be capable to simulate the physical processes in the drum up to a certain degree, will be used to derive new more sophisticated physical models, which will be validated on a lab scale experimental setup.

Choose an application

• Reference Manager
• EndNote
• RefWorks (Direct export to RefWorks)

Deze thesis presenteert een experimenteel onderzoek naar warmteoverdracht door geforceerde convectie over een reeks van dunne schijven. Het doel is om verschillende parameters te onderzoeken die invloed hebben op de warmteoverdracht over een reeks dunne schijven waarbij de as van de schijf parallel met de stroomrichting is geplaatst in de windtunnel. Door de jaren heen zijn er veel onderzoeken gedaan naar warmteoverdracht over verschillende vormen zoals bollen, cilinders en platte platen. Nochtans ontbreekt er een belangrijke geometrie die in veel industriële toepassingen nodig is, namelijk cirkelvormige schijven. De opstelling bestond uit een windtunnel in connectie met een ventilator, doorheen het testkanaal werd de luchtstroom gemeten met een anemometer. De schijven werden verwarmd met verwarmingsmatten, waarvan de temperatuur gemeten werd door het gebruik van thermokoppels. In totaal werden vier verschillende opstellingsconfiguraties onderzocht. Eén daarvan werd gedaan zonder verwarming om de luchtstroomweerstand te vinden. De schijfdiameter en de dikte worden beschouwd als belangrijke parameters om de luchtstroomweerstand te beïnvloeden. De experimentele resultaten tonen aan dat de drukval, die optreedt als gevolg van de luchtstroomweerstand, hoger is bij een snellere luchtstroomsnelheid. Vervolgens toont het aan dat de drukval vooral wordt beïnvloed door de diameter en minder door de dikte. De verwarmingstesten werden uitgevoerd in drie verschillende configuraties en voor verschillende luchtstroomsnelheden. Eerst door het plaatsen van de drie thermokoppels op het aluminium oppervlak van de schijven. Uit de resultaten van deze test kon de temperatuurverdeling van de schijven worden afgeleid, wat invloed had op de volgende proefopstellingen. Bij de twee volgende opstellingen worden de thermokoppels in het midden van de schijven geplaatst. In de tweede proefopstelling werden de thermokoppels direct op het oppervlak geplaatst, met de warmtematten in de boven- en benedenwindse richting. In deze testopstelling werd de invloed van de richting van de warmtematten waargenomen op de warmteoverdrachtscoëfficiënt. Gevolgd door de derde proef waarbij de tweede configuratie opnieuw gedaan is met extra thermokoppels in het midden rechtstreeks geplaatst op de verwarmingsmat van elke schijf. Er kon geconcludeerd worden dat beide parameters in de laatste twee testen invloed hadden op de warmteoverdrachtscoëfficiënt waarbij de gemeten temperatuur van het thermokoppel geplaats naar de windrichting toe, steeds de laagste waarden had. Uit de resultaten van het experimenteel onderzoek van de verschillende configuraties in dit proefschrift worden vergelijkbare dimensieloze correlaties gevonden met de theoretische correlaties over cirkelvormige cilinders in kruisstroom. Door de experimenteel bepaalde Nusselt nummers te vergelijken met een vergelijkbare studie waarbij geforceerde convectie plaatsvond over een enkele schijf waarvan de schijf-as parallel geplaatst ten opzichten van de luchtstroom, werd geconcludeerd dat de Nusselt nummers over een reeks schijven die bepaald werden in dit onderzoek hoger lagen. Trefwoorden: dunne schijven, empirische correlaties, experimenteel onderzoek, geforceerde convectie, warmteoverdrachtscoëfficiënt

Choose an application

• Reference Manager
• EndNote
• RefWorks (Direct export to RefWorks)

In deze master thesis wordt gezocht naar het optimaliseren van de aerodynamische prestaties van de Umicore Aurora racewagen, ontworpen en gemaakt door het Formula Electric Belgium studententeam. Meer specifiek wordt onderzocht welke effecten de introductie van een S-kanaal heeft op deze prestaties. Dit kanaal probeert een grenslaag met lage energetische waarde, wat kan leiden tot separatie tussen de luchtstroom en zijn aanliggend oppervlak, om te vormen naar een hoog energetische laag. Hierbij wordt een hoog energetische luchtstroom geïnjecteerd in deze grenslaag waardoor separatie vermeden kan worden. Het vermijden van separatie kan voordelige effecten hebben op de aerodynamische prestaties van de wagen. Zo kan de luchtweerstand verlaagd worden doordat het zog achter de wagen verkleind wordt. Ook kan het vermijden van separatie de efficiëntie van de aerodynamische elementen doen stijgen. Eerst en vooral werd onderzocht of er wel degelijk separatie plaats vind op het oppervlak van de monocoque van de wagen. Het onderzoek werd gedaan met behulp van de CFD software Star CCM+. Er werden een paar interessante locaties geïdentificeerd en bestudeerd. Aangezien er geen separatie werd vastgesteld op het begin van de neus, werd het onderzoeksgebied van deze thesis uitgebreid. In plaats van enkel de voorkant van de wagen te simuleren, werd nu heel de wagen gesimuleerd op zoek naar punten van luchtstroom separatie. Uiteindelijk zijn er enkele punten achter aan de monocoque gevonden waar dit fenomeen inderdaad plaatsvond. Op basis van deze bevindingen werd onderzocht wat de optimale parameters zijn voor parallelle luchtinjectie. In eerste instantie werd gebruik gemaakt van verschillende papers, waarin onderzoek werd beschreven naar de optimale plaats, snelheidscoëfficiënt en grootte van uitlaat. Nadat de geometrische vorm van het kanaal was vastgelegd, werd verder onderzocht wat de invloed van variatie in de snelheidscoëfficiënt zou zijn. Uiteindelijk werd dus een ideale geometrie en snelheidscoëfficiënt voor parallelle luchtinjectie bepaald.

Choose an application

• Reference Manager
• EndNote
• RefWorks (Direct export to RefWorks)

De almaar toenemende rekenkracht van computers gaat onvermijdelijk gepaard met grotere vermogensdensiteit van de elektronica die zich hierin bevindt. Producenten van elektronische toestellen streven naar een zo compact mogelijk design waardoor de warmteafvoer een cruciale rol speelt in het behalen van de gewenste prestaties en levensduur van de componenten. Actieve luchtkoeling is daarom niet meer weg te denken in het ontwerp van zulke toestellen. Deze koeling bestaat traditioneel uit een ventilator die een gedwongen luchtstroming creëert doorheen een plaat met een reeks parallelle vinnen, vervaardigd uit een goed warmtegeleidend materiaal. De elektronica wordt tegen deze plaat bevestigd waardoor de gegenereerde warmte door de vinnen afgegeven kan worden aan de lucht. Er is reeds veel onderzoek gevoerd tot het bekomen van efficiëntere koeling, door de vinnen op de plaat correct te dimensioneren. Diabatix NV gaat echter nog een stap verder. De firma ontwikkelt software die met behulp van artificiële intelligentie nog efficiëntere koelingspatronen kan bekomen. Hierbij wordt afgestapt van de traditionele vorm met parallelle vinnen en wordt een patroon gevormd dat eilandvormige structuren bezit. Op deze manier kunnen warmteafleiders ontworpen worden voor specifieke toepassingen. De geoptimaliseerde structuren worden gevalideerd door middel van numerieke simulaties. Het is echter onvoldoende om deze structuren enkel te controleren aan de hand van numerieke simulaties. Experimentele validatie is uitermate belangrijk voor de controle van de aannames die gemaakt worden in de simulaties. Diabatix investeerde reeds in experimentele validatie van de ontwerpsoftware voor vloeistofgekoelde warmteafleiders. Daar de aannames bij luchtgekoelde warmteafleiders niet dezelfde zijn als die bij vloeistofgekoelde varianten, is er hier ook nood aan een experimentele validatie. Om de software te valideren wordt er een vergelijking gemaakt tussen de experimentele resultaten en de uitkomsten van de simulaties. Dit wordt gedaan voor de oppervlaktetemperatuur van de warmteafleider en de drukval geïnduceerd door de eilandenstructuur van de warmteafleider. In een eerste fase worden er simulaties uitgevoerd van een traditionele warmteafleider om een referentie case op te stellen. Vervolgens wordt er gestart met het ontwerpen van een geoptimaliseerde warmteafleider met behulp van de software bij Diabatix. Eens dit ontwerp klaar is, wordt de warmteafleider geproduceerd om er experimenten op uit te voeren. Het is belangrijk dat deze experimenten zo gecontroleerd mogelijk verlopen om correcte resultaten te bekomen. Daarom wordt er een proefopstelling ontworpen die aan de vooropgestelde eisen voldoet om dit te verwezenlijken. De resultaten van de experimenten wijzen uit dat er bij lage Reynoldsgetallen grote verschillen merkbaar zijn met de simulaties. De oppervlaktetemperaturen van de warmtepads liggen bij de experimentele metingen hoger dan bij de simulaties. Berekening van de thermische weerstand toont aan dat een hogere performantie wordt behaald in de simulaties, dan wat de experimentele metingen aangeven. De resultaten met betrekking tot de drukval zijn in de simulaties merkbaar hoger dan bij de experimenten. Mogelijke oorzaken van de afwijkingen zijn het gekozen turbulentiemodel, de aangelegde mesh, het werkelijke stromingsverloop door de warmteafleider, niet-uniformiteiten en meetonnauwkeurigheden.

Choose an application

• Reference Manager
• EndNote
• RefWorks (Direct export to RefWorks)

Warmte extractie van oppervlakte water is een weinig gebruikte techniek ondanks dat het een vorm is van 100 % hernieuwbare energie. De warmte kan onttrokken worden uit het oppervlakte water door gebruik te maken van een warmtepomp. Voorbeelden van oppervlakte water zijn: een meer, een kanaal, een rivier etc. Om warmte te onttrekken uit een rivier zijn er meerdere opties. Een eerste optie is door een warmtewisselaar in de rivier te installeren, het zogenaamd closed-loop systeem. Een andere optie is om het water op te pompen en dit dan door de interne warmtewisselaar te laten stromen in de warmtepomp zelf, dit systeem is een open-loop systeem. Bij dit laatste systeem kan het zijn dat er intern in de warmtewisselaar van de warmtepomp bevriezing optreedt wat zoveel mogelijk voorkomen moet worden. Momenteel is het nog niet duidelijk bij welke waarde van de riviertemperatuur er interne bevriezing optreedt. Dit is onderzocht in dit onderzoek, als referentie is het project Dijlemolens van CORE genomen. Het gebouw Dijlemolens heeft een warmtevraag van 60 kW, wat neerkomt op 47,3 kW dat onttrokken moet worden aan het rivierwater bij een COP van 4,71. Om te onderzoeken wat de minimum temperatuur van de rivier mag zijn voor er interne bevriezing optreedt, zijn er simulaties gedaan van de interne stromingen in de warmtewisselaar met behulp van CFD software van Numeca. Voor deze simulaties is er een k-ε extended wall functie turbulentie model gebruikt. Om de juiste geometrie voor de warmtewisselaar te vinden zijn er verschillende simulaties uitgevoerd waarbij de geometrie en het massadebiet steeds veranderen. Bij de uiteindelijke geometrie van de warmtewisselaar die geschikt is voor de warmtevraag van de Dijlemolens zijn er verschillende simulaties gedaan om de minimale temperatuur te vinden bij welke er geen interne bevriezing meer plaatsvindt. Deze minimale temperatuur bleek 7°C (280 K) te bedragen. De simulaties zijn gedaan met een vaste temperatuur op te leggen op de tubes van de warmtewisselaar. Deze vaste temperatuur is de temperatuur van de koelvloeistof die in de warmtepomp wordt gebruikt en deze bedraagt 239 K.