<p>I denne oppgåva er det sett nærare på lekkasjar i stempelpumper. I starten presenterast den nødvendige teorien for CFD, pumper og spalter. Ein definerer ”deformasjons-lekkasje/trykk-lekkasje” som eit forhold. Berekningar blir gjort på bakgrunn av teorien slik at ein konkret kan talfesta dette forholdet. Etter dette blir simuleringane som er utført presangtert og diskutert. Den første simuleringa er for ein enkel sylinder utan veggar. Det er med andre ord berre veskevolumet som er med. Denne modellen er brukt til å lære teknikken for ”deforming mesh”. Dette er ein teknikk som er nødvendig for å kunne ha forandring av veskevolumet sin geometri i løpet av simuleringa. Den neste simuleringa er eigentlig ein vidareføring av den første. Hovudskilnaden er at her er det tatt med ein vegg som representerer spalta mellom stempelet og sylinderveggen. Spalta i modellen er mykje større ein kva den er i røynda. I modellen ser den meir ut som ein sylinder enn ei spalte. Innerveggen av spalta er ein open vegg frå sylinderen sitt veskevolum og inn i spalta, medan ytterveggen er ein tett vegg. Dette gjer at veska har høve til å lekke gjennom spalta og ut på endane. Det er lagt inn porøsitet i spalta som skapar strøymingsmotstand som om det var ei lita spalte. Denne modellen blei kjørt fleire gongar for å få den rette verdien på strøymingsmotstanden. Då verdien for porøsitet var på plass, blei det laga ein modell med sju sylindrar. Toppen av sylindrane ligg inn mot ei spalte. Denne spalta er mellom sylinderblokka og ventilplata. Sidan det er sju stempel i denne modellen og ikkje eit som i dei føregåande, er det brukt UDFer (User-Defined Function) for å styre stempela sin aksialrørsle som er faseforskyvd i forhold til kvarandre. Også denne modellen blir kjørt fleire gongar og det blir utvikla spissar på avslutningane av opningane i ventilplata. Resultata for kjøringar med og utan spiss blir samanlikna og diskutert. I denne modellen er det ikkje med noko inn- og utløpsprofil, så endå ein modell er utvikla der det er med ein geometri også for inn- og utløp. Denne modellen får dermed ein 3d form på avslutninga av opningane i ventilplata. I tillegg er den modellen forsøkt gjort meir korrekt i overgang mellom sylindrane og ventilplate. Sjølv i desse enkle modellane med forenkla spalter finn ein at celletalet i spaltene utgjer ein signifikant del av cellene i modellen.</p>

<p>Hydroenergi er en norsk produsent av vannturbiner med godt etablert kunnskap innen Kaplan og Francis turbiner. Selskapet har designet flere Pelton skovler med det mål å redusere kavitasjon. Selskapet ønsket å finne et fullstendig Hill-diagram for en av skovlene på en 5 jets Pelton turbin. Andre design skulle bli testet i beste punktet og sammenlignet med nevnte design. I tillegg ønsket de å undersøke optimal design av ringledningen for turbinen. Tester ble utført ved Vannkraftlaboratoriet ved NTNU. Grunnet flere havari i løpet av testperioden ble antall forsøk redusert til kun å finne Hill-diagram som et av designene. Det designet som skulle testes fullt ut ble ødelagt i et av havariene etter at tester med 1 dyse åpen var fullført. De ble erstattet med skovler med samme geometri men med en 2◦ høyere pitch vinkel. Effekten av den økte pitch vinkelen kunne ikke tallfestes. Sammenligning av tester gjort med 1 og 2 dyser indikerer derimot en mulig innvirkning på plasseringen av beste punkter med hensyn til rotasjonshastighet. Et sett av kriterier for optimal design av ringledningen ble funnet og den opprinnelige ringledningen ble redesignet for å møte disse. De redesignede ringledningene gjennomgikk simuleringer i Computational Fluid Dynamics (CFD) basert på tidligere simulering av den opprinnelige ringledningen som er verifisert med eksperimenter. Simuleringene viste en forbedring av falltap ringledningen. I utløpet til dysene ble det observert ugunstig strømning, men dette er antatt å være grunnet feil i modellen. Den hydrauliske virkningsgraden til de testede skovlene ble funnet å være lavere enn på de beste Peltonturbinene på markedet.</p>

<p>Målene med oppgaven var meget sprikende, men alt ledet frem til en endelig design for en kontraroterende aksialturbin som i samarbeid med Lycro A/S skulle bunne ut i en mekanisk design. For å kartlegge de endelige designkriteriene for turbinen skulle det gjennomføres målinger i Førde, hvor falltap og vannføring skulle måles. Disse resultatene skulle brukes for å ferdiggjøre det hydrauliske designverktøyet som var påbegynt under prosjektoppgaven. Videre skulle en akselpakning montert i en tetningsrigg tenkt brukt i turbinen testes, hvor kjølebehovet var av interesse, samt at det skulle foreslås en løsning for kjøling gjennom akselen. I tillegg til dette skulle det ses på en løsning for drenasje av eventuelt lekkasjevann gjennom akselen. Det ble etter hvert klart at deler av oppgaven ville falle bort. Ved en tidligere testkjøring av tetningsriggen gikk denne varm og ble ødelagt, og det var ikke ønske om å gå videre med denne. Samtidig ble feltmålingene utsatt og til slutt droppet på grunn av utsettelser i arbeidet som måtte gjøres i Førde før målingene kunne finne sted. Dette betød at en rekke antakelser måtte gjøres i forhold til designkriteriene for turbinen. Falltapet ble estimert, og for rørgaten som allerede eksisterer i Førde ble det konkludert med at rørdiameteren er alt for liten slik at alt trykket gikk bort i tap, og det ble etter hvert bestemt at et nytt rør må legges. En hydrologisk oversikt ble gjennomført under prosjektoppgaven høsten 2009 for å finne estimert vannføring. Designverktøyet baserer seg på et regneark av Torbjørn Nielsen linket opp mot AutoDesk Inventor. Det ble under prosjektoppgaven lagt vekk på ledeskovldesign, mens det nå er mulig å få et visuelt inntrykk av hele turbinen ut fra designparametere. Mengden kjølevann og behovet for drenering av lekkasjevann ble funnet å være veldig lite, men over tid kan dette bli et stort problem og slite unødig på turbinen. Ved å lage et hull gjennom akselen kan begge problemene løses uten alt for store inngrep i turbindesignet.</p>

<p>En teststasjon for aksialvifter har blitt etablert på strømningsteknisk laboratorium ved Institutt for Energi og Prosessteknikk på NTNU. Teststasjonen er satt opp med utstyr og programvare for testing av skyvkraft, tilført effekt, hastighetsmålinger, turtall og støy. Gjennom disse parametrene kan blant annet viftens virkningsgrad beregnes. En innløpskon har blitt konstruert for å bedre viftehusets innløpsbetingelser og testing av innløpskonen er gjennomført. Instituttet disponerer to propeller med ulik design som har blitt nøye testet. Det er samtidig utviklet egne propelldesign med utgangspunkt i vingeteori og prinsipper for godt propelldesign. Det egne designet brukes som et sammenlikningsgrunnlag for de to propellene som allerede eksister ved instituttet. Det er også foreslått endringer for å bedre virkningsgraden til de to eksisterende propellene.</p>

<p>En teststasjon for aksialvifter har blitt etablert på strømningsteknisk laboratorium ved Institutt for Energi og Prosessteknikk på NTNU. Teststasjonen er satt opp med utstyr og programvare for testing av skyvkraft, tilført effekt, hastighetsmålinger, turtall og støy. Gjennom disse parametrene kan blant annet viftens virkningsgrad beregnes. En innløpskon har blitt konstruert for å bedre viftehusets innløpsbetingelser og testing av innløpskonen er gjennomført. Instituttet disponerer to propeller med ulik design som har blitt nøye testet. Det er samtidig utviklet egne propelldesign med utgangspunkt i vingeteori og prinsipper for godt propelldesign. Det egne designet brukes som et sammenlikningsgrunnlag for de to propellene som allerede eksister ved instituttet. Det er også foreslått endringer for å bedre virkningsgraden til de to eksisterende propellene.</p>

<p>The authors of this paper were responsible for aerodynamic development of, as well as assisting in the production of components for, the NTNU vehicle for the Shell Eco-marathon competition, DNV Fuel Fighter. A drag reducing end extension, with the intent of delaying flow separation, was designed, produced and mounted on the vehicle. Due to wind tunnel breakdown the final product could not be tested, but the prototype was measured to give a drag reduction of between 8% and 15% for 0 to 15 degrees yaw angle. During the competition the team did not complete an approved run due to technical difficulties with the propulsion and the electronic control system.</p>

<p>The authors of this paper were responsible for aerodynamic development of, as well as assisting in the production of components for, the NTNU vehicle for the Shell Eco-marathon competition, DNV Fuel Fighter. A drag reducing end extension, with the intent of delaying flow separation, was designed, produced and mounted on the vehicle. Due to wind tunnel breakdown the final product could not be tested, but the prototype was measured to give a drag reduction of between 8% and 15% for 0 to 15 degrees yaw angle. During the competition the team did not complete an approved run due to technical difficulties with the propulsion and the electronic control system.</p>

<p>In order to map the effects of blockage and aspect ratio, pressure distributions were measured around four different floor-mounted semi-circular cylinders in nominally two-dimensional flow. Diameters ranged from 0.05m to 0.30m for 0.3·10^5<3.5·10^5. No significant blockage effects were found for B=0.05. It was shown that by using the bulk flow velocity as the reference velocity, blockage and aspect ratio effects could be partially counteracted. The use of the bulk flow velocity was identified to be especially efficient in correcting the base pressure coefficient, but led to a larger variation of the minimum pressure coefficient with Re, for a given blockage ratio. Results also indicate that blockage is the governing factor of the base pressure coefficient for L/D>10, while the aspect ratio has the largest influence below this threshold. Separation bubbles occur in a manner similar to that of circular cylinders. The results do, however, indicate that the progression from laminar separation to purely turbulent separation may be accelerated by increased blockage. Further, the speed up over the cylinder was found to be approximately constant for a given blockage, and proportional to the square root of the blockage.</p>

<p>Two rigs have been developed and built to measure thermal conductivity and permeability for porous materials. The intention of the rigs is to investigate the properties of some hydrogen adsorption materials. The materials are only available in small volumes which have been taken into consideration under the development. Fourier’s law of heat conduction has been used as a basis for the development of the thermal conductivity rig. A cylindrical geometry with centered heater was chosen to ensure that all heat must be transported through the specimen. The temperature and heat distribution have been evaluated numerically to find the required insulation on top and bottom. Based on the chosen insulation, the rig is able to measure the conductivity for specimens with minimum conductivity of 0.1 W/mK. To make the rig capable of measurements at different temperatures, a side wall cooling system has been developed where fluid is transported on the outer side of the rig. Depending on the coolant fluid, the rig is capable of measurements within a wide temperature range. Liquid nitrogen and tap water have been used in the measurements where the lowest measurement was performed at -137degC. The uncertainties have been determined where the positioning of the thermocouples have been shown to be most affecting due to the small dimensions of the rig. The results have an uncertainty of +-10%. The permeability rig have been developed using the principles of Darcy’s law. To estimate the magnitude of the flow rate and pressure loss for a given material, a set of empirical equations has been used. Based on the estimations it turned out that great variations in pressure loss can be expected depending on the pore size diameter of the material. They also stated the validation of Darcy’s law which is for slow viscous flow only. The uncertainties in the equipment have been estimated and indicated that results can be obtained with an uncertainty less than 10%. The measurements pointed out that the geometry of the rig should be modified as the pressure loss turned out to be too small. Due to delays, the adsorption materials were not available when the rigs were ready for measurements; therefore, other materials were chosen to test the rigs. The permeability results has been compared to the estimation based on the pore size diameter of the materials. For the conductivity rig, the results were harder to verify since the properties such as porosity and conductivity of the solid phase not were known.</p>

<p>Numeriske simuleringer blir utført for å undersøke hvordan swirlstrømning kan bidra til trykktapsreduksjon over rørbend. Fire individuelle sammenligninger gjøres først mot publiserte eksperimentelle data av Eggels, Wu & Moin, og Anwer & So, hvor strømningene har fellestrekk med denne oppgaven. Dette av den grunn at det ikke eksisterer talldata for swirlstrømning i dobbeltbend, samt til den hensikt å skaffe til veie erfaring rundt oppsett av numeriske skjema og turbulensmodeller for denne typen strømning. Det gjennomføres simuleringer for swirltall 0.5 og 1, og for ordinær rett rørstrømning, for bendradier 0.75D, 1D, 1.5D, 2D og 3D, for henholdsvis Re = 63300 og Re = 316000. Det utformes også en intern statisk swirlgenerator med 6 blader og 102 graders vridning. Resultatene viser at det er en korrelasjon mellom swirl og reduksjon av trykktap, ved at innsnevringer og områder med tilbakestrømning, som oppstår i en ordinær rett rørstrømning, reduseres betydelig. Total trykktapsreduksjon sammenlignet med rett rørstrømning, oppnås best i rørsystemer med flere påfølgende bend. Det vises også at bevaring av tangentiell hastighet gjennom dobbeltbend i to plan er avhengig av swirlretning og rørgeometriens retning i forhold til denne.</p>