This paper presents the process of shaping a nozzle which is applied in containers for loose materials especially as augmented equipment for pneumatic pulsators. Pneumatic pulsators are applied in chemical, food, and energy plants to unchoke loose material from container outlets. In pulsators a pneumatic shock phenomenon is utilized to destroy loose material structures and vaults creations. This process prevents blockages during the transport of materials, decreases the plant operating costs, limits the energy consumption and improves the work safety. Directional nozzles are applied to adjust airflow parameters for the loose material specification and container wall shape. The main task of these nozzles is to enhance efficiency of the pneumatic shock phenomenon and also appropriate energy transfer of this shock into the loose material. Therefore, it is necessary to employ methods for the limitation of pressure drop in the nozzle. Pressure drop is a benchmark of energy loss, which is transferred into the loose material. A continuous adjoint method is utilized to optimize the topology of the sample pneumatic pulsator nozzle. While structure mechanics topology optimization with respect to tension or stiffness is a well-established concept, the application of that concept in the field of computational fluid dynamics in general began in 2003. The method allows to decrease the pressure drop and to increase the flow field uniformity in a closed channel by applying the Darcy's law of porous media in the computation fluid dynamics equations. Application of the method is presented in the paper to optimize the shape of the pneumatic pulsator nozzle by using the two-dimensional numerical model. There are indicators that should be employed to optimize the nozzle design.
Artykuł prezentuje proces kształtowania dyszy, która jest stosowana w zbiornikach magazynujących, a dokładniej jako osprzęt pulsatorów pneumatycznych. Pulsatory pneumatyczne są stosowane w przemyśle energetycznym, chemicznym i spożywczym to udrażniania wylotów silosów na materiały sypkie. W pulsatorach wykorzystuje się zjawisko uderzenia pneumatycznego w celu zniszczenia struktury materiału sypkiego oraz tworzących się sklepień. Proces ten zapobiega blokadom i zatrzymaniom na liniach transportowych materiałów, obniża koszty działalności, ogranicza zużycie energii oraz poprawia bezpieczeństwo pracy. Dysze kierunkowe są stosowane do dostosowania parametrów przepływającego powietrza do specyfiki materiału sypkiego oraz do kształtu ściany silosu. Głównym zadaniem tych dysz jest zwiększenie efektywności uderzenia pneumatycznego, a także właściwe przekazanie energii uderzenia do materiału sypkiego. W związku z tym konieczne jest zastosowanie metod, które pozwolą ograniczyć spadek ciśnienia w dyszy. Spadek ciśnienia jest wskaźnikiem obrazującym straty energetyczne. Metoda sprzężenia ciągłego jest stosowana do optymalizacji topologii przykładowej dyszy pulsatora pneumatycznego. Podczas, gdy w mechanice bryły sztywnej optymalizacja topologii ze względu na sztywność i naprężenia jest już dobrze rozpoznanym tematem, zastosowanie tej koncepcji w mechanice płynów zapoczątkowane zostało dopiero w 2003 roku. Metoda pozwala na obniżenie spadku ciśnienia i na wzrost jednorodności pola przepływu w kanałach zamkniętych poprzez zastosowanie prawa Darcy’ego dla materiałów porowatych do równań mechaniki płynów. W artykule przedstawiono zastosowanie metody sprzężenia ciągłego do optymalizacji kształtu dyszy pulsatora pneumatycznego poprze użycie dwuwymiarowego modelu. Wskazano możliwości optymalizacji kształtu projektu dyszy.