Energy balance of the airflow boundary layer in the brake disc ventilation

Airflow through the brake disc ventilation causes the formation of a boundary layer at the walls. It affects both the dynamic processes related to air exchange in the space between the walls and thermal processes associated with air insulation of the heated surfaces of the ventilation ducts. The present paper aims to develop a model for calculating plane airflow in a ventilation duct in polar coordinates. Using the Navier-Stokes equations and the equations of the energy balance of the airflow boundary layer, we succeeded in determining the elements that affect the intensity of changes in the air masses in the boundary layer and the elements that are responsible for the thermal conductivity of the thermal boundary layer of the airflow. Besides, we obtained an energy balance equation, which takes into account the enthalpy and thermodynamic parameters of the thermal boundary layer, as well as found the possibilities of influencing the heat exchange processes by minimizing factors of the heat-insulating boundary layer. Finally, we specified the dependence of the boundary layer temperature on the temperature of the walls of the brake disc ventilation. The obtained dependences lay the ground for formulating variants of the influence on the heat-insulating boundary layer of the airflow, namely, the design of a forced air supply system at different angles of attack into the ventilation cavity of the brake disc or the manufacture of ventilation ducts with complex geometry.

Sound Reduction of Ventilation Ducts through Walls: Experimental Results and Updated Models

Ventilation ducts can have a negative effect on the sound reduction index between two rooms if they pass through the dividing structure without treatments. The overall sound reduction of a ventilation duct is dependent on several factors including the transmission loss when sound is breaking in and out from the duct. This study aims to model the sound reduction of a combined system with a separating wall and a ventilation duct through it. Three walls, characterized according to ISO 717-1, are combined with three different ventilation ducts, two circular and one rectangular with different dimensions. Laboratory measurement data are used to determine the sound reduction of the different configurations and the type of treatments needed for each configuration. A proposed model with existing theory for describing sound transmission losses of circular and rectangular ventilation ducts predicts the shape of the measurement data for many frequency bands. A new theory part is developed through an iterative process for circular ducts, which is based on measurements with previous methods and studies as a guide because the existing prediction scheme is somewhat perplexing. For rectangular ducts, the existing theory has been updated to better match measurement data. The application of the proposed theory and model in this article shows similar results when compared to measurements. The difference in weighted sound reduction index between developed theories and measurement data is 0–1 dB for every configuration.

Development of Pressure Distribution Model in Ventilation Ducts of the Brake Disc with Forced Cooling

В процессе вращения тормозного диска в вентиляционные каналы попадает воздушный поток, который охлаждает нерабочие поверхности тормозного диска. Для увеличения интенсивности теплообмена от нагретых поверхностей нередко используются системы принудительного охлаждения. Основной задачей систем принудительного охлаждения фрикционных узлов является снижение тепловой нагруженности. Теплоотдача от нагретых поверхностей тормозного диска зависит от количества смен охлаждающего воздуха, т. е. от пропускной способности вентиляционного аппарата. Параметрами, которые влияют на пропускную способность вентиляционного аппарата, могут быть как геометрические размеры, так и аэродинамические показатели (входное давление, координаты источника подачи охлаждаемого воздуха и угол его атаки).В статье приводятся теоретические исследования в виде модели распределения давления внутри вентиляционных каналов. Согласно разработанной модели внутри вентиляционных каналов в процессе вращения тормозного диска наблюдается инверсия давления. Это оказывает влияние на наполняемость вентиляционных каналов тормозного диска воздухом, а в дальнейшем – на тепловую нагруженность всего фрикционного узла. Ребро вентиляционных каналов в разрабатываемой модели распределения давления представляется как пластина, помещенная в воздушный поток под некоторым углом атаки. С помощью расчетного метода обосновано заключение о перепаде давления по всей длине ребра перегородки вентиляционного канала. Полученное распределение давления внутри вентиляционного аппарата возможно заменить результирующей силой. В зависимости от направления действия она может быть как вспомогательной силой при торможении, так и силой сопротивления. Направление действия результирующей силы зависит от сектора установки источника принудительной подачи охлаждающего воздуха. Для подтверждения теоретического изыскания о расположении источника подачи охлаждаемого воздуха было проведено компьютерное моделирование в программном модуле ANSYS Fluent. В рамках компьютерного моделирования исследовалось влияние расположения источника потока воздуха на распределение давление внутри вентиляционных каналов тормозного диска. Полученные результаты позволяют говорить о влиянии расположения источника охлаждающего воздуха на распределение давления внутри вентиляционного аппарата тормозного диска. Это подтверждает гипотезу о том, что координаты источника воздуха и угол атаки могут являться параметрами для оптимизации при создании систем принудительного охлаждения. Помимо этого результата компьютерное моделирование в модуле ANSYS Fluent на основании CFD-модели позволило предложить точки приложения результирующих сил относительно длины вентиляционного канала в зависимости от координат расположения источника принудительной подачи воздуха.Теоретические выкладки подтверждаются как расчетным методом с подстановкой исходных данных в модель распределения, так и методом компьютерного моделирования вентилируемого тормозного диска. Результаты исследований могут дать оценку эффективности оптимизации систем принудительного охлаждения с точки зрения установки источника подачи воздуха и распределения давления в радиальных вентиляционных каналах тормозного диска.

Intensification of loosening of asbestos fibers by means of hydromechanical processing

Acceptance of high-quality aqueous suspensions based on chrysotile asbestos is an urgent technical task in a number of industries. Asbestos-cement mortar is used as an asbestos-cement crust for insulation of walls and other building surfaces, due to this composition of the treated surfaces perfectly retain heat, resistant to moisture, and most importantly - asbestos fibers contribute to the smoothness of the surface and crack is not formed. No less popular is the use of asbestos-cement mortar with a high content of asbestos in the insulation of ventilation ducts and pipelines. This composition of asbestos-cement mortar is used to strengthen the joints of asbestos-cement pipes, as well as as a filler in the laying of cast iron pipes to give the joints additional elasticity. Asbestos-cement mortar has plasticity, resistance to stretching and reinforcement of asbestos, as well as strength and versatility in the use of cement. Due to these properties, asbestos and cement perfectly adhere to each other to obtain a durable, strong, frost-resistant, virtually waterproof and fire-resistant building material. The result of the microscopic examination is reason to believe that from the technological process of production of slate can be removed electromechanical mixer for the preparation of a solution of asbestos + water + portland cement. In this case, given the fact of continued loosening of asbestos in the preparation of the mold mixture of asbestos + water + portland cement, it will be sufficient to ensure the degree of loosening of asbestos in the ripper at the minimum required level (for example, not more than 85%). It is assumed to obtain a mold mixture with a high degree of homogeneity of the components with reduced costs of Portland cement due to its physico-chemical activation by hydraulic fluxes.

Unmanned aerial systems (UAS) in urban search and rescue-methodology, capacity development, and integration

This paper’s purpose is to establish a methodological basis for using unmanned aerial vehicles (UAV) in urban search and rescue (USAR). Modern USAR operations involve the location, rescue (extrication), and initial medical stabilization of individuals trapped in confined spaces or places with complicated access, eg, high structures. As a part of the ongoing modernization process, this paper explores possible options for UAV utilization in USAR operations. Today, UAV are already taking part in support emergency operations all over the world, and possible forms of operation for UAV in USAR environment can be in two primary modes: on-site and logistic chain. The on-site mode includes various capabilities of multilayer UAV array, mostly based on enhanced visual capabilities to create situational awareness and to speed-up search and rescue (SAR) process including using nanodrones for entering into confined places, ventilation ducts, and underground sewer channels can give to rescue teams’ opportunities to have eyes within ruins even before initial clearing process. Cargo drones will be able to bring equipment directly to high floors or roadless areas in comparison to wheeled transportation. The advantages of cargo drones operation are the ability of autonomous flight based on GPS or homing beacon and ability to provide logistics supports without involving additional personnel and vehicles and with no dependence on road conditions.