let. - vol. 48 (2002) {t. - no. 4 STROJNIŠKI VESTNIK JOURNAL OF MECHANICAL ENGINEERING strani - pages 193 - 242 ISSN 0039-2480 . StrojV . STJVAX cena 800 SIT 1. Primernost reakcije magnezijevega oksida z vodo za uporabo v kemi~nem -h-r--a-lnilniku toplote The Suitability of Magnesium and Water for Use Storage nesium Oxide Chemical Heat Ra~unsko re{evanje inverznega problema oblikovanja nadzvo~ne {obe ------- A Numerical Solution to the Inverse Problem Design Supersonic-Nozzle 4. Naprava s pnevmati~no aktivno povr{ino: Razvoj prototipa in Ljapunovova analiza stabilnosti ------- A Pneumatic Active-Surface Device: Prototype De Stability Analysis Projektna naloga kot strategija vzgojno-izobra`evalnega dela ------- The Project Task as a and Lyapunov Strategy for Education-Training Activities ------------------------1- 00 -a- ----------------U5 CO *- O) in of © Strojni{ki vestnik 48(2002)4,193 Mese~nik ISSN 0039-2480 © Journal of Mechanical Engineering 48(2002)4,193 Published monthly ISSN 0039-2480 Vsebina Contents Strojni{ki vestnik - Journal of Mechanical Engineering letnik - volume 48, (2002), {tevilka - number 4 Razprave Kato, Y, Cerkvenik, B., Minakami, A., Yoshizawa, Y.: Primernost reakcije magnezijevega oksida z vodo za uporabo v kemičnem hralnilniku toplote 194 Martinis, V., Matijaševič, B., Tukovič, Ž.: Računsko reševanje inverznega problema oblikovanja nadzvočne šobe 210 Uran, S., Šafarič, R., Winther, T.: Naprava s pnevmatično aktivno površino: Razvoj prototipa in Ljapunovova analiza stabilnosti 218 Papotnik, A.: Projektna naloga kot strategija vzgojno-izobraževalnega dela 234 Osebne vesti Navodila avtorjem 240 241 Papers Kato, Y, Cerkvenik, B., Minakami, A., Yoshizawa, Y: The Suitability of Magnesium Oxide and Water for Use in Chemical Heat Storage Martinis, V., Matijaševič, B., Tukovič, Ž.: A Numerical Solution to the Inverse Problem of Supersonic-Nozzle Design Uran, S., Šafarič, R., Winther, T: A Pneumatic Active-Surface Device: Prototype Design and Lyapunov Stability Analysis Papotnik, A.: The Project Task as a Strategy for Education-Training Activities Personal Events Instructions for Authors stran 193 glTMDDC © Strojni{ki vestnik 48(2002)4,194-209 © Journal of Mechanical Engineering 48(2002)4,194-209 ISSN 0039-2480 ISSN 0039-2480 UDK 621.577:546.46:54-31:536.66:662.995 UDC 621.577:546.46:54-31:536.66:662.995 Izvirni znanstveni ~lanek (1.01) Original scientific paper (1.01) Primernost reakcije magnezijevega oksida z vodo za uporabo v kemi~nem hralnilniku toplote The Suitability of Magnesium Oxide and Water for Use in Chemical Heat Storage Yukitaka Kato - Bo{tjan Cerkvenik - Atsushi Minakami - Yoshio Yoshizawa Zaradi velikih gostot energije lahko kemične toplotne črpalke uporabimo tudi kot hranilnike toplote. Z uporabo povračljivih kemičnih reakcij, s krmiljenjem toka tekočine, ki reagira, lahko toploto shranimo in sproščamo glede na zunanje potrebe. V primeru zadovoljive ponovljivosti lahko kemične reakcije uporabimo v hranilnikih toplote, ki se lahko vključijo v sedanje kogeneracijske sisteme. Z uporabo kemične toplotne črpalke lahko uravnotežimo obremenitev kogeneracijskih sistemov. Odvečno toploto v času manjšega odjema toplote s kemično reakcijo shranimo v hranilniku, v času koničnih obremenitev pa jo sprostimo s povratno reakcijo. V tem prispevku je govor o izvedljivosti kemične toplotne črpalke, ki uporablja reakcijo magnezijevega oksida z vodo. V tem primeru lahko med reakcijo dehidracije magnezijevega hidroksida toploto shranimo pri temperaturi 300 °C do 400 "C, ali jo med hidracijo magnezijevega oksida oddamo pri temperaturi 100 °C do 200 "C. Da bi preverili uporabnost magnezijevega hidroksida kot reakcijskega sredstva za toplotne črpalke, smo eksperimentalno izvedli reakcijski postopek v območju tlakov med 30 kPa in 203 kPa. Kot reaktorsko sredico v valjastem reaktorju smo uporabili posebej pripravljen reaktant - Mg(OH) 2, z dobro večkratno ponovljivostjo reakcije. Krog delovanja naprave je sestavljen iz endotermnega postopka dehidracije magnezijevega hidroksida ter eksotermnega postopka hidracije magnezijevega oksida. Krog smo ponavljali v različnih obratovalnih razmerah, ki so značilne za delovanje hranilnika toplote v kogeneracijskem sistemu. Med postopkom reakcije smo v obeh smereh merili razporeditev temperature ter reagiran delež v reaktorski sredici. Na koncu smo preverili tudi dejansko izvedljivost reaktorja ter povprečno specifično moč reaktorja. © 2002 Strojniški vestnik. Vse pravice pridržane. (Ključne besede: črpalke toplotne kemične, shranjevanje energije, oksidi magnezijevi, kogeneracija) Because of their high energy density, chemical heat pumps are an interesting possibility for heat storage. With reversible chemical reactions the heat can be stored or released on demand by controlling the flow of the reactive fluid. If they prove to have satisfactory repeatability, the reversible reactions can also be used in a heat storage system for cogeneration systems. In this way it would be possible to even out the load of the cogeneration system: in a period of low heat demand the surplus heat is stored with the chemical reaction in the heat storage and during a peak load period it can be released with the reverse reaction. In this paper we discuss the operation of a chemical heat pump that uses the reaction between magnesium oxide and water. In this case the heat can be stored with a dehydration process at about 300-400 oC and released with a hydration process at about 100-200 oC. In order to test the potential of magnesium hydroxide as a reactive medium for heat pumps we performed reaction experiments over a range of operation pressures between 30 kPa and 203 kPa. For the experiment, a specially prepared reactant with good properties for repetitive operation was packed in a cylindrical reactor. The experimental cycle consisted of an endothermic dehydration of the magnesium hydroxide for the heat storage, and an exothermic hydration of the magnesium oxide for the heat release. The cycle is repeated under various operating conditions that are characteristic for a heat-storage operation of a cogeneration system. Both directions of the reversible reaction were studied by measuring the reactor-bed temperature distribution and the reacted fraction changes. We conclude with a discussion of a practical application and the mean heat output rate of the reactor. © 2002 Journal of Mechanical Engineering. All rights reserved. (Keywords: chemical heat pumps, heat storage, magnesium oxide, cogeneration) VBgfFMK stran 194 Kato Y. - Cerkvenik B. - Minakami A. - Yoshizawa Y.: Primernost reakcije - The Suitability 0 UVOD Prispevek poskuša predstaviti uporabnost povračljivih reakcij v kemičnih toplotnih črpalkah, ki bi jih uporabili za izkoriščanje presežkov toplot v kogeneracijskih sistemih ter za dvig energijske učinkovitosti tovrstnih sistemov. Kemična toplotna črpalka, s katero spreminjamo temperaturno raven toplote z uporabo kemičnih reakcij, je eden izmed načinov za shranjevanje in izkoriščanje toplote. Zaradi zadovoljive ponovljivosti ter razmeroma velike gostote energije smo naše delo osredotočili na povračljive reakcije kovinskih oksidov z vodo. Osnove kinetike reakcij magnezijevega in kalcijevega oksida z vodo, ki sta v našem primeru najbolj zanimivi, je predstavil Hartman [1]. Fujii je opravil osnovne meritve primernosti kalcijevega oksida za shranjevanje energije [2]. Kasneje je za isto reakcijo objavil tudi eksperimentalne rezultate o dinamiki procesa hidracije in dehidracije [3]. Kinetiko kemične reakcije kalcijevega oksida z vodo, ki jo lahko uporabimo v kemični toplotni črpalki za izkoriščanje odvečne toplote, je predstavil tudi Kamimori [4]. Poleg tega je Ogura [5] reakcijo tudi eksperimentalno preveril za primer uporabe v sušilnem sistemu. Nasprotno je Cerkvenik [6] uporabil reakcijo kalcijevega oksida z vodo za hlajenje. Zaradi nizkih delovnih tlakov, do 15 mbar, ki povzročajo manj intenziven prenos snovi do reakcijskih mest v reaktorju, in zaradi nizke toplotne prevodnosti kalcijevega oksida je uporabil novo grafitno matrično strukturo. Zaradi grafita v matrici se toplotna prevodnost reaktorske sredice v primerjavi s samim oksidom poveča. Poleg tega je v drugih delih ([7] in [8]) predstavil uporabo kalcijevega oksida kot soli v krovnem postopku kaskadne sorpcijske naprave. S tem korakom lahko dosegamo višja toplotna grelno-hladilna števila (GHŠ - COP) kakor s samostojno napravo. Standardne delovne temperature so med dehidracijo 500 °C do 600 °C (shranjevanje energije) in med hidracijo 200 °C do 300 °C (uporabo energije). Kinetika kemične toplotne črpalke z magnezijevim oksidom/vodo je bila že predstavljena [9]. Na podlagi ravnotežne krivulje je bilo ugotovljeno [9], da lahko toplotnačrpalka z magnezijevim oksidom/ vodo shranjuje odpadno toploto pri temperaturi 300 °C ter jo oddaja v večji količini pri temperaturah med 100 °C in 150 °C, če delujemo v podtlaku. Za boljšo ponovljivost reakcije je bil magnezijev oksid posebej pripravljen v zelo fini prašni obliki ([10] in [11]). Da bi preverili uporabnost tako pripravljenega magnezijevega oksida, smo izvedli laboratorijsko eksperimentalno napravo ([12] in [13]). Da preverimo praktično uporabnost toplotne črpalke, je treba eksperimentalno napravo natančno pripraviti. Razlog je zahteven termodinamičen sistem v reaktorju zaradi poteka kemične reakcije, ki vključuje prenos toplote in snovi. Za delovanje eksperimentalne 0 INTRODUCTION In this paper we attempt to show how it might be possible to use surplus heat and the reversible reaction in a chemical heat pump to enhance the energy efficiency of a cogeneration system. A chemical heat pump, which manages the heat transformation via a chemical reaction, is one of the possibilities for a heat-storage and heat-utilisation system. Because of the satisfactory repeatability of the reversible reactions between metal oxides and water and their relatively high heat density our work has focused on these reactions. The basic reaction kinetics of the reactions between water and the oxides of magnesium and calcium have already been reported [1]. Fujii has performed basic measurements on calcium oxide as a heat-storage medium [2] and published the experimental results on hydration and dehydration process dynamics [3]. The reaction between calcium oxide and water as a heat-storage system for utilising surplus energy has also been discussed kinetically [4]. In addition, the same reaction was examined experimentally by Ogura et al. [5] as a drying system. In contrast, Cerkvenik [6] used the reaction between calcium oxide and water for cooling purposes. Because of the low operating pressures of less than 15 mbar, which causes a less intense mass transport to the reaction sites in a reactor, and because of the low thermal conductivity of the calcium oxide, he used a novel graphite matrix structure. As a result of the graphite in the matrix the thermal conductivity of the reactor bed, which is low when only the salt is used, was increased. In other works ([7] and [8]) he used calcium oxide as a topping cycle in a cascading sorption device. With this step a higher heating/cooling ratio COP could be reached, similar to a stand-alone device. The standard operating temperatures are 500-600 °C for dehydration (heat storage) and 200°C for hydration (heat utilization). A chemical heat pump using magnesium oxide and water was described in terms of reaction kinetics [9]. A thermobalance experiment showed that the magnesium oxide and water heat pump is capable of storing waste heat at around 300 oC and rejecting the stored heat between 100 and 150 oC for sub-atmospheric pressures. To improve the repeatibility of the reaction a new reactant made from ultra-fine magnesium-oxide powder and purified water was prepared ([10] and [11]). A laboratory-scale heat pump was setup to observe the heat-storage ability for a particular type of reactant in the reactor ([12] and [13]). A detailed bed-reactor experiment is necessary in order to evaluate the practical performance of the heat pump because the reactor bed is a complex thermodynamic system in which chemical reactions involving heat and mass transfer proceed simultaneously. The experimental heat-pump | lgfinHi(š)bJ][M]lfi[j;?n 02-4______ stran 195 I^BSSIfTMlGC Kato Y. - Cerkvenik B. - Minakami A. - Yoshizawa Y.: Primernost reakcije - The Suitability naprave v prejšnjih študijah ([12] in [13]) je bilo potrebno mehansko delo zaradi omejitve izvedbe kondenzacije med postopkom shranjevanja toplote. Da smo se izognili neekonomični rabi energije, smo rabo mehanske energije izločili. Poleg tega je nov preskus zasnovan pri visokih tlakih, ki so potrebni, če želimo kemično toplotno črpalko uporabiti v kogene-racijskem sistemu. 1 SHRANJEVANJE ENERGIJE V KOGENERACIJSKEM SISTEMU Namen raziskav kemičnih toplotnih črpalk je povečanje energijske učinkovitosti običajne kogeneracije z uporabo zmožnosti kemičnega shranjevanja energije. Običajni kogeneracijski postroj, ki je predstavljen na sliki 1a, uporablja dizelski agregat ali malo plinsko turbino za proizvodnjo električne energije ter toploto motorja in izpušnih plinov za proizvodnjo toplote. Ker se ponavadi poraba toplote ne ujema z enakomerno proizvodnjo električne energije, moramo večje količine odvečne toplote občasno odvajati v okolico. a) kogeneracijski postroj cogeneration engine električna energija electricity > power apparatus in the previous study ([12] and [13]) required mechanical work because of a design restriction on the condensation in the heat-storage process. To avoid uneconomical energy consumption, the use of mechanical work must be avoided. Moreover, a study of the heat-output operation under higher pressures is also required to expand the applicability of the heat pump for use with the cogeneration system. 1 HEAT STORAGE IN A COGENERATION SYSTEM In our case the chemical heat pump is developed to enhance the energy efficiency of a conventional cogeneration system by using its chemical heat-storage ability. A conventional cogeneration system, which is shown in Figure 1a, uses a diesel engine or micro-gas-turbine for the electrical output and the heat from the engine or the exhaust gases for the heat output. However, because the demand for the electrical output is generally inconsistent with that of the heat output, a large amount of surplus heat is occasionally discharged into the environment. b) A toplota dimnih plinov exhaust heat odvzem toplote heat rejection postopek-1 process-1 odvečna toplota surplus heat V okolica / environment kogeneracijski postroj cogeneraration engine električna energija electricity power kemični hranilnik toplote / chemical heat storage odvzem toplote heat rejection postopek-2 process-2 postopek-1 process-1 I postopek-3 process-3 okolica / environment Sl. 1. Uporaba kemičnega toplotnega hranilnika v kogeneracijskem sistemu. (a) toplotni tokovi v običajnem kogeneracijskem sistemu, (b) toplotni tokovi v primeru kombiniranega sistema kogeneracije in kemičnega hranilnika toplote Fig. 1. Application of a chemical heat-storage system in a cogeneration system: (a) thermal flow of a conventional cogeneration system, (b) thermal flow of a combined system for chemical heat storage and cogeneration Z uporabo kemičnega hranilnika toplote lahko povečamo učinkovitost porabe grelne toplote kogeneracijskega sistema. Predlagan sistem je predstavljen na sliki 1b. Hranilnik toplote deluje izmenično, v načinu shranjevanja in načinu sproščanja toplote. Ko poteka v reaktorju hranilnika toplote endotermni proces, hranilnik polnimo (način shranjevanja toplote) z uporabo odvečne toplote, ki je na voljo iz kogeneracijskega postroja. V načinu With the use of chemical heat storage the energy efficiency of a cogeneration system could be enhanced. The proposed system is shown in Figure 1b. The heat storage is operated in batch mode between heat-input mode and heat-output mode. In the heat-input mode an endothermic dehydration reaction takes place in the heat-storage reactor by consuming the surplus heat that is generated in the cogeneration system. In the heat-output mode an VH^tTPsDDIK stran 196 Kato Y. - Cerkvenik B. - Minakami A. - Yoshizawa Y.: Primernost reakcije - The Suitability praznjenja (sproščanje toplote) v reaktorju hranilnika toplote poteka eksotermna reakcija hidracije, zaradi česar se sprošča reakcijska toplota. Ker lahko kemični hranilnik shrani toploto za dalj časa v obliki ločenih kemičnih reaktantov in ker lahko spreminjamo temperaturo reakcije z izbiro reakcijskih pogojev, je omogočeno sproščanje toplote po potrebi na različnih temperaturnih ravneh. Rezultat tega je, da je toplota s kemičnim hranilnikom toplote bolj izkoriščena kakor z običajnim sistemom hranilnika toplote. 1. 1 Shranjevanje toplote z uporabo povraČljivih reakcij Učinkovitost sistema shranjevanja energije temelji na termodinamičnih lastnostih materialov, ki jih uporabimo za shranjevanje. V primeru uporabe reakcij v hranilnikih energije sta potrebni lastnosti velika gostota shranjevanja energije in povračljivost reakcij. Na sliki 2 smo pripravili primerjavo gostote energij fizikalnih in kemičnih sprememb, ki jih lahko uporabimo za shranjevanje energije. Pri primerjavi ne bomo upoštevali dejstva, da je gostota shranjevanja energije v vseh sistemih v veliki meri odvisna od zgradbe posod za shranjevanje energije. Vsaka dodatna masa, ki je potrebna za delovanje sistema, npr. masa prenosnika toplote ali masa sekundarne tekočine, zmanjša dejansko gostoto shranjevanja energije. Gostota energije je v primeru kemičnih sprememb razmeroma večja od gostot v primeru fizikalnih sprememb. Kemične spremembe, npr. oksidacija, so nepovračljive ter tako težko uporabne za krožno delovanje hranilnika toplote. Zato je pričakovano, da imajo povračljive kemične reakcije potencial za shranjevanje energije v sistemih izkoriščanja energije prihodnosti. Med fizikalnimi spremembami so adsorpcijski in absorpcijski postopki po gostoti shranjevanja energije najbolj zanimivi. Obstaja že več študij o uporabnosti zeolitov in podobnih materialov za shranjevanje grelne ali hladilne toplote ([14] in [15]). Zeoliti so zaradi relativno velike gostote energije okoli 3200 kJ/kg adsorbirane vode, dostikrat uporabljani v tovrstnih sistemih. Nasprotno je zanimanje za absorpcijski hranilnik toplote, v obliki ločenega topila in močne raztopine, manjše. V določenih primerih se ju uporablja za premagovanje nestalne razpoložljivosti pogonskega vira toplote ([16] in [17]). Da dosežemo povečanje celotne učinkovitosti kogeneracijskega sistema, lahko absorpcijski postopek uporabimo tudi drugače. Če absorpcijsko hladilno napravo uporabimo kot dopolnilni sistem k sedanjemu kogeneracijskemu sistemu ([18] in [19]), potem preraste sistem v zahtevnejši trigeneracijski sistem. Zanj je značilno, da lahko s hkratno porabo grelne toplote za ogrevanje in hlajenje, dosegamo večjo izkoriščenost razpoložljive toplote. exothermic hydration reaction process takes place in the reactor generating a reaction heat output. Because the heat-storage system can store heat for a long period in the form of separated chemical reactants, and the heat-output temperature can be varied by choosing the reaction conditions, then the heat output can be supplied on demand at various temperature levels. As a consequence, the surplus heat in the chemical heat storage is utilized more efficiently than with a conventional heat-storage system. 1. 1 Heat storage using a reversible chemical reaction The thermal performance of a heat-storage system depends on the thermodynamic properties of the heat-storage materials. The reactions in heat-storage systems require materials with a high heat-storage density and a reaction reversibility. In Figure 2 is a comparison of the energy densities of physical and chemical changes for heat storage. In this comparison we will not consider the fact that the density of the energy stored in all cases depends on the construction of the heat-storage vessels. Every additional mass that is required for the system’s operation, i.e. the mass of the heat exchanger or the mass of the secondary fluid, diminishes the practical energy density. The energy density of the chemical changes is higher than that of the physical changes. Chemical changes such as oxidation are irreversible and hard to apply in cyclic heat-storage operations. Thus, reversible chemical reactions are expected to have the most potential for heat storage in future energy-utilization systems. Of the physical changes the adsorption and the absorption processes are, because of their high energy density, the most interesting for heat-storage systems. There were already several studies using zeolites and similar materials for hot or cold storage ([14] and [15]). Due to the relatively high energy densities of about 3200 kJ/kg of water, zeolites are often used in such systems. In contrast, the interest in absorption heat storage in the form of a separated solvent and a strong solution is less. There is, however, some research into using this kind of storage for overcoming the discontinuous availability of a driving heat source ([16] and [17]). The absorption processes can also be used in a different way to improve the overall efficiency of the cogeneration system. If they are used to complement a standard cogeneration system ([18] and [19]), the cogeneration system expands to become a more complex trigeneration system. With such systems a simultaneous heat consumption during heating and cooling, and an increased exploitation of available heat, could be achieved. | lgfinHi(š)bJ][M]lfi[j;?n 02-4______ stran 197 I^BSSIfTMlGC Kato Y. - Cerkvenik B. - Minakami A. - Yoshizawa Y.: Primernost reakcije - The Suitability oksidacija / oxidation povračljiva reakcija reversible reaction nepovračljivi procesi irreversible processes adsorpcija / adsorption absorpcija / absorption fazna sprememba phase change občutena toplota sensible heat Sl. 2. Primerjava gostote energije kemičnih in fizikalnih postopkov, ki se lahko uporabijo za shranjevanje toplote Fig. 2. Comparison of the energy density of chemical and physical processes for heat storage Občutena toplota, ki pomeni občuteno segrevanje in ohlajanje snovi, in fazne spremembe so kot fizikalni postopki zelo razširjeni v običajnih sistemih shranjevanja toplote. Občutene toplote kot fizikalnega postopka ne moremo neposredno primerjati z drugimi postopki na sliki 2. Razlog je v tem, da je moč sistema, ki izkorišča občuteno toploto, odvisna od temperaturnega dviga toplote in ne od fizikalne ali kemične spremembe. Pri vseh drugih fizikalnih in kemičnih postopkih je prav tako navzoč postopek občutenega segrevanja in hlajenja. Zato lahko za samostojen postopek občutene toplote predpostavimo, da je gostota energije nižja kakor pri drugih postopkih ter postopek kot tak manj primeren za velike sisteme shranjevanja toplote. V nadaljevanju bo natančneje predstavljena povračljiva reakcija magnezijevega oksida in vode, ta se je izkazala kot najprimernejša za uporabo v kemičnem hranilniku toplote, ki bi ga lahko vezali na kogeneracijski sistem. Preostali kovinski oksidi, ki reagirajo z vodo [8], so zaradi previsokih delovnih temperatur v našem primeru neprimerni. 1. 2 Kemična toplotna črpalka z magnezijevim oksidom in vodo Kemično toplotno črpalko, ki uporablja povračljivo reakcijo magnezijevega oksida z vodo za shranjevanje in izkoriščanje energije, je teoretično raziskovalo že več avtorjev ([9], [20] in [21]). Kemični postopek v tovrstni toplotni črpalki temelji na naslednjem ravnotežju: Sensible heat (Fig. 2), which represents the sensible heating and cooling of matter, and the phase changes, is usually used in conventional heat-storage systems. Sensible heat, as a physical process, cannot be directly compared with the other processes in Figure 2. The reason is that the power of the system that uses the sensible heat depends on the temperature increase and not on a physical or chemical change. In the same way, sensible heating and cooling are present in all other processes. Therefore, we can assume that for an independent sensible process that the energy density is low in comparison with the other processes and that the process is less suitable for larger storage systems. In the following, the reversible magnesium oxide and water reaction, which is found to be the most appropriate for use in the heat-storage system as part of a cogeneration system, will be presented in more detail. This is due to the fact that the operating temperatures in the case of other metal-oxide reactions with water are far above the level that is required for a cogeneration system [8]. 1. 2 A chemical heat pump using magnesium oxide and water Chemical heat pumps that use a reversible magnesium oxide and water reaction to promote heat storage and energy utilisation have been examined by different authors ([9], [20] and [21]). The chemical process in such a heat pump is based on the following equilibrium: MgO(s)+H2O(g)^Mg(OH)2(s) DH° = - 81,0 kJ/mol H2O(g)^H2O(l) DH°2= - 40,0 kJ/mol (1), (2). Toplotna črpalka omogoča shranjevanje grelne energije med postopkom dehidracije magnezijevega The heat pump enables thermal energy to be stored via the dehydration of magnesium grin^(afcflM]SCLD ^BSfirTMlliC | stran 198 Kato Y. - Cerkvenik B. - Minakami A. - Yoshizawa Y.: Primernost reakcije - The Suitability hidroksida (smer v desno, enačba 1) in glede na potrebe sproščanje shranjevane energije s hidracijo magnezijevega oksida (smer v levo, enačba 1). Načelo delovanja je predstavljeno na sliki 3. Toplotna črpalka v osnovi sestoji iz dveh delov, reaktorja z magnezijevo soljo ter hranilnika z vodo. Med shranjevanjem toplote (sl. 3a) magnezijev hidroksid v reaktorju dehidriramo z odvečno toploto na temperaturni ravni Td. Para, ki se sprošča med dehidracijo, kondenzira v hranilniku z vodo na temperaturni ravni Tcd. Med sproščanjem toplote (sl. 3b) poteka v reaktorju hidracija magnezijevega oksida, pri čemer se sprošča toplota na temperaturni ravni Th. V uparjalniku -hranilniku z vodo, pa se voda uparja pri temperaturi T , za kar lahko uporabimo nizkotemperaturno toploto, npr toploto zunanjega zraka ali izpušnih plinov. a) H2 O(g) T d hydroxide (right direction, Equation 1) and then released on demand via the hydration of magnesium oxide (left direction, Equation 1). The principle of operation is shown in Figure 3. The heat pump consists of a reactor with a magnesium salt and a water reservoir. In heat-storage mode (Figure 3a) the magnesium hydroxide (Mg(OH)2) is dehydrated by surplus heat at the temperature Td. The generated vapour is then condensed in the reservoir at Tcd. In heat-output mode (Fig. 3b) the magnesium oxide is hydrated. The water vapour that is used in the reaction evaporates in the reservoir at the temperature Tev. A low-temperature heat source, which is required for the evaporation process, could be obtained from the surrounding air. b) Mg(OH)2 H O Th cd T h H2 O(g) MgO T e H2 O dehidracija kondenzacija hidracija uparjanje dehydration condensation hydration evaporation Sl. 3. Delovanje kemične toplotne črpalke: (a) shranjevanje toplote, (b) sproščanje toplote Fig. 3. Operation of chemical heat pump: (a) heat-storage mode, (b) heat-output mode Prednosti pred običajnim hranilnikom toplote sta višja temperatura in večja gostota shranjevanja odvečne toplote ali toplote dimnih plinov, zanesljivost, cenovna in ekološka sprejemljivost reaktantov ter dolgotrajno shranjevanje toplote. Pri tem ‘toploto’ hranimo v obliki ločenih reaktantov, npr. magnezijevega oksida in vode, ki sta ob ponovnem stiku po daljšem obdobju zmožna takojšnje reakcije. 2 PRESKUS Eksperimentalna, toplotno gnana kemična toplotna črpalka, ki je bila sestavljena v Raziskovalnem laboratoriju za nuklearne reaktorje na Japonskem, je predstavljena na sliki 4. Toplotna črpalka se sestoji iz reaktorja (1) v reakcijski komori in vodnega rezervoarja (10). Posodi sta povezani z gibljivimi cevmi (6) in zapornim ventilom (8). Temperaturi v obeh posodah krmilimo z električnimi grelniki (4) in (12) in dodatnim cevnim prenosnikom toplote (11). Para potuje med posodama samo zaradi tlačne razlike. Reakcijska komora je dodatno izolirana in ogrevana, kar omogoča krmiljenje zunanje temperature reaktorja. S spreminjanjem tlaka se spreminja tudi togost gibljive cevi (6), kar vpliva na merjenje teže reaktorja. The advantages of a chemical heat pump are the higher temperatures and energy densities of the stored heat; this is combined with reactant materials that are safe, economical and environmentally friendly. Besides this, a longer-term heat storage is possible than with conventional heat storage. This means that the ‘heat’ is stored in the form of separated reactants, e.g. magnesium oxide and water, which are capable of instant reaction when they are brought into contact after a long period. 2 EXPERIMENT A schematic diagram of our experimental, thermally driven chemical heat pump, which was built at the Research Laboratory for Nuclear Reactors, in Japan, is shown in Figure 4. The heat pump consists of a reactor (1) in a reaction chamber and a water reservoir (10). Both vessels are connected with a flexible tube (6) and a stop valve (8). The temperatures in the vessels are controlled with electric heaters (4) and (12). In addition, the temperature and thus the pressure in the reservoir are controlled with an additional heat-exchanger tube (11). The vapour is transported between the vessels through the stop valve by the pressure difference alone. The reaction chamber is additionally insulated and externally heated, which allows us to control the external temperature of the reactor. By changing the pressure the stiffness of the hose (6) changes and influences the weight gfin^OtJJIMISCSD 02-4 stran 199 | ^BSSITIMIGC Kato Y. - Cerkvenik B. - Minakami A. - Yoshizawa Y.: Primernost reakcije - The Suitability (12) Sl. 4. Shema eksperimentalne toplotno gnane kemične toplotne črpalke z magnezijevim oksidom in vodo: (1) reaktor v reakcijski posodi, (2) reaktant - reaktorska sredica, (3) termoelementi, (4) grelnik, (5) tehtnica, (6) gibljiva cev, (7) vakuumska črpalka, (8) zaporni ventil, (9) varnostni ventil, (10) hranilnik vode, (11) grelna cev, (12) grelnik, (13) tlačni pretvornik, (14) termostatirana kopel, (15) računalnik Fig. 4. Schematic diagram of an experimental, thermally driven, magnesium oxide and water, chemical heat pump: (1) reactor in a reaction chamber, (2) reactant - reactor bed, (3) thermocouples, (4) electric heater, (5) balance, (6) hose, (7) vacuum pump, (8) stop valve, (9) safety valve, (10) water reservoir, (11) heating tube, (12) electric heater, (13) pressure transducer, (14) thermostat bath, (15) computer Da smo se izognili dodatni merilni negotovosti, smo v prejšnjih meritvah določili odvisnost med spremembo teže ter obratovalnim tlakom. Reagiran delež smo izračunali po popravku izmerjene teže glede na obratovalni tlak. Na sliki 5 je predstavljen valjasti reaktor z reaktorsko sredico (2). Reaktor je narejen iz nerjavnega jekla, z notranjim premerom 50 mm ter višino 50 mm. Ob postavitvi je bilo v reaktorju 53g Mg(OH)2 s povprečnim premerom zrn 1,5 mm. Temperaturo v reaktorju smo vzdrževali z električnim grelnikom, ki je nameščen na zunanji površini reaktorja (3 na sliki 5). Termoelementi so nameščeni na različnih mestih v reaktorski sredici, kakor je prikazano na sliki 5. Za zmanjšanje toplotnih izgub smo reaktor pokrili z izolacijskim pokrovom. Tlak v reaktorju oz. tlak pare, ki smo ga merili s tlačnim pretvornikom, smo vzdrževali s krmiljenjem temperature v hranilniku z vodo. Zato smo uporabili dodaten prenosnik toplote in grelnik (11 in 12 na sliki 4). Da smo lahko določili hitrost reakcije, smo med meritvami s tehtnico merili spremembe teže reaktorja (5 na sliki 4). Magnezijev hidroksid, ki smo ga uporabili ob postavitvi preskusne naprave, smo pripravili iz zelo drobnega magnezijevega oksida v obliki prahu (povprečen premer delcev: 10nm, UBE Materials Co. Ltd.) ter vode. Prah magnezijevega oksida smo hidrirali s prečiščeno destilirano vodo ter zmleli v krogelnem mlinu. Po postopku hidracije smo gosto zmes posušili ter nastale kosmiče presejali. measurement. To eliminate the additional measurement uncertainty we separately determined the weight change that is induced by a pressure change and by operational pressure in earlier measurements. The reacted fraction is calculated after the weight change is corrected with regard to the operational pressure. In Figure 5 a detail of the cylindrical, packed-bed reactor (2) is presented. The reactor is made of stainless steel with an inner diameter of 50 mm and a height of 50 mm. At the beginning 53 g of Mg(OH)2 (average grain diameter of 1.5 mm) was charged in the reactor. The reactor’s temperature was maintained independently by the electric heater, which is mounted on the outer surface of the reactor (depicted as (3) in Fig. 5). Thermocouples were installed at various points in the reactor bed in order to measure the change in the bed temperature. The positions and notations of the thermocouples are depicted in Figure 5. A cap (4) was installed to enhance the thermal insulation of the upper bed surface. The reaction pressure, i.e. the pressure of the vapour, was monitored by a pressure transducer. The pressure level was maintained by controlling the temperature of the reservoir water using a heat-exchanger tube and an electric heater: (11) and (12) in Fig. 4. The weight change of the reactor during the measurements was measured directly with a balance: (5) in Fig. 4. The magnesium hydroxide that was used during the setting-up of the experimental device was produced from an ultra-fine magnesium-oxide powder (avg. particle diameter: 10 nm, UBE Materials Co. Ltd.) and water. The ultra-fine oxide powder was hydrated with purified water in a ball mill. After the hydration process, the pasty product was dried and the resulting flakes were sieved. grin^(afcflM]SCLD ^BSfirTMlliC | stran 200 Kato Y. - Cerkvenik B. - Minakami A. - Yoshizawa Y.: Primernost reakcije - The Suitability O : termoelement / thermocouple Sl. 5. Skica reaktorja: (1) reakcijska sredica - reaktant, (2) posoda reaktorja, (3) električni grelnik, (4) izolacijski pokrov Fig. 5. Packed bed reactor: (1) reactor bed - reactant, (2) reactor, (3) electric heater, (4) insulation cap 2. 1 Preskusni postopek Vsaka meritev je bila sestavljena iz večkratnega ponavljanja kroga delovanja hranilnika toplote, postopkov dehidracije in hidracije. Zaradi poprej preverjene stabilne reaktivnosti izbranih snovi, smo se pri vsaki meritvi omejili na 24 zaporednih postopkov dehidracije in hidracije. Ker smo v prvih petih postopkih izmerili manjši padec reaktivnosti smo v analizi rezultatov primerjali reaktivnosti med 6. in 20. postopkom meritve. Meritve smo izvedli v različnih razmerah reakcije. Razen za začetno vakuumiranje preostalih plinov iz naprave, sistem ni potreboval dodatnega mehanskega dela za črpanje. V načinu shranjevanja toplote smo Mg(OH)2 v reaktorju dehidrirali. Zaporni ventil (8 na sliki 4) je bil na začetku zaprt. S kroženjem hladilne vode prek prenosnika toplote v rezervoarju z vodo smo krmilili tlak vodne pare v krmilniku ter posredno tudi tlak dehidracije. Temperaturo reaktorja smo krmilili z električnim grelnikom na zunanji strani reaktorja. Kot rezultat dehidracije sta nastala MgO in voda. Po odprtju zapornega ventila smo nastalo vodno paro kondenzirali v hranilniku z vodo. Na koncu reakcije smo zaprli zaporni ventil. Napredovanje reakcije in razmere v napravi smo merili s tehtnico in vgrajenimi termoelementi. Pri načinu praznjenja hranilnika (faza hidracije), smo hranilnik z vodo greli, zato da smo dosegli načrtovano tlačno raven reakcije. Temperaturo reaktorja in njegove okolice smo vzdrževali pri načrtovani temperaturi hidracije, ki je bila za 25 °C višja od temperature nasičenja vode, zato da smo se izognili kondenzaciji pare v napravi. Ko sta temperaturi reaktorja in hranilnika dosegli ustaljeno stanje, smo z odprtjem zapornega ventila omogočili prenos pare iz rezervoarja do reaktorja. Magnezijev oksid je reagiral s paro, pri čemer se je sprostila reakcijska toplota. 2. 1 Experimental procedure Each measurement consisted of an operational cycle: the dehydration and hydration process. Because the chosen reactants were found to be stable [11], we limited the experiment to 24 successive cycles of dehydration and hydration. Because we measured a slight reactivity drop during the first 5 cycles we compared the reactivities of the 6th to the 20th cycle. The measurements were conducted for different reaction conditions. Apart from an initial removal of residual gases from the device using a vacuum pump, the system did not require any additional mechanical pump work. In heat-storage mode the Mg(OH)2 is dehydrated. The stop valve, (8) in Fig. 4, was initially closed and a water coolant was circulated in the heat-exchanger tube in the water reservoir. The dehydration pressure was controlled with the water-vapour pressure in the reservoir. The reactor temperature was controlled with an external electric heater. As a result of the dehydration process, MgO and water are generated. When the stop valve was opened, the generated vapour condensed in the water reservoir. At the end of the reaction the stop valve was closed. The reaction progress and the conditions in the device were measured with the balance and the thermocouples. In the heat-output (hydration) mode the water reservoir was heated to generate a specified reaction vapour pressure. The reactor and reaction-chamber temperatures were maintained at a predetermined hydration temperature, which is 25oC higher than the vapour temperature, in order to avoid vapour condensation. After the reactor and the reservoir attained a steady state the steam generated in the reservoir was introduced into the reactor. The magnesium oxide reacted with the steam and the heat output was generated. gfin^OtJJIMISCSD 02-4 stran 201 |^BSSITIMIGC Kato Y. - Cerkvenik B. - Minakami A. - Yoshizawa Y.: Primernost reakcije - The Suitability Sprememba teže reaktorja Dm je posledica reakcijskega postopka v reaktorju. To je količina vodne pare, ki reagira, ali se sprosti v reakcijski posodi. Tako je reagirani molski delež x za postopek dehidracije določen kot: The reactor weight change Dm is due to the reaction process in the reactor. It represents the quantity of water vapour that is reacted or released in the reactor. Thus, the molar reacted fraction x is, for the dehydration process, defined as follows: x =1+ (Dm/MH mMg(OH)2 /MMg(OH)2 ) (3), kjer je mMg(OH)2 količina magnezijevega hidroksida ob polnjenju reaktorja. Dehidracija vzorcev ni potekala do x=0,0, temveč do x=0,2, zaradi strukturne vode v reaktantu. Fazi dehidracije je sledila faza hidracije. Konec hidracije je bila pri vrednostih reagiranega deleža okoli x=0,8. Da smo reaktivnost magnezijevih soli objektivno prikazali, smo določili razliko v reagiranem delezu Dx: kjer je x začeten reagiran delež soli v določenem reakcijskem ciklu. 3 ANALIZA REZULTATOV MERITEV 3.1 Postopek dehidracije Notranjo temperaturo stene reaktorja T smo krmilili z zunanjim električnim grelnikom na nastavljeno temperaturno raven dehidracije Td. Na sliki 6 so prikazani rezultati meritev temperatur in razlike reagiranega deleža Dx v reaktorju med postopkom dehidracije: pri temperaturi dehidracije 400°C, temperaturi kondenzacije T =20oC ter temperaturi v reakcijski komori T =100oC. Tlak reakcije Pd smo s parnim tlakom v rezervoarju vzdrževali pri vrednostih pod 3 kPa. Temperatura na notranji steni reaktorja T se je relativno hitro povišala do vrednosti 400 °C. Zaradi nizke toplotne prevodnosti reaktanta se pojavi temperaturna razlika med steno T in notranjostjo sredice T in Tb. Začetek procesa dehidracije je pri temperaturi 280oC. Po preteku 35 minut od začetka faze je opazno zmanjšanje gradientov temperatur v notranjosti sredice, ker je temperatura stene reaktorja T dosegla krmiljeno vrednost. Ko se postopek dehidracije bliža koncu, se toplota ogrevanja porablja bolj ali manj za občuteno gretje reaktorske sredice. Tako sta temperaturi v notranjosti reakcijske sredice proti koncu že višji kakor temperaturi na vrhu reaktorja T in T, ki nista pod neposrednim vplivom ogrevanja z elnikom. Vpliv temperature kondenzacije T d na reaktivnost pri enaki temperaturi 400 °C je predstavljen na sliki 7. Tlak postopka dehidracije Pd ustreza temperaturi kondenzacije Td. Sprememba reagiranega deleža Dx je hitrejša pri nižjih Td, zaradi večje tlačne razlike med ravnotežnim tlakom in tlakom kondenzacije. Kljub temu je dolžina faze dehidracije v vseh treh primerih podobna ter zato razlika v reaktivnosti premajhna za praktično uporabo. Višje mMg(OH)2 is the initial charged weight of magnesium hydroxide in the reactor bed. The dehydration of samples did not proceed to x=0.0 due to the existence of structural water in the reactant. The reacted fraction at the end of the dehydration process, which is also the starting point for the hydration process, is around x=0.2. In order to obtain an objective value for the reactivity of the magnesium salts a molar reacted fraction change Dx is defined: Dx = x- x (4), The xini is the initial reacted fraction of the reaction cycle. 3 ANALYSIS OF MEASUREMENT RESULTS 3. 1 Dehydration process During the dehydration process the inner wall temperature Tw was controlled with the electric heater at the dehydration temperature of Td. In Figure 6 are the results for the temperatures in the reactor bed and for the difference in the reacted quantity Dx. The measurement conditions were: dehydration temperature Td of 400oC, condensation temperature Tcd of 20oC and inner temperature of reaction chamber Trc=100oC. The reaction pressure Pd was kept below 3 kPa by the vapour pressure in the reservoir. The inner wall temperature Tw rose to a Td of 400oC relatively rapidly. Because of the low thermal conductivity of the reactant, a temperature difference arose between the wall Tw and inner bed Tm and Tb. The dehydration process started at around 280oC. The inner-bed temperature change slowed down after the first 35 minutes because the temperature of the reactor wall Tw reached the controlled value. As the dehydration approached completion the electric heating was greater than the heat consumed for the dehydration. As a result, the inner-bed temperature rose and eventually finally became higher than the upper-bed temperatures Ta and Tu. The effect of condensation temperature Tcd on the reactivity under the same dehydration temperature of 400oC is shown in Figure 7. The dehydration pressure Pcd corresponds to the condensation temperature Tcd. The Dx change is faster at lower Tcd, due to a greater difference between the equilibrium and condensation pressures. However, the duration of the dehydration phase was in all three cases similar and thus the reactivity difference between them is too small to be of VH^tTPsDDIK stran 202 Kato Y. - Cerkvenik B. - Minakami A. - Yoshizawa Y.: Primernost reakcije - The Suitability 400 360 320 280 240 --- -0.2 -0.4 -0.6 td [min] Sl. 6. Eksperimentalni rezultati dehidracije magnezijevega hidroksida pri temperaturi dehidracije reaktorja 400 "C, temperaturi kondenzacije 20 °C Fig. 6. Experimental result for the magnesium hydroxide dehydration process, dehydration temperature of 400o C, condensation temperature of 20oC temperature kondenzacije imajo prednost za praktično obratovanje. V primeru temperature kondenzacije okoli 40 do 60 °C bi bilo mogoče kot nizkotemperaturni vir toplote uporabiti tudi sproščeno toploto kondenzacije. Če pogledamo rezultate meritev pri Tcd=10 °C, ki je nižja od temperature okolice 20 °C, lahko ugotovimo odstopanje reagiranega deleža od pričakovane vrednosti. Proti koncu postopka dehidracije (td =60 do 90 min, slika 7) se pojavi odstopanje glede na preostale meritve, zaradi nestabilnih razmer pri kondenzaciji v hranilniku z vodo. Da smo se temu izognili, smo upoštevali le rezultate meritev do 60 minut delovanja. 3. 2 Postopek hidracije Postopek hidracije, katerega rezultati meritev so predstavljeni na sliki 8, je potekal pri temperaturi uparjanja 100 °C, temu ustreznemu tlaku Ph=101,3 kPa ter začetni temperaturi reaktorja Th =125 °C. Temperaturo notranje stene reaktorja T in notranjo atmosfersko temperaturo T smo krmilili na temperaturno raven Th. V začetku faze hidracije je para hitro prodirala v reaktorsko sredico, zaradi velike tlačne razlike med Pd in Ph. Reakcija poteka hitro, kar je razvidno iz velikih količin reakcijske toplote ter hitrega dviga temperature reaktorja. Ker para, ki je relativno hladnejša kakor reakcijska sredica, vstopa z vrha posode in se med potjo k dnu posode segreva, sta temperaturi v spodnjem in srednjem sloju Tb in T višji od temperature v zgornjem sloju reaktorske sredice. Dodaten razlog za razliko v temperaturi je tudi slabša toplotna izoliranost pokrova posode. Če podrobneje pogledamo, lahko opazimo, da najvišjo o 0 š cd " ~ d .........Tcd=20oC, Pd=3 kPa —" Tcd=10oC, Pd=1 kPa -0.2 \ \\ \ \ \ ............____........v -0.6 Td=400oC *"¦ "' \ "*¦¦¦ '^::*—¦—^w« 0 30 60 90 td [min] Sl. 7. Vpliv tlaka dehidracije na reaktivnost pri temperaturi 400 °C Fig. 7. Effect of dehydration pressure on the reactivity at 400 oC any practical use. A high condensation temperature is better for practical operation. With a condensation temperature of 40-60 °C it could be possible to utilize the heat of condensation as an additional low-temperature heat source. If we look at the results for T =10 °C, which is lower than the ambient temperature of 20 °C, a deviation of the reacted fraction from the expected results can be seen. At the end of the dehydration phase (t = 60-90 min., Figure 7) the deviation from the other measurements occurs as a result of the unstable condensation condition in the water reservoir. To avoid this, we only considered the results obtained during the initial 60 minutes of operation. 3. 2 Hydration process The results of the hydration process are presented in Figure 8. The measurement was taken at the evaporation temperature T of 100°C, the corresponding vapour pressure Ph of 101 kPa and an initial reactor-bed temperature Th of 125°C. The initial temperature of the inner wall of the reactor T and the atmospheric temperature in the reactor T are controlled at Th. At the beginning of the hydration phase the vapour diffuses rapidly into the bed due to a large pressure difference between Pd and Ph. The reaction occurs rapidly, which results in a large heat of reaction and a quick rise in the reactor temperature. Because the vapour, which is colder than the bed, enters from the top of the bed and heats up when it is transported by the diffusion to the lower layers, the temperatures Tb and T are higher than the temperature of the upper layer T. Another reason for the difference in the temperatures is the less effective thermal insulation of the reactor cover. | IgfinHŽšlbJlIMlIgiCšD I stran 203 glTMDDC 0 Kato Y. - Cerkvenik B. - Minakami A. - Yoshizawa Y.: Primernost reakcije - The Suitability temperaturo dosežemo najprej v zgornjem sloju. To lahko razložimo z dinamiko reakcijskega postopka v različnih slojih reaktorske sredice [6]. Zaradi dodatnega upora prenosu snovi v navpični smeri sredice, lahko sklepamo, da para najprej v večjih količinah reagira v zgornjih plasteh. Kakor je tudi razvidno s slike 8, se temperatura v spodnji plasti Tb hitreje bliža zunanji temperaturi reaktorja Th kakor temperaturi v srednji ali zgornji plasti reaktorske sredice. To lahko pripišemo namestitvi termoelementov. S slike 4 je razvidno, da je termoelement v spodnji plasti bližje zunanji steni reaktorja. 200 180 160 140 120 - Tb [oC] .'"¦-. Tw y^ ...... ^Dx ^— Th=125oC Tev=100oC " Ph=101 kPa "**5t.--. 0.8 0.6 0.4 0.2 0 60 120 180 240 300 th [min] Sl. 8. Rezultati meritev postopka hidracije magnezijevega oksida pri temperaturi uparjanja 100 °C in začetni temperaturi reaktorja T=125 °C Fig. 8. Results for a magnesium-oxide hydration process at an evaporation temperature of 100oC and initial bed temperature of 125°C Vpliv tlaka hidracije na reaktivnost v enakih razmerah hidracije je predstavljen na sliki 9. Kakor lahko vidimo, je z višjim tlakom hidracije gradient spremembe reagiranega deleža Dx večji. To pomeni, da se postopek hidracije pri višjih tlakih odvija hitreje. Podobno kakor prej je pri višjem tlaku razlika med ravnotežnim in tlakom vodne pare večja, kar vpliva na hitrost reakcije. Temperaturo v srednjem sloju T lahko vzamemo kot reprezentativno za celotni reaktor, zato jo bomo označili s Th. Na sliki 10 je predstavljena odvisnost povprečne temperature reaktorske sredice Th od tlaka hidracije Ph. Opazimo, da je z višjim tlakom temperatura v notranjosti reaktorja višja. Pri tlaku 203 kPa smo dobili toploto na temperaturni ravni 190 °C. To toploto lahko npr. uporabimo za pogon absorpcijskega hladilnika z dvojnim učinkom. Pri nižjem tlaku 30 kPa pa smo dobili toploto pri 100 °C, ki jo lahko uporabimo kot vir toplote za sistem daljinskega ogrevanja. Temperaturni dvig, razlika med temperaturo hidracije in temperaturo uparjanja, znaša med 40 in 70 K ter dosega vrednosti preostalih toplotnih črpalk. A closer look reveals that the maximum temperature is reached in the upper layer first. This can be explained by the reaction process dynamics in the different layers of the reactor bed [6]. Due to the additional mass-transfer resistance in the vertical direction we can assume that the vapour reacts in larger quantities in the upper layers first. Figure 8 shows that the temperature of the bottom layer Tb tends to increase more quickly than the temperature of the middle layer Tm to the external temperature of the reactor Trc. This is mainly because the position of the thermocouple in the bottom layer is closer to the reactor wall than the other two thermocouples (Tm, Tu, Figure 4). 0.6 0.4 0.2 0 > Td=400oC, Tcd=30oC, td=90 min 60 120 th [min] 180 Sl. 9. Vpliv tlaka hidracije na reaktivnost v enakih razmerah hidracije Fig. 9. Effect of hydration pressure on the reactivity under the same dehydration condition The effect of the hydration pressure on the reactivity under the same dehydration condition is shown in Figure 9. It is clear that a higher hydration pressure represents a higher reacted fraction change Dx, which means that the reaction process occurs more quickly at higher pressures. Like before, at higher pressures the difference between the equilibrium and hydration pressure is greater, which has an influence on the reactivity. The temperature in the middle layer Tm could be taken as a representative temperature for the whole reactor. In Figure 10 the dependency of the representative bed temperature on the hydration pressure is shown. A higher temperature of the reactor bed is attained at a higher pressure. We can see that at a pressure of 203 kPa heat at over 190 oC is generated. This heat flow can be used, for example, as a driving heat source for a double-effect absorption chiller. At a lower pressure of 30 kPa a heat output at 100 oC is produced. In this case the heat output could be the source for a district-heating system. The temperature rise, the difference between the temperature of hydration and the temperature of evaporation, amounts to 40–70 K, which is similar to VBgfFMK stran 204 0 0 Kato Y. - Cerkvenik B. - Minakami A. - Yoshizawa Y.: Primernost reakcije - The Suitability 200 160 120 80 60 120 th [min] 180 Sl. 10. Vpliv tlaka hidracije na temperaturo, ki smo jo merili v srednjem sloju sredice Fig. 10. Effect of hydration pressure on hydration temperature, measured in the middle part of the reactor bed Razvidno je, da lahko s postopkom hidracije pridobivamo toploto v širokem temperaturnem razponu s spreminjanjem tlaka v uparjalniku kemične toplotne črpalke. To lahko dosežemo s spreminjanjem temperaturni ravni vira toplote za uparjalnik, za kar lahko še dodatno izkoristimo toploto izpušnih plinov. 3. 3 Učinkovitost reaktorske sredice Učinkovitost toplotne črpalke kot hranilnika toplote, ki temelji na meritvah reaktorske sredice, smo ocenili z določitvijo povprečne specifične toplotne moči reaktorja w . Najprej smo določili toploto iz reaktorja na enoto teže Mg(OH)2, ki smo ga na začetku vstavili v reaktor q. Ta je določena z enačbo: other heat pumps. It is clear that the heat that is rejected from the hydration process could be generated over a wide range of temperatures simply by varying the pressure in the evaporator of the chemical heat pump. This can be achieved by varying the heat-source temperature of the evaporator, where heat from the exhaust gases could also be used. 3. 3 Thermal performance of the reactor bed The thermal performance of the heat pump as a heat store, which is based on measurements of the reactor bed, was evaluated to determine the reactor’s mean heat-output rate wmean. First, the heat-output from the reactor per unit weight of initially charged Mg(OH)2 q is determined. It is defined as: h (AHl / M)j xdth (5). 0 Povprečna specifična toplotna moč reaktorja w je določena kot: w mean Časovna odvisnost q in w pri različnih tlakih hidracije je predstavljena na sliki 11. Za prvih 60 minut smo pri tlaku 203 kPa določili povprečno specifično toplotno moč reaktorja w =119 W/kg ter skupno q=430 kJ/kg toplote. Če bi shranili toploto v obliki občutene toplote med 70 °C in 90 °C v vodnem hranilniku toplote, bi znašala specifična toplotna moč qH2 =83 kJ/kg (črtkana črta na sliki 11). Kakor je razvidno, je gostota shranjevanja energije kemične toplotne črpalke z magnezijevim oksidom okoli 5-krat večja od običajnega vodnega hranilnika toplote, če bi trajanje postopka hidracije omejili na 60 minut. Poleg tega je tudi temperaturna raven toplote iz kemične toplotne črpalke okoli 170 °C do 200°C, kar je tudi do dvakrat višje od običajnih vodnih hranilnikov. Prednost kemične toplotne črpalke je tudi možnost shranjevanja toplote za daljše obdobje v obliki ločenih The mean heat output rate wmean is expressed as: q (6). th The result of changing q and wmean during the operation and for different hydration pressures is shown in Figure 11. At a pressure of 203 kPa, a mean heat-output rate of wmean=119 W/kg and a gross heat output of q=430 kJ/kg are calculated for the initial 60 minutes. When the heat is stored in a conventional, sensible heat water-storage system between 70oC and 90oC, the heat output qH2O amounts to about 83 kJ/kg (dashed line in Figure 11). This means that the heat-storage density of the measured chemical heat storage is about five times that of the water-storage system if the hydration process is limited to 60 minutes. The output temperature of the chemical heat pump is around 170–200 oC, which is more than twice as high as standard water-storage systems. The chemical heat pump can also store heat for a longer period in the form of separated reactants: magnesium oxide and gfin^OtJJIMISCSD 02-4 stran 205 |^BSSITIMIGC 0 Kato Y. - Cerkvenik B. - Minakami A. - Yoshizawa Y.: Primernost reakcije - The Suitability 200 160 120 80 40 0 1000 800 600 400 200 60 120 180 th [min] Sl. 11. Toplotna učinkovitost postopka hidracije v kemični toplotni črpalki Fig. 11. Hydration performance of the chemical heat pump reaktantov, magnezijevega oksida in vode. Poleg tega lahko toploto dobavljamo na različnih temperaturnih ravneh, odvisno od tlaka uparjanja. V primeru uporabe naprave za pridobivanje hladilne toplote, kar bi kogeneracijski sistem dogradilo v trigeneracijski sistem, bi bilo treba napravo izvesti z dvema reaktorjema, v katerih bi potekala nasprotni reakciji ([17] in [22]). Poleg tega bi morali obe reakciji trajati približno enako dolgo, da bi lahko sistem deloval čim učinkoviteje ter omogočal toploto shranjevati in uporabljati ves čas delovanja. V našem primeru bi bilo treba postopek hidracije dodatno pospešiti, kar lahko dosežemo s spremembo v izvedbi reaktorske sredice. 4 SKLEP V tem delu je eksperimentalno preverjena izvedljivost toplotno gnane kemične toplotne črpalke. S toplotno črpalko smo želeli povečati možnosti za izkoriščanje odvečne toplote iz kogeneracijskih postrojenj. Pričakujemo, da se bodo kemične toplotne črpalke uporabljale za izravnavanje obremenitev običajnih kogeneracijskih sistemov, ker pokrivajo temperaturno področje dimnih plinov kogeneracijskega postrojenja. Odvečna toplota bo v času manjše porabe grelne toplote shranjena pri temperaturi 300 °C do 400 °C. V času koničnih obremenitev, bi toploto hidracije po potrebi sprostili pri temperaturi okoli 150 °C do 200 °C. Iz izmerkov smo ugotovili, da lahko pri tlaku uparjanja 203 kPa s postopkom hidracije pridobivamo toploto pri temperaturi okoli 190 °C. V primeru višjih tlakov bi lahko dosegli še višje temperaturne ravni, vendar samo pod pogojem, da imamo na voljo dodaten toplotni vir za uparjanje vode. Kakor je razvidno iz rezultatov, traja faza hidracije vsaj dvakrat dalj kakor faza dehidracije. Če želimo kemični hranilnik toplote praktično uporabiti, water. In addition, this heat can be supplied at various temperatures, depending on the evaporation pressure. When using the device for continuous cold production, which would upgrade the cogeneration system to a trigeneration system, the device should have two reactors, which would operate with opposite reactions ([17] and [22]). In addition, the duration of both reactions should be similar, so that the cold can be produced more effectively over the whole operating time. In our case the hydration phase should be additionally intensified, which could be done with a change to the reactor bed. 4 CONCLUSION In this paper the operation of a thermally driven heat pump is demonstrated experimentally. The heat pump is expected to make better use of the surplus heat that is generated in the cogeneration system. The proposed chemical heat pump is expected to act as a heat-storage system to even out the load of a common cogeneration system because it can cover the temperature range of exhaust gases from the cogeneration engines. The surplus heat, which is generated during the period of low heat demand, would be stored at 300 oC to 400 oC, whereas the heat from the hydration process would be released during the peak-load periods at a temperature of about 150–200 oC. At a hydration pressure of 203 kPa a heat output above 190 oC is measured experimentally. In the case of higher pressures, higher temperature levels would be achieved, but only if an additional heat source is available for the evaporation process. As we can see from the results, the hydration process is at least twice as long as the decomposition process. Therefore, to make practical use of the chemical heat storage, the dynamics of the heat storage and heat utilisation have to be better optimised. A proper VBgfFMK stran 206 0 Kato Y. - Cerkvenik B. - Minakami A. - Yoshizawa Y.: Primernost reakcije - The Suitability je treba dinamiko shranjevanja in sproščanja toplote optimirati. S pravilno izvedbo sredice, kar je izhodišče za nadaljnje raziskave, je mogoče oba postopka v napravi uravnovesiti ter tako upravičiti namembnost naprave. Po okvirni primerjavi z običajnim vodnim hranilnikom toplote smo ugotovili okoli 5-krat večjo gostoto shranjevanja energije, višje temperaturne ravni razpoložljivih toplot ter možnost shranjevanja toplote brez izgub na daljši časovni rok. Zaradi teh prednosti pred običajnimi sistemi je uporaba kemičnih reakcij v hranilnikih toplote več ko primerna. Pri preračunu nismo upoštevali zmanjšanja gostote shranjevanja energije zaradi vpliva dodatnih mas, npr. mase prenosnika toplote, ki ne sodelujejo aktivno pri postopku shranjevanja toplote. To je odlično izhodišče za nadaljevanje raziskav v smeri izboljšanja prenosnih površin v reaktorjih kemičnih toplotnih črpalk z namenom povečanja gostote shranjevanja energije. Priznanje Raziskave je finančno podprlo Japonsko društvo za promocijo znanosti - JSPS. Avtorji se zahvaljujejo tudi podpori podjetja DMW, Japonska. realisation of the reactor bed represents a starting-point for further research work. In this way both processes could be better balanced and research on the use of a chemical heat pump as a storage system would be justified. In comparison with a classical water heat-storage system the improvement in the energy density is about a factor of five. In addition, higher temperatures could be reached with a chemical heat-storage system. The most interesting advantage is the possibility of on-demand heat utilisation, without any heat losses to the environment. Because of this advantage over classical systems the chemical reactions are more appropriate for use in heat storage systems. In the calculation process the reduction in the energy density due to the influence of the additional mass, i.e. the mass of the heat exchanger, which does not play an active part in the heat storage process, is not included. This represents an excellent starting-point for the continuation of research in the direction of improving heat-exchange areas, which are used in the reactors of chemical heat pumps, with the intention of an increase in the heat-storage energy density. Acknowledgement The research was funded by the grant-in-aid for scientific research of the Japan Society for the Promotion of Science. The authors also thank the DMW Corporation, Japan for the research support. specifična toplota standardna reakcijska toplota začetna teža magnezijevega hidroksida molska masa magnezijevega hidroksida začetna teža tlak reakcije sproščena toplota med hidracijo občutena toplota vode temperatura čas reakcije srednja specifična moč hidracijske toplote reagiran molski delež sprememba reagiranega molskega deleža Indeksi: reakcija magnezijev oksid/voda fazna sprememba vode, kapljevina/plin prazen prostor v reaktorju spodnji del reaktorske sredice kondenzacija dehidracija Mg(OH)2 uparjanje plin 5 OZNAKE 5 NOMENCLATURE C kJ/kmolK DHo kJ/kmol Li kg M m P q q H2O kg/kmol kg kPa kJ/kg kJ/kg T oC ts wmean W/kg x-Dx - 1 2 a b cd d ev g specific heat standard heat of reaction initial weight of loaded magnesium hydroxide molecular mass of magnesium hydroxide initial charged material weight reaction pressure hydration heat output sensible heat output of water temperature reaction time mean heat output rate during a hydration process mole reacted fraction mole reacted fraction change amount Subscripts: magnesium oxide and water reaction system water liquid/gas phase change in-bed atmosphere the bottom part of the bed condensation dehydration of Mg(OH)2 evaporation gas gfin^OtJJlMISCSD 02-4 stran 207 |^BSSITIMIGC Kato Y. - Cerkvenik B. - Minakami A. - Yoshizawa Y.: Primernost reakcije - The Suitability voda HO water hidracija MgO h hydration of MgO ogrevanje he heating začetno stanje reakcijskega cikla ini the initial state of the reaction cycle magnezijev hidroksid Mg(OH) magnesium hydroxide srednji del reaktorske sredice m middle part of the bed notranjost reaktorske komore rc inner reaction chamber zgornji del reaktorske sredice u upper part of the bed notranja stena reaktorja w inner wall of the reactor 6 LITERATURA 6 REFERENCES [I] Hartman, M., O. Trnka, K. Svoboda, J. Kocurek (1994) Decomposition kinetics of alkaline-earth hydroxides and surface area of their calcines, Chemical Engineering Science, Vol.49, No.8, 1209-1216. [2] Fujii, I., K. Tsuchiya, M. Higano, J, Yamada (1985) Studies of an energy storage system by use of the reversible chemical reaction: CaO + H2O - Ca(OH)2, Solar Energy, Vol.34, No.4/5, 367-377. [3] Fujii, I., M. Ishino, S. Akiyama, M. S. Murthy, K. S. Rajanandam (1994) Behavior of Ca(OH)2/CaO pellet under dehydration and hydration, Solar Energy, Vol.53, No.4, 329-341. [4] Kanamori, M., H. Matsuda, H. Hasatani (1996) Heat storing/releasing characteristics of a chemical heat storage unit of electricity using a Ca(OH)/CaO reaction, Heat Transfer - Japanese Research, Vol.25, No.6, 400-409, ISSN 0096-0802. [5] Ogura, H., R. Shimojyo, H. Kage , Y. Matsuno, A. S. Mujumdar (1999) Simulation of hydration/dehydration of CaO/Ca(OH)2 chemical heat pump reactor for cold/hot heat generation, Drying Technology, Vol.17, No.7, 1579-1592, ISSN 0737-3937. [6] Cerkvenik, B. (1998) Raziskave toplotnega kompresorja za hlajenje, Magistrsko delo (Master s Thesis), University of Ljubljana, Faculty of Mechanical Engineering, Slovenia. [7] Cerkvenik, B., P. Satzger, F Ziegler, A. Poredoš (1999) High efficient cycles using CaO/HO and LiBr/H2O for gas cooling, Proceedings, 6th ASME Conference on Renewable and Advanced Energy Systems for the 21st century, Maui, Hawaii. [8] Cerkvenik, B., A. Poredoš, F Ziegler (2000) Improvement of topping cycle efficiency with increase in evaporation pressure level, Strojniški Vestnik, Vol. 46, No. 10, 671-682. [9] Kato, Y, Yamashita N, Yoshizawa Y (1993) Study of chemical heat pump with reaction system of magnesium oxide/water, Kagaku Kogaku Ronbunshu 19, 1213-1216, ISSN 0386-216X (in Japanese). [10] Kato, Y, J. Nakahata , Y Yoshizawa (1999) Durability characteristics of the hydration of magnesium oxide under repetitive reaction, J. of Materials Science, Vol.34, 475-780, ISSN 0022-2461. [II] Kato, Y, K. Kobayashi, Y Yoshizawa (1998) Durability to repetitive reaction of magnesium oxide/water reaction system for a heat pump, Applied Therm. Eng, Vol.18, 85-92, ISSN 1359-4311. [12] Kato, Y, S. Inoue, W. Nanmoku, Y Yoshizawa (1995) Kinetic study of the hydration of magnesium oxide/ water chemical heat pump, Proceedings, 30th Intersociety Energy Conversion, Vol. 3, 17-22, Orlando, USA. [13] Kato, Y, F Takahashi, W. Nanmoku, Y Yoshizawa (1998) Heat output performance study of magnesium oxide/water chemical heat pump, Kagaku Kogaku Ronbunsyu 24, 840-844, ISSN 0386-216X (in Japanese). [14] Fisher, S., M. Schreiner, T Rettelbach, W. Scholkopf (1996) Thermochemische Speicherung und Warmetransformation von Fernwarme zum Lastausgleich in einem Fernwarmenetz, Project report, ZAE Bayern, Munich, Germany. [15] Oertel, K, M. Fischer (1998) Adsorption cooling system for cold storage using methanol/silicagel, Applied Thermal Engineering, Vol.18, 773-786. [16] Berlitz, T, N. Lemke, P. Satzger, F Ziegler (1996) Absorption chiller with integrated cold storage, Proceedings, International Absorption Heat Pump Conference, Montreal. [17] Cerkvenik, B. (2001) Use of square-root criterion for increase in efficiency of sorption cooling devices, doktorsko delo (Doctoral Thesis), University of Ljubljana, Faculty of Mechanical Engineering, Slovenia. [18] Wu, S., I. A. Eames (1999) Efficient use of waste heat from combined heat and power systems, Proceedings, International Absorption Heat Pump Conference, Munich, Germany. [19] Kunugi, Y, Y Ikumi, N. Sawada, S. Fujimaki, M. Fujita, D. K Hwang, Y T Kang, T Kashiwagi (1999) Advanced absorption cycles for waste heat of fuel driven power generation refrigeration and energy storage system, Proceedings, International Absorption Heat Pump Conference, Munich, Germany. _____02 4 SnnBjtgleJUpillOlflngO | ^BSfiTTMlliC | stran 208 Kato Y. - Cerkvenik B. - Minakami A. - Yoshizawa Y.: Primernost reakcije - The Suitability [20] Bhatti, A. S., D. Dollimore (1984) The rates of hydration of sea water magnesias, Surface Technology 22, 181-188, ISSN 0376-4583. [21] Ervin, G. (1977) Solar heat storage using chemical reactions, J. Solid State Chem., Vol.22, 51-61, ISSN 0022-4596. [22] Cerkvenik, B., D. Stitou, F. Storkenmaier, F. Ziegler (2001): Measurement results for the novel NH3 -NiCl2(NH3)2/6 reaction cooling device, Proceedings, 2nd Int. Heat Powered Cycles Conference, Volume 2, Paris, France. Naslova avtorjev: doc.dr. Yukitaka Kato prof.dr. Yoshio Yoshizawa Research Laboratory for Nuclear Reactors Tokyo Institute of Technology O-okayama, Meguro-ku Tokyo 152-8550, Japonska yukitaka@nr.titech.ac.jp dr. Boštjan Cerkvenik Univerza v Ljubljani Fakulteta za strojništvo Aškerčeva 6 1000 Ljubljana bostjan.cerkvenik@fs.uni-lj.si mag. Atsushi Minakami NSK Ltd. 1-5-50, Kugenuma Shinmei Fujisawa-shi 251-8501, Japonska Authors’ Addresses: Doc.Dr. Yukitaka Kato ProfDr. Yoshio Yoshizawa Research Laboratory for Nuclear Reactors Tokyo Institute of Technology O-okayama, Meguro-ku Tokyo 152-8550, Japan yukitaka@nr.titech.ac.jp Dr. Boštjan Cerkvenik University of Ljubljana Faculty of Mechanical Eng. Aškerčeva 6 1000 Ljubljana, Slovenia bostjan.cerkvenik@fs.uni-lj.si mag. Atsushi Minakami NSK Ltd. 1-5-50, Kugenuma Shinmei Fujisawa-shi 251-8501, Japan Prejeto: 3.12.2001 Received: Sprejeto: 23.5.2002 Accepted: © Strojni{ki vestnik 48(2002)4,210-217 © Journal of Mechanical Engineering 48(2002)4,210-217 ISSN 0039-2480 ISSN 0039-2480 UDK 62-225.864:004.42:519.87 UDC 62-225.864:004.42:519.87 Izvirni znanstveni ~lanek (1.01) Original scientific paper (1.01) Ra~unsko re{evanje inverznega problema oblikovanja nadzvo~ne {obe A Numerical Solution to the Inverse Problem of Supersonic-Nozzle Design Vinko Martinis - Branimir Matija{evi} - @eljko Tukovi} Računsko oblikovanje nadzvočne sobe je občutljivo glede stabilnosti v področju nadzvočnega toka. Računski model, predstavljen v tem prispevku, se izogiba tej nestabilnosti z uvajanjem analitično določene porazdelitve tlaka na osi osnosimetrične nadzvočne sobe. Parametri toka v inverzno oblikovani sobi so preverjeni s programom FLUENT in prikazujejo enakomerno porazdelitev po prečnih prerezih vzdolž sobe. © 2002 Strojniški vestnik. Vse pravice pridržane. (Ključne besede: šobe nadzvočne, oblikovanje šob, modeli računski, problemi inverzni) The numerical design of a nozzle is sensitive to stability in the region of supersonic flow. In the numerical algorithm presented in this paper the instability is avoided by the introduction of an analytically set pressure distribution on the axis of the axisymmetrical supersonic nozzle. The flow parameters of the inverse designed nozzle are checked by the application code FLUENT and they show a regular distribution on cross-sections along the nozzle. © 2002 Journal of Mechanical Engineering. All rights reserved. (Keywords: supersonic nozzle, nozzle design, numerical solutions, inverse problems) 0 UVOD Računski postopek oblikovanja nadzvočne šobe je še posebej občutljiv glede stabilnosti v področju nadzvočnega toka ([1] do [5]). Čeprav je uporaba računskih metod pogosta v praksi, le redko najdemo ustrezni algoritem v obliki uporabniškega programa za rešitev inverznega problema prenosa toplote in snovi. Problem je inverzen, ker je področje neznano [6]. V rešitvi, prikazani v tem prispevku, je v primeru osnosimetrične šobe določena izvirna analitična porazdelitev tlaka na osi simetrije. Izračun oblike šobe in parametrov toka je izveden po koračnem postopku po [7]. Začetni pogoj je izpeljan posebej. Parametri toka, v tako oblikovani šobi, so preverjeni z uporabo programa FLUENT. Dobljeni rezultati se dobro ujemajo. 1 OPIS MATEMATIČNEGA MODELA Poleg kontinuitetnih, gibalnih in energijskih enačb, ki popisujejo tok v šobi, uvedemo funkcijo toka «P z izrazom: 0 INTRODUCTION The numerical algorithm of supersonic-nozzle design is particularly sensitive to stability in the region of supersonic flow ([1] to [5]). Although the application of numerical methods is very common in practice it is very rarely possible to find an appropriate application code for the solution of the inverse heat- and mass-transfer problems. The problem is inverse because the domain is unknown [6]. In the solution presented in this paper, for the case of an axis-symmetrical nozzle, the original analytic pressure distribution on the axes of symmetry is defined. The numerical calculation of the nozzle form and the flow parameters were performed with the marching algorithm ac-cording to [7]. The initial condition was derived separately. The flow parameters in the nozzle designed in this way were checked for closed domain with the application code FLUENT and the results obtained correspond very well. 1 DESCRIPTION OF THE MATHEMATICAL MODEL In addition to equations of continuity, motion and energy, which describe the flow in the nozzle, the stream function >F is introduced with the expression: V

0 lahko izberemo poljubno. Priporočeno je, da vzamemo b < 4. Pri manjšem b je sprememba tlaka v šobi počasnejša. V prejšnjih enačbah indeksi in in out označujejo vhodni oz. izhodni prerez šobe. The slope of the curve for x = 0 over coefficient b > 0 can be chosen arbitrarily. It is recommended that b < 4 is taken. For smaller b the pressure change in the nozzle is slower. In the previous equations the subscripts in and out denote the input, i.e. the output section of the nozzle. VBgfFMK stran 212 Martinis V. - Matija{evi} B. - Tukovi} @.: Ra~unsko re{evanje - A Numerical Solution Določenih pogojev p(x,0) na osi simetrije ne moremo neposredno upoštevati kot začetne pogoje. Vrednost neznank vzdolž tokovnice Y =Y1 izračunamo s povprečenjem njihovega razvoja v red oblike: The set conditions p(x,0) on the axis of symmetry p(x,0) cannot be used directly as initial conditions. The values of the unknowns on the stream line Y = Y1 are calculated by means of their development in series of the form: NN f(x,Y) = Y,fn(x)Yn +YXfn'(x)Yn (17), kjer je f (x, Y1) = r, p v,pin n na Y = Y 1, ki je blizu osi simetrije. Posamezno odvisnost spremenljivke za osnosimetrično šobo dobimo: a) Iz enačbe (2) izhaja: where f (x,Y1) = r, p, v, r and n on Y = Y1, which is close to the axis of symmetry. The single dependence of the variable for the axisymmetrical nozzle is obtained as follows. a) From equation (2): — dY pur— = 1 dY (18). Za spremenljivke p, u, r vzamemo red f (p), f(u), f( r): For variables p u, r the order f (p), f(u), f( r) is taken: 1 N /N (19). dr dY n=0 2 Y n=0 n=0 Po množenju se izenačijo koeficienti z enakimi After multiplication, the coefficients with eksponenti spremenljivke Y na levi strani s svojimi equal exponents of variable Y on the left-hand side dvojniki na desni strani. Dobimo r in r . are equalised with their counterparts on the right- hand side, and r and r are obtained. b) Iz enačbe (1) dobimo koeficienta p in p na b) The coefficients pn and p are obtained in a simi- podoben način. c) Iz enačbe (3) izhaja: od koder določimo koeficienta v in v . d) Iz enačbe (4) določimo p in p . n’ e) Nazadnje iz enačbe (5) izhaja: n lar way from equation (1). c) From equation (3) follows: dr dx (20), du pu-------- pv dY dY ydY from where the coefficients v and v are determined. d) From equation (4) p and p are determined. e) Finally, from equation (5) follows: dv 1 dp Na osi simetrije je Y = 0, v = 0, v0 = 0. Iz enačbe (4)p0 = p01/k in iz enačbe (5) izhaja: On the axis of symmetry Y = 0, v = 0, v0 = 0. From equation (4) r0 = p01/k and from equation (5) follows: du dv 1 dp pu-------- pv-----=-------— dY dY ydY Posebej dobimo: rn(x) = 0 , pn’(x) = 0, vn(x) = 0, rn(x) = 0 in u n’ = 0. Glede na to so: Specially obtained are: rn(x) = 0, pn’(x) = 0, vn(x) = 0, rn(x) = 0 and un’ = 0. Accordingly: N Posamezni koeficienti so: r(x) = Y1Žr:(x)Y1n+r0 n=0 N p(x)=Zpn(x)Y1n n=0 N v(x) = Y1Yjv'n(x)Y1n N />(x) = Z An (x)Y1n n=0 N u(x) = YJun(x)Y1n The particular coefficients are: (21). gfin^OtJJIMISCSD 02-4 stran 213 |^BSSIrlMlGC Martinis V. - Matija{evi} B. - Tukovi} @.: Ra~unsko re{evanje - A Numerical Solution 2 1/ \u0r0 J , 1 / u1 r1 4 \u0 r0 r0 dx 1 1dv[- 1 r! x dr' p1 = -k~i— r0 dx p2 =-k~;— - p1—, 2 r, ox 2 r, Ox v1 = u1 0 + u0 1 dx dx (22). k +1 2 k-1k p0 2 ----------p1 -— kr0u0 2 u0 y r0 = Pk r1 = p1 r0 kp0 Izracun koeficientov zacnemo z znanim p(x,0) iz enačbe (14). Koeficienti za dvoizmerno šobo so drugačni, dobimo pa jih na podoben način. Prehod na realne parametre za določene robne pogoje na vhodu in izhodu je preprost. Na opisani način dobljene krivulje Y = konst. (Y1=0,001 kot začetni pogoj in z iterativnim postopkom Y2= 0,005, Y3= 0,01 in Y4= 0,015) so prikazane sliki 1. V koordinatnem sistemu x, r za Y = 0,015 smo izračunali parametre u, v, r in r po enačbah (6) in (7) za tlak p, določen po enačbi (14). Prikazani so na sliki 2. The calculation of the coefficients starts with the known p(x,0) from equation (14). The coefficients for a two-dimensional nozzle are different, and they are obtained in a similar way. The transition to the real parameters for the set boundary conditions on the input and output is simple. In the described manner the obtained curves Y = const. (Y1= 0.001 as initial condition and by the iterative procedure Y2= 0.005, Y3= 0.01 and Y4= 0.015) are presented in Figure 1. In the coordinate system x, r for Y= 0.015 the parameters u, v, r and r were calculated by equations (6) and (7) for the set pressure p according to equation (14) and they are presented in Figure 2. Sl. 1. Polmeri sobe za Y = konst, dobljeni z opisano metodo Fig. 1. The nozzle radii for Y = const. obtained by the described method VBgfFMK stran 214 Martinis V. - Matija{evi} B. - Tukovi} @.: Ra~unsko re{evanje - A Numerical Solution Sl. 2. Normirani parametri u, v, r in r za f= 0,015 Fig. 2. The normalised parameters u, v, p and r for f= 0,015 = 0.1 M = 0.2 M = 1.0 M = 2.0 M =2.1 777 W\\\ ta" -1.5 -0.5 0.5 1.5 Sl.3. Profil šobe in krivulje enakih hitrosti (Machovih števil) Fig. 3. The profile of the nozzle and the curves of constant velocities (i.e. of Mach numbers) Na sliki 3 so za določene mejne pogoje in začetni pogoj prikazani profil šobe in krivulje enakih hitrosti (oz. Machovih števil). S slike 2 vidimo, da so vse spremenljivke nespremenljive za -2F= 0,015 smo izvedli izračun z najbolj znanim programom FLUENT. Kot rezultat smo dobili normirane (bezdimenzijske) vrednosti spremenljivk p, u, v in/pkot funkcije x. Relativna razlika najvplivnejše spremenljivke p(x), izračunana z uporabo programa FLUENT po določeni enačbi (14), kaže zelo majhno odstopanje spremembe tlaka. Z naslednjim primerom je prikazano, da te razlike ne vplivajo na rezultate toka v kritičnem prerezu in na izhodu iz šobe. S tem je pokazano, da je predstavljena metoda natančna kakor FLUENT. Dejansko natančnost obeh izračunov je treba preveriti z natančnimi meritvami. Primer. Izberemo: m = 0,5 kg/s; Ttot = 300 K; p ut = 101 300 Pa; Main = 0,1; Mao = 2,1; g = 1,4; R = 287 J/kgK. Z osnovnim izračunom za izentropni tok dobimo: Na vstopnem prerezu: Ttot in = 299,4 K = Tott; ptot in = 926 400 Pa = pot ; Finally, for set boundary and initial conditions the profile of the nozzle and the curves of constant velocities (i.e. of Mach numbers) are given in Fig. 3. From Figure 2 it is evident that all variables are constant for -2 0 (4) in mora biti izpolnjen, ko je sistem v ravnotežni točki. V potrditev, da je predmet na sliki 7 v ravnotežni točki, je raziskan pogoj (4) za stanje s slike 7. Predpostavimo enakomerno porazdelitev reakcijske sile in homogen material predmeta, vsota vrtilnih momentov STy je tedaj: ^Tyi =-Tg -Ts +Tt =-ds-Fg -ds-Fs +2-ds- i T je vrtilni moment okoli osi yR, ki ga povzroča gravitacijska sila F=m-g , delujoča na predmet Ts je vrtilni moment okoli osi yR, ki ga povzroča sila Fs delujoča na predmet, le ta pa se pojavi zaradi sesalnega učinka cevk, ki so prekrite s predmetom. Predpostavljamo, da deluje sila F v središču cevk, označenih s črko S na sliki 7. In T je vrtilni moment okoli osi y, ki ga povzročajo enakomerno porazdeljene površinske reakcijske sile F delujoče na predmet, ds je polmer cevke. if the system is at the equilibrium point. To verify that the object in Figure 7 is at the equilibrium point the condition (4) is examined for the situation from Figure 7. Assuming a uniform reactive force distribution and a homogeneous material for the object the sum of the torque STyi is: Ft1=-ds-(Fg+Fs) + 2-ds-~(Fg+Fs) = 0 (5) T is the torque around the yR axis produced by gravitational force F =m . g on the object T is the torque around the yR axis produced by the force F on the object, which appears as a result of the sucking action of the tubes where the tubes are covered by the object. It is assumed that force F is acting in the middle of the tube denoted by S in Figure 7. And T is the torque around the yR axis produced by the uniformly distributed surface reactive force F on the object. ds is equal to half of the tube diameter. VH^tTPsDDIK stran 228 Uran S. - [afari~ R. - Winther T.: Naprava s pnevmati~no aktivno - A Pneumatic Active-Surface jy = 0 ! 2.ds Sl. 7. Predmet v navpični usmeritvi Fig. 7. Object in the vertical orientation Ker je pogoj (4) izpolnjen, je predmet na sliki 7 v ravnotežni legi. Za analizo stabilnosti ravnotežne točke smo uporabili metodo Ljapunova. Če je ravnotežna točka stabilna, tedaj se bo predmet vrnil v ravnotežno točko tudi, če ga zavrtimo v lego, izmaknjeno iz ravnotežne lege. Kinetično energijo rotirajočega predmeta smo izbrali kot kandidata za Ljapunovovo funkcijo (6) sistema. V = W Krot Izbrana funkcija Ljapunova je pozitivno definitna, ker je vztrajnost predmeta JRy vedno pozitivna (2). Da bo sistem stabilen, mora biti odvod Ljapunovove funkcije V negativno semidefiniten. Therefore, the object in Figure 7 is at the equilibrium point. To analyze the stability of the equilibrium point we used the Lyapunov method. If the equilibrium point is stable the object should return to the equilibrium point from a situation where the object is rotated out of the equilibrium point. The kinetic energy of the rotated object is chosen as a candidate Lyapunov function (6) of the system. JV y. jy>0 2 (6) The chosen Lyapunov function is positive definite because the term JRy is always positive (2). In order for the system to be stable the derivative of the Lyapunov function V& must be negative semi-definite. ¦Jy-jy=jy ¦ZTyi-0 i (7) Oglejmo si stanje na sliki 8. Na sliki 8 je predmet zasukan za neki kot jy iz ravnotežne lege in se vrti okoli osi yR s pozitivno hitrostjo jy>0 Za izvedbo analize stabilnosti moramo torej ovrednotiti vsoto vrtilnih momentov Si Tyi, ki skupaj s hitrostjo jy določa odvod funkcije Ljapunova. Če je SiTyi< 0, tedaj je navpična smer predmeta stabilna. Vsota vrtilnih momentov Si Tyi je za območje kota 00 Therefore, for the stability analysis the sum of the torque SiTyi has to be evaluated. If SiTyi< 0 then the object is stable. The sum of torque Si Tyi for the range of 0 < jy < 90° is: -tg-ts-StBj<0 a 0 v primeru pihanja cevk in AOrj je j-ti del površine desne strani predmeta, The value pB > 0 for the blowing action and AOrj is the j-th part of the surface of the right-hand VH^tTPsDDIK stran 230 Uran S. - [afari~ R. - Winther T.: Naprava s pnevmati~no aktivno - A Pneumatic Active-Surface ki bi pokrival cevke, če bi predmet ležal vodoravno. Predpostavljamo, da deluje sila F v središču cevk. Zato je razdalja med osjo yR srediscem j-te cevke enaka (j-1/2) . d, kjer je d premer cevke NPAP. Vsota vrtilnih momentov, ki delujejo na predmet, je tako: side of the object covering the tubes of the PASD if the object would be in the horizontal orientation. It is assumed, again, that the FBj force is acting in the middle of the tubes. Therefore, the distance between . the yR axis and the middle of the j-th tube is (j-1/2) dt, where dt is the diameter of the tube of the PASD. The sum of the torque acting on the object is: Y4Tyi=Tg-Ts-Y4TBj=m-g-r-cos(90° + a-jy)- j -¦dt'ps'AOB-cosjy-H(j- 2ydt-pB-AORj-cos(90°-jy) (14) V območju a 0, kakor je prikazano na sliki 8, tedaj je odvod Ljapunove funkcije V = jy -Si Tyi < 0, ker je jy > 0 in Si Tyi < 0. Z enako metodo Ljapunova in podobnimi enačbami, ki so prej opisane, je mogoče dokazati tudi stabilnost predmeta, ki ga zavrtimo iz ravnotežne lege v levo. To pomeni, da je navpična usmeritev predmeta stabilna. Potencialno polje tlaka je lahko neskončno visoko in nespremenljivo (laminarni zračni tok) v teoriji, ne pa tudi v praksi. Zato velja ta analiza stabilnosti le za predmete v navpični usmeritvi, katerih višina ne presega višine laminarnega zračnega toka, ki ga ustvarja potencialno polje tlaka NPAP. Zaradi dejanske ureditve cevk NPAP (kjer cevke niso urejene v ravne vrstice po smeri y) je potreben za dosego enake stabilnosti nekoliko višji tlak. Zaradi povečane stabilnosti usmeritve predmeta je med gibanjem predmeta zagotovljena robustnost na spremembe usmeritve predmeta med razklenjenim krmiljenjem. 3 SKLEP Ta prispevek prikazuje načrtovanje prototipa naprave s pnevmatično aktivno površino, njene potencialne uporabe in osnove gibanja objekta v zračnem toku, ki ga povzroči aktivna površina. Naslednja pomembna razlaga, ki je opisana v prispevku, je analiza stabilnosti po Ljapunovu za tog objekt v navpični usmeritvi, ki prikazuje povečano stabilnost objekta na NPAP zaradi zračnega toka aktivne površine. for all a < jy < 90° . And the stability of the vertical object’s orientation is ensured. If the object comes out of the equilibrium region with rotation to the right jy > 0 as shown in Figure 8 then the derivative of the Lyapunov function V = j -S Ty <0 since jy >0 and Si Ty < 0. The same Lyapunov method with practically the same equation development as previously described, can be used to prove stability if the object comes out of the equilibrium point to the left. It means that the considered equilibrium point (vertical orientation) is stable. The pressure potential field could be infinitely high and constant (laminar air-flow) in theory, but this is not possible in practice. Therefore, this stability analysis has practical value only for objects in the vertical orientation with a height that does not exceed the height of the laminar air-flow produced by the pressure potential field of the PASD. The actual arrangement of tubes for the PASD (the tubes are not in straight columns in the y direction) due to non-idealities means we need a slightly higher pressure to achieve the same stability. With the increased stability of the object orientation during step-by-step motion the robustness in terms of object orientation changes during the open-loop control is ensured. 3 CONCLUSION This paper presents a prototype design of a PASD, its potential applications, and the basics of how an object is moved in the airflow caused by an active surface. The next important explanation is a Lyapunov-based stability analysis of a rigid object in the vertical orientation, which showed increased stability of the objects on the PASD due to the airflow of the active surface. | IgfinHŽšlbJlIMlIgiCšD I stran 231 glTMDDC Uran S. - [afari~ R. - Winther T.: Naprava s pnevmati~no aktivno - A Pneumatic Active-Surface Zahvala Projekt razvoja prototipne naprave NPAP je bil med drugim financiran tudi iz programa Fulbright-ovih štipendij in je bil izveden v Laboratorijih centra za avtomatizacijo tehnologij, New York center naprednih tehnologij, Rensselaer Polytechnic Institute. Avtorji prispevka bi se radi posebej zahvalili vsemu osebju, ki je kakor koli prispevalo razvoju NPAP v Center for Automation Tecnology, posebej prof. Hary-ju Stephanou in Ben-u Potsaid-u. Acknowledgment This project is also funded under the Fulbright Scholar Program and was developed in the laboratories of the Center for Automation Technologies, New York State Center for Advanced Technology, Rensselaer Polytechnic Institute. The authors of the paper would like to thank all involved personnel in the Center for Automation Technologies, especially to Ben Potsaid and Harry Stephanou. 4 LITERATURA 4 REFERENCES [I] Bohringer, K.-F., B.R Donald, N.C. MacDonald (1999) Programmable force fields for distributed manipulation, with applications to MEMS actuator arrays and vibratory parts feeders, The International Journal of Robotics Research, vol. 18, No. 2, 168-200. [2] Bohringer, K-F., K. Goldberg, M. Cohn, R. Howe (1998) Parallel microassembly with electrostatic force fields, Proceedings of the 1998 IEEE, International Conference on Robotics & Automation, Lueven, Belgium, 1204-1211. [3] Kavraki, L. E. (1997) Part orientation with programmable vector fields: two stable equilibria for most parts, Proceedings of the 1997 IEEE, International Conference on Robotics and Automation, Albuquerque, New Mexico, 2446-2451. [4] Luntz, J. E, W. Messner, H. Choset (1997) Parcel manipulation and dynamics with a distributed actuator array: the virtual vehicle, Proceedings of the 1997 IEEE, International Conference on Robotics and Automation, Albuquerque, New Mexico, 2446-2451. [5] Akiyama, T, D. Collard, H. Fujita (1997) Scratch drive actuator with mechanical links for self-assembly of three-dimensional MEMS, Journal of Microelectromechanical systems, VOL. 6, No. 1, 10-17. [6] Konishi, S., H. Fujita (1994) A conveyance system using air flow based on the concept of distributed micro motion system, Journal of Microelectromechanical systems, VOL. 3, No. 2, 54-58. [7] Wenheng, L., P. Will (1995) Parts manipulation on an intelligent motion murface, Proceeding of IROS’95, 399-404. [8] Pister, K. S. J., R. Fearing, R. Howe (1990) A planar air levitated electrostatic actuator system, Proceedings IEEE Workshop on MEMS, Napa Valley, California, 67-71. [9] Fujita, H. (1993) Group work of microactuators, International Advanced Robot Program Workshop on Micromachined Technologies and Systems, Tokyo, Japan, 24-31. [10] Storment, C. W., DA. Borkholder, V Westerlind, J.W. Suh, N.I. Maluf, G.T.A. Kovacs (1994) Flexible, dry-released process for aluminum electrostatic actuators, Journals of Microelectromechanical Systems, 3(3), 90-96. [II] Liu, C, Tsao, T, Will, P., Tai, Y, Liu, W: A micro-machined magnetic actuator array for micro-robotics assembly systems, Transducers-Digest Int. Conf On Solid-State Sensors and Actuators, Stockholm, Sweden, 34-38. [12] Vikramaditya, B., B.J. Nelson (1999) Visually servoed micropositioning for robotics micromanipulation, Microcomputer Application, Vol. 18, No. 1, 64-72. VH^tTPsDDIK stran 232 Uran S. - [afari~ R. - Winther T.: Naprava s pnevmati~no aktivno - A Pneumatic Active-Surface Naslovi avtorjev: dr. Suzana Uran profdr. RikoŠafarič Fakulteta za elektrotehniko, računalništvo in informatiko Univerza v Mariboru Smetanova 17 2000 Maribor suzana.uran@uni-mb.si riko.safaric@uni-mb.si dr. Tobias Winther Center for Automation Technologies Rensselaer Polytechnic Institute 110 8th Street, CII 8015, Troy New York 12180-3590, USA winther@cat.rpi.edu Authors’ Addresses: Dr. Suzana Uran ProfDr. RikoŠafarič Faculty of Electrical Eng. and Computer Sciences University of Maribor Smetanova 17 2000 Maribor, Slovenia suzana.uran@uni-mb.si riko.safaric@uni-mb.si Dr. Tobias Winther Center for Automation Technologies Rensselaer Polytechnic Institute 110 8th Street, CII 8015, Troy New York 12180-3590, USA winther@cat.rpi.edu Prejeto: Received: 8.5.2001 Sprejeto: Accepted: 23.5.2002 © Strojni{ki vestnik 48(2002)4,234-239 © Journal of Mechanical Engineering 48(2002)4,234-239 ISSN 0039-2480 ISSN 0039-2480 UDK 372.862:373.62:658.512.2 UDC 372.862:373.62:658.512.2 Strokovni ~lanek (1.04) Speciality paper (1.04) Projektna naloga kot strategija vzgojno izobra`evalnega dela The Project Task as a Strategy for Education-Training Activities Amand Papotnik Prispevek obravnava projektno nalogo kot strategijo vzgojno-izobraževalnega dela, ki je organizirana od idejne zasnove prek izdelave prototipa, tehnične in tehnološke dokumentacije, izvedbe serijske proizvodnje do analize dela in ovrednotenja izdelka - projekta. Pri taki nalogi lahko sodelujejo učenci več vzporednih oddelkov ali različnih razredov, pri čemer gre lahko za delitev dela med razredi. Projektna naloga je tista strategija vzgojno-izobraževalnega dela, pri kateri gre za razvoj različnega mišljenja, ustvarjalnih sposobnosti, pridobivanja, poglabljanja, utrjevanja in uporabe znanja s področja tehnike, tehnologije, organizacije dela, ekonomike, ergonomije, ekologije, informatike in računalništva, industrijskega oblikovanja itn. © 2002 Strojniški vestnik. Vse pravice pridržane. (Ključne besede: delo vzgojnoizobraževalno, strategije dela, naloge projektne, reševanje problemov, mišljenje divergentno) This paper deals with the project task as a strategy for education-training activities. The project task is organised as follows: it begins with the conception, and then continues through prototype, technical and technological documentation, execution of series production and on to analysis of the work and evaluation of the product-project. In such a task the pupils of several classes or different classes can cooperate so that the work is divided among the classes. The project task is a strategy of education-training activities including the development of divergent thinking, creative capacities, acquiring, developing, exercising and applying knowledge in the areas of technology, production planning, economics, ergonomics, ecology, information processing and computer science, industrial design, etc. © 2002 Journal of Mechanical Engineering. All rights reserved. (Keywords: education-training, strategy of activities, project tasks, problem solving, divergent thinking) 0 UVODNE MISLI Tehnična vzgoja (tehnika in tehnologija) omogoča učencu spoznati, kako človek spreminja naravo z namenom, da preživi; kako uporablja tehniko in tehnologijo in informacijska znanja. “Ta predmet ima izredno velik vpliv na razvoj spoznavnih, čustvenih, gibalnih in socialnih potreb učenca, ki jih lahko udejanja le v stiku s tehniko in tehnologijo. Njen pomen je povezan s potrebami družbe, ki mora v sodobnih razmerah skrbeti za svoj obstoj. To bo lahko uresničevala s tehnološkim napredkom na vseh področjih, kar ji bo omogočilo, da se bo lahko enakopravno vključevala v evropske tokove in bo primerljiva z razvitim svetom.” [7] “Poudariti moramo, da je tehnična vzgoja v pravem pomenu vzgojni in prav tako tudi izobraževalni predmet, čeprav v nobenem primeru ne mislimo zmanjševati pomena, ki ga dajemo predmetu kot vzgojnemu, usmerjevalnemu, oblikovalnemu predmetu. Nasprotno, predmet je vzgojno-izobraževalen.” [3]. Pri tehnični vzgoji (tehnika, tehnologija) vse bolj prihaja do večje izobraževalne vrednosti, z bolj zahtevnimi vsebinami, metodami in postopki v okviru projektne naloge kot posebne strategije vzgojno-izobraževalnega dela s poudarjeno možnostjo korelacije, integracije, kooperacije, prenosa znanja, diferenciacije in individualizacije. V tem prispevku bom posebej poudaril projektno nalogo, pri kateri naj bo čim manj “reproduktivne aktivnosti ali dela po nareku, ki nima veliko skupnega z ustvarjalno tehnično aktivnostjo in problemskim načinom vodenja razvoja divergentnega mišljenja” [5], in prav pri projektni nalogi učencev na nevsiljiv, ustvarjalen in prijazen način vstopa v svet tehnike in tehnologije. VH^tTPsDDIK stran 234 Papotnik A.: Projektna naloga kot startegija - The Project Task as a Strategy 1 PREDSTAVITEV PROJEKTNE NALOGE Projektna naloga je organizirana “od idejne zasnove prek izdelave prototipa, tehnične in tehnološke dokumentacije, izvedbe serijske proizvodnje do analize dela in ovrednotenja izdelka-projekta” [4]. Projektna naloga lahko sestoji iz sedmih učnih enot. Potek učnih enot je naslednji: 1. načrtovanje in razvoj izdelka, 2. izdelava prototipa, 3. konstruiranje (izdelava tehnične in tehnološke dokumentacije), 4. priprava serijske proizvodnje, 5. ekskurzija, 6. izvedba proizvodnjega dela na tekočem traku, 7. konec proizvodnega dela [5]. Pri taki nalogi lahko sodelujejo učenci več vzporednih oddelkov ali različnih razredov, pri čemer gre lahko za delitev dela med razredi. Izvajanje sestavin projektne naloge v posameznih razredih izhaja iz mrežnega načrta dejavnosti, ki jih postavimo v uvodnih učnih urah, pri katerih razvijamo idejo za projektno nalogo. V tem delu predstavimo tematiko, nato pa učenci predlagajo mogoče rešitve, ki naj se nanašajo na celotni postopek,in sicer rešitve od zamisli do izdelka. Ta krog “model vseh dogajanj” [8] je sestavljen iz naslednjih stopenj oziroma dogajanj: informiranje, načrtovanje, odločitev, izvedba, nadzor, vrednotenje. Iz grafičnega prikaza je razvidno, da so vse dejavnosti tega modela tokrat osredotočene na primer robota, ki ga lahko zgradimo s sestavljankami (npr.: sistem gradnikov Legodacta) ali z obdelovanjem, oblikovanjem, preoblikovanjem gradiv (npr.: iz kartona, lepenke, odpadne embalaže, umetnih snovi itn.). Projektno nalogo je treba pojmovati kot možen primer, pri čemer je izdelek le izrazno sredstvo in se lahko prilagaja katalogom znanja, izobraževalnim programom, interesom, sposobnostim učencev itn. Predstavljeno projektno nalogo je treba razumeti kot strategijo vzgojno-izobraževalnega dela in na tej podlagi izoblikovati priprave na vzgojno-izobraževalno delo. Projektne naloge je po tej metodologiji mogoče uspešno izvajati v osnovni šoli (na razredni in predmetni stopnji), pri praktičnem pouku v srednjem poklicnem in srednjem tehničnem izobraževanju, pri strokovnoteoretičnih predmetih v različnih programih srednješolskega izobraževanja. Sl. 1. Model vseh dogajanj IZDELAVA Sl. 2. Miselni vzorec: Od prototipa do končne podobe projekta (izdelka) stran 235 |Mg^ Ml^flMDCC Papotnik A.: Projektna naloga kot startegija - The Project Task as a Strategy Preglednica 1. Naloge, vzgojno-izobraževalni in psihomotorični cilji pri projektni nalogi Ura Učna enota Naloge Vzgojno-izobraževalni in psihomotorični cilji 1 Načrtovanje in razvoj • Motiviranje učencev. • Učenci se znajo odločiti za izdelka • Oblikovanje predlogov, uporaben izdelek in narisati utemeljevanje in odločitev. razvojno skico. • Izdelava razvojne skice, • Izdelek znajo dimenzionirati. dimenzioniranje in izbira • Znajo izbirati primerno gradivo gradiva. za izdelavo izdelka. . Navajajo se na skupinsko delo. 2 Izdelava prototipa • Izdelava prototipa, analiza in • Uvidijo in razumejo vlogo popravki. prototipa v proizvodnji. • Vnašanje popravkov v projekt. • Obvladajo delovne operacije, ki so potrebne za izdelavo. • Spoznavajo nevarnosti pri delu in pomen uporabe zaščitnih sredstev. 3 Konstruiranje • Izdelava sestavne risbe, • Z uporabo skice in prototipa delavniške risbe in kosovnice. zmorejo natančno narisati sestavno in delavniško risbo in izpolniti kosovnico. 4 Priprava serijske • Priprava tehnološkega lista. • Spoznajo tehnološki list, proizvodnje • Priprava šablon, organizacija razumejo njegov pomen in ga sistema delovnih mest, priprava znajo smiselno izpolniti. na ekskurzijo. • Razumejo pomen šablone za serijsko proizvodnjo. • Znajo organizirati delovna mesta za serijsko proizvodnjo. 5 Ekskurzija • Ogled serijske proizvodnje. • Uvidijo pomen delitve dela in • Zbiranje podatkov o tehnološki serijske proizvodnje. dokumentaciji in organizaciji • Pridobijo spoznanja o pomenu delovnega postopka. tehnološke dokumentacije, • Vnašanje novih spoznanj v naše organizacije delovnih mesti n proizvodno delo. notranjega transporta. 6 Izvedba proizvodnega • Normiranje delovnih mest in • Zavestno izpolnjujejo varnostne dela (po tekočem določitev števila učencev na predpise in uporabljajo zaščitna traku) posameznem delovnem mestu. sredstva. • Upoštevanje pravil o varnem • Pravilno opravljajo delovne delu, uporaba zaščitnih sredstev. operacije, postopke in naloge. • Izdelava sestavnih delov, • Pridobivajo si znanja, montaža in medfazni nadzor. ustvarjalne sposobnosti, ročne . Površinska obdelava in zaščita. spretnosti in delovne navade. 7 Konec proizvodnega • Konec izdelave. • Znajo primerjati uspešnost dela • Končno preverjanje kakovosti in svojega dela z delom delavcev v preskušanje. proizvodnji. . Izračun proizvodnih stroškov. • Vrednotijo porabo gradiv, . Izračun vrednosti izdelka. energije, obrabo strojev in • Primerjava šolske in tovarniške naprav ter učiteljevo vloženo proizvodnje. delo. • Spoznajo postopek za izračun vrednosti izdelka. Projektni način dela je mogoče uveljaviti tudi pri projektnih dnevih, tehniških dnevih, raziskovalnih in poletnih šolah. 1.1 Od prototipa do končne podobe projekta (izdelka) Iz miselnega vzorca je razvidno, da ustvarjalne in miselne dejavnosti izhajajo iz izdelave prototipa (prvi izdelek), ki ga nato popravimo, dopolnimo in izboljšamo in šele potem preidemo k izdelovanju (izdelka) projektne naloge. V preglednici 2 si bomo ogledali razporeditev vzgojno-izobraževalnih enot pri primeru robota. VH^tTPsDDIK stran 236 Papotnik A.: Projektna naloga kot startegija - The Project Task as a Strategy Preglednica 2. Razporeditev vzgojno-izobraževalnih enot pri primeru robota Projektna naloga: Robot – sestavljanka ____________________jL <- 1. Načrtovanje in razvoj izdelka _______ Izdelava prototipa _______ Konstruiranje _______ Priprava serijske proizvodnje 5. _______ Ekskurzija -------- L 6. 7. Izvedba proizvodnega dela (po tekočem traku) __________________________ _______ Konec proizvodnega dela Pri tem primeru in pri drugih ne gre za storilnost, ampak stvarne - logične (stvarne - predmetne) vsebine načrtujemo skladno s postavljenimi cilji, možnimi vednostmi, z znanji, sposobnostmi, navadami, spoznanji in z načini za vrednotenje in ocenjevanje rezultatov in dosežkov. Izdelek ni namen, ampak le sredstvo za uresničevanje vseh zgoraj omenjenih kategorij pri vzgojno-izobraževalnem procesu.______________________________________________________________________ SESTAVNI DEL 1 i osnovni gradnik Sestavna dela 50 > V SESTAVNI DEL 2 ( glava ) 15 Prikaz opozoril za varno delo grn^OtJJIMISCSD 02-4 stran 237 |^BSSlTTMlGC Papotnik A.: Projektna naloga kot startegija - The Project Task as a Strategy ROBOT - RAZLIČICE i_ ________ ________i__________ 1. Projektna iniciativa ________ ________i__________ 2. Projektna skica ________ JI 3. Projektni načrt 1 _______ ________i__________ 4. Izvajanje i 5. Sklepni del _________ 1. --------------> _______________ Načrtovanje in razvoj izdelka 2. Izdelava prototipa _________ 3. Konstruiranje _________ 4. Priprava serijske proizvodnje YT _________ Ekskurzija __________ 6. Usklajevalna medetapa -I_________fiksna točka N _________ 6. Izvedba proizvodnega dela (po tekočem traku) 7. Usmerjevalna medetapa -metainterakcija \ ~ I Konec proizvodnega dela Sl. 3. Miselni vzorec: Primerjava artikulacij WM$&\ Ml^THRflDGC stran 238 Papotnik A.: Projektna naloga kot startegija - The Project Task as a Strategy 1.2 Primerjava artikulacij Iz miselnega vzorca: Primerjava komponent projektne naloge z artikulacijo po Freyu je mogoče razbrati, da imata obe metodologiji precej podobnih komponent. Ugotovimo lahko naslednje: ¦ artikulacija po Freyu je splošnejša, ¦ projektna naloga je prav tako tudi splošno uporabna in zelo primerna za tehnično in tehnološko področje, ¦ uporabna je pri osnovah tehnične vzgoje (tehnike in tehnologije) na razredni stopnji, ¦ izredno primerna je pri pouku tehnične vzgoje v osnovni šoli (tehnike in tehnologije), pri strokovno-teoretičnih premetih različnih usmeritev v srednji poklicni in tehnični šoli in pri praktičnem pouku v vseh programih in usmeritvah srednjega poklicnega in tehničnega izobraževanja, ¦ od učiteljeve iznajdljivosti, znanja in didaktične usposobljenosti je odvisno, kako bo znal teoretična izhodišča prilagoditi in usmeriti v pravo in uspešno smer. 2 NAMESTO SKLEPA Projektna naloga je tista strategija vzgojno-izobraževalnega dela, pri kateri gre za razvoj različnega mišljenja, ustvarjalnih sposobnosti, pridobivanja, poglabljanja, urejevanja in uporabe znanja s področja tehnike, tehnologije, organizacije dela, ekonomike, ergonomije, ekologije, informatike in računalništva, industrijskega oblikovanja itn. Pri učnih urah, ki gradijo projektno nalogo, je treba pobude in motive za ravnanje primerjati s potrebami, interesi, sposobnostmi in nagnjenji učencev ter tako ustvarjati ustrezen, kakovosten in prijazen vzgojno-izobraževalni postopek. Ob sklepu pa še misel iz knjige Učenje: skriti zaklad, ki opozarja na pomen znanosti in tehnologije in enopomensko opozarja na potrebo in nujo po navzočnosti tehnike in tehnologije v predmetnikih (tudi osnovne šole) ter končuje takole: “Če ne bomo posvetili tej nalogi izjemnih naporov, bodo dežele, ki jim manjka osnove za vključitev v mednarodno tehnološko tekmovanje, postale območja revščine, obupa in nasilja, česar se ne bo dalo odpraviti s pomočjo ali humanitarnimi dejavnostmi” [1]. 3 LITERATURA [1] Delors, J. (1996) Učenje: Skriti zaklad; Poročilo Mednarodne komisije o izobraževanju za enaindvajseto stoletje, Pripravljeno za UNESCO, Ministrstvo za šolstvo in sport, Republika Slovenija, Ljubljana. [2] Hansel, D. (1995) Das Projektbuch Grundschule, Belz Verlag, Weinheim; Basel. [3] Papotnik, A. (1988) Specialna didaktika in metodologija tehnične vzgoje, Zveza organizacij za tehnično kulturo Slovenije, Ljubljana. [4] Papotnik, A. (1991) Prispevki k didaktiki tehnične vzgoje za razredno stopnjo, Pedagoška fakulteta Maribor, Maribor. [5] Papotnik, A. (1992) Prvi koraki v projektno nalogo, Didakta, Radovljica. [6] Papotnik, A. (1998) S projektno nalogo do boljšega znanja, Ozolit, Trzin. [7] Papotnik, A., B. Aberšek, F. Florjančič (1996) Zaustavimo izganjanje tehnične vzgoje iz predmetnika devetletne osnovne šole, Republika, Ljubljana. [8] Rottluff, J. (1992) Selbstandig lernen; Arbeiten mit Leittexten; Belz Verlag; Weinheim und Basel. Avtorjev naslov: prof.dr. Amand Papotnik Univerza v Mariboru Pedagoška fakulteta Koroška cesta 160 2000 Maribor Prejeto: 8.1.2002 Received: Sprejeto: 23.5.2002 Accepted: gfin^OtJJlMISCSD 02-4 stran 239 |^BSSITIMIGC © Strojni{ki vestnik 48(2002)4,240 © Journal of Mechanical Engineering 48(2002)4,240 ISSN 0039-2480 ISSN 0039-2480 Osebne vesti Personal Events Osebne vesti Personal Events Razpis za glavnega in odgovornega urednika Strojni{kega vestnika STROJNIŠKI VESTNIK Univerza v Ljubljani - Fakulteta za strojništvo, Univerza v Mariboru - Fakulteta za strojništvo, Zveza strojnih inženirjev in tehnikov Slovenije, GZS - Združenje kovinske industrije objavlja razpis GLAVNEGA IN ODGOVORNEGA UREDNIKA Pogoji: - uveljavljenost na znanstvenem in strokovnem področju strojništva, - poznavanje izdajateljskih postopkov, - izkušnje pri podobnih delih. Funkcija glavnega in odgovornega urednika Strojniškega vestnika se razpisuje za dobo 5 let. Kandidati naj prijavi priložijo svoj uredniški program in načrt dela ter predlagajo svojega namestnika - tehničnega urednika. Vloge pošljite na naslov Strojniški vestnik, Fakulteta za strojništvo, Aškerčeva 6, 1000 Ljubljana (v zaprti kuverti z dobro vidno oznako RAZPIS) do 30.10.2002. Vse dodatne informacije dobite na telefonski številki 01/4771-124 (Suzana Domjan) ali po elektronski pošti strojniski.vestnik@fs.uni-lj.si. Doktorati, diplome DOKTORATI Na Fakulteti za strojništvo Univerze v Ljubljani je dne 24. aprila 2002 mag. Samuel Rodman z uspehom zagovarjal svojo doktorsko disertacijo z naslovom: “Raziskave turbulentnih struktur radialnega vtoka olja v ozek vodoravni kanal”. S tem je navedeni kandidat dosegel akademsko stopnjo doktorja tehničnih znanosti. DIPLOMIRALI SO Na Fakulteti za strojništvo Univerze v Ljubljani so pridobili naziv univerzitetni diplomirani inženir strojništva: dne 26. aprila 2002: Dejan BOLTAR, Peter NOSE, Primož ZAJC; dne 29. aprila 2002: Boštjan JURIŠEVIČ, Primož MIHALIČ, Henri ORBANIČ, Andrej PODNAR. Na Fakulteti za strojništvo Univerze v Mariboru je pridobila naziv univerzitetni diplomirani inženir strojništva: dne 25. aprila 2002: Nina ČIŽIČ. * Na Fakulteti za strojništvo Univerze v Ljubljani so pridobili naziv diplomirani inženir strojništva: dne 11. aprila 2002: Toni BITENC, Marko BUTARA, Sebastjan JELEN, Gorazd JELERČIČ; dne 12. aprila 2002: Dejan KOVAČIČ, Livio MARAŽ, Boštjan ŠKVARČ, Robert VERTNIK, Matija ŽNIDARŠIČ; dne 15. aprila 2002: Peter BAČAR, Vilim BRAJKOVIČ, Jože LAMOVŠEK, Albert MALNARIČ, Franci PAPEŽ, Primož PLANOVŠEK; dne 24. aprila 2002: Miodrag DIMITRIJEVIČ, Iztok KAVŠEK, Jožef KOVAČIČ, Sebastjan RAMŠAK Andrej VOGRIN. Na Fakulteti za strojništvo Univerze v Mariboru so pridobili naziv diplomirani inženir strojništva: dne 25. aprila 2002: Leopold BRGLEZ, Gregor CVET, Marko JURIČ, Alojz MEŠIČEK Mirko MEŽA, Enes RAKOVIČ, Andrej VALEK, Stanko VEDLIN. * Na Fakulteti za strojništvo Univerze v Ljubljani je pridobil naziv inženir strojništva: dne 11. aprila 2002: Boštjan RANT Na Fakulteti za strojništvo Univerze v Mariboru je pridobil naziv inženir strojništva: dne 25. aprila 2002: Simon KUŽNER. VH^tTPsDDIK stran 240 © Strojni{ki vestnik 48(2002)4,241-242 ISSN 0039-2480 Navodila avtorjem © Journal of Mechanical Engineering 48(2002)4,241-242 ISSN 0039-2480 Instructions for Authors Navodila avtorjem Instructions for Authors Članki morajo vsebovati: - naslov, povzetek, besedilo članka in podnaslove slik v slovenskem in angleškem jeziku, - dvojezične preglednice in slike (diagrami, risbe ali fotografije), - seznam literature in - podatke o avtorjih. Strojniški vestnik izhaja od leta 1992 v dveh jezikih, tj. v slovenščini in angleščini, zato je obvezen prevod v angleščino. Obe besedili morata biti strokovno in jezikovno med seboj usklajeni. Članki naj bodo kratki in naj obsegajo približno 8 tipkanih strani. Izjemoma so strokovni članki, na željo avtorja, lahko tudi samo v slovenščini, vsebovati pa morajo angleški povzetek. Vsebina članka Članek naj bo napisan v naslednji obliki: - Naslov, ki primerno opisuje vsebino članka. - Povzetek, ki naj bo skrajšana oblika članka in naj ne presega 250 besed. Povzetek mora vsebovati osnove, jedro in cilje raziskave, uporabljeno metodologijo dela,povzetek rezulatov in osnovne sklepe. - Uvod, v katerem naj bo pregled novejšega stanja in zadostne informacije za razumevanje ter pregled rezultatov dela, predstavljenih v članku. - Teorija. - Eksperimentalni del, ki naj vsebuje podatke o postavitvi preskusa in metode, uporabljene pri pridobitvi rezultatov. - Rezultati, ki naj bodo jasno prikazani, po potrebi v obliki slik in preglednic. - Razprava, v kateri naj bodo prikazane povezave in posplošitve, uporabljene za pridobitev rezultatov. Prikazana naj bo tudi pomembnost rezultatov in primerjava s poprej objavljenimi deli. (Zaradi narave posameznih raziskav so lahko rezultati in razprava, za jasnost in preprostejše bralčevo razumevanje, združeni v eno poglavje.) - Sklepi, v katerih naj bo prikazan en ali več sklepov, ki izhajajo iz rezultatov in razprave. - Literatura, ki mora biti v besedilu oštevilčena zaporedno in označena z oglatimi oklepaji [1] ter na koncu članka zbrana v seznamu literature. Vse opombe naj bodo označene z uporabo dvignjene številke1. Oblika članka Besedilo naj bo pisano na listih formata A4, z dvojnim presledkom med vrstami in s 3 cm širokim robom, da je dovolj prostora za popravke lektorjev. Najbolje je, da pripravite besedilo v urejevalnilku Microsoft Word. Hkrati dostavite odtis članka na papirju, vključno z vsemi slikami in preglednicami ter identično kopijo v elektronski obliki. Prosimo, da ne uporabljate urejevalnika LaTeX, saj program, s katerim pripravljamo Strojniški vestnik, ne uporablja njegovega formata. V urejevalniku LaTeX oblikujte grafe, preglednice in enačbe in jih stiskajte na kakovostnem laserskem tiskalniku, da jih bomo lahko presneli. Enačbe naj bodo v besedilu postavljene v ločene vrstice in na desnem robu označene s tekočo številko v okroglih oklepajih Enote in okrajšave V besedilu, preglednicah in slikah uporabljajte le standardne označbe in okrajšave SI. Simbole fizikalnih veličin v besedilu pišite poševno (kurzivno), (npr. v, T, n itn.). Simbole enot, ki sestojijo iz črk, pa pokončno (npr. ms1, K, min, mm itn.). Vse okrajšave naj bodo, ko se prvič pojavijo, napisane v celoti v slovenskem jeziku, npr. časovno spremenljiva geometrija (ČSG). Papers submitted for publication should comprise: - Title, Abstract, Main Body of Text and Figure Captions in Slovene and English, - Bilingual Tables and Figures (graphs, drawings or photographs), - List of references and - Information about the authors. Since 1992, the Journal of Mechanical Engineering has been published bilingually, in Slovenian and English. The two texts must be compatible both in terms of technical content and language. Papers should be as short as possible and should on average comprise 8 typed pages. In exceptional cases, at the request of the authors, speciality papers may be written only in Slovene, but must include an English abstract. The format of the paper The paper should be written in the following format: - A Title, which adequately describes the content of the paper. - An Abstract, which should be viewed as a miniversion of the paper and should not exceed 250 words. The Abstract should state the principal objectives and the scope of the investigation, the methodology employed, summarize the results and state the principal conclusions. - An Introduction, which should provide a review of recent literature and sufficient background information to allow the results of the paper to be understood and evaluated. - A Theory - An Experimental section, which should provide details of the experimental set-up and the methods used for obtaining the results. - A Results section, which should clearly and concisely present the data using figures and tables where appropriate. - A Discussion section, which should describe the relationships and generalisations shown by the results and discuss the significance of the results making comparisons with previously published work. (Because of the nature of some studies it may be appropriate to combine the Results and Discussion sections into a single section to improve the clarity and make it easier for the reader.) - Conclusions, which should present one or more conclusions that have been drawn from the results and subsequent discussion. - References, which must be numbered consecutively in the text using square brackets [1] and collected together in a reference list at the end of the paper. Any footnotes should be indicated by the use of a superscript1. The layout of the text Texts should be written in A4 format, with double spacing and margins of 3 cm to provide editors with space to write in their corrections. Microsoft Word for Windows is the preferred format for submission. One hard copy, including all figures, tables and illustrations and an identical electronic version of the manuscript must be submitted simultaneously. Please do not use a LaTeX text editor, since this is not compatible with the publishing procedure of the Journal of Mechanical Engineering. Graphs, tables and equations in LaTeX may be supplied in good quality hard-copy format, so that they can be copied for inclusion in the Journal. Equations should be on a separate line in the main body of the text and marked on the right-hand side of the page with numbers in round brackets. Units and abbreviations Only standard SI symbols and abbreviations should be used in the text, tables and figures. Symbols for physical quantities in the text should be written in Italics (e.g. v, T, n , etc.). Symbols for units that consist of letters should be in plain text (e.g. ms-1, K, min, mm, etc.). All abbreviations should be spelt out in full on first appearance, e.g., variable time geometry (VTG). stran 241 glTMDDC Strojni{ki vestnik - Journal of Mechanical Engineering Slike Slike morajo biti zaporedno oštevilčene in označene, v besedilu in podnaslovu, kot sl. 1, sl. 2 itn. Posnete naj bodo v kateremkoli od razširjenih formatov, npr. BMP, JPG, GIF. Za pripravo diagramov in risb priporočamo CDR format (CorelDraw), saj so slike v njem vektorske in jih lahko pri končni obdelavi preprosto povečujemo ali pomanjšujemo. Pri označevanju osi v diagramih, kadar je le mogoče, uporabite označbe veličin (npr. t, v, m itn.), da ni potrebno dvojezično označevanje. V diagramih z več krivuljami, mora biti vsaka krivulja označena. Pomen oznake mora biti pojasnjen v podnapisu slike. Vse označbe na slikah morajo biti dvojezične. Za vse slike po fotografskih posnetkih je treba priložiti izvirne fotografije ali kakovostno narejen posnetek. V izjemnih primerih so lahko slike tudi barvne. Preglednice Preglednice morajo biti zaporedno oštevilčene in označene, v besedilu in podnaslovu, kot preglednica 1, preglednica 2 itn. V preglednicah ne uporabljajte izpisanih imen veličin, ampak samo ustrezne simbole, da se izognemo dvojezični podvojitvi imen. K fizikalnim veličinam, npr. t (pisano poševno), pripišite enote (pisano pokončno) v novo vrsto brez oklepajev. Vsi podnaslovi preglednic morajo biti dvojezični. Seznam literature Vsa literatura mora biti navedena v seznamu na koncu članka v prikazani obliki po vrsti za revije, zbornike in knjige: [1] Tarng, Y.S., Y.S. Wang (1994) A new adaptive controler for constant turning force. Int J Adv Manuf Technol 9(1994) London, pp. 211-216. [2] Čuš, F., J. Balič (1996) Rationale Gestaltung der organisatorischen Ablaufe im Werkzeugwesen. Proceedings of International Conference on Computer Integration Manufacturing Zakopane, 14.-17. maj 1996. [3] Oertli, PC. (1977) Praktische Wirtschaftskybernetik. Carl Hanser Verlag Minchen. Podatki o avtorjih Članku priložite tudi podatke o avtorjih: imena, nazive, popolne poštne naslove, številke telefona in faksa ter naslove elektronske pošte. Sprejem člankov in avtorske pravice Uredništvo Strojniškega vestnika si pridržuje pravico do odločanja o sprejemu članka za objavo, strokovno oceno recenzentov in morebitnem predlogu za krajšanje ali izpopolnitev ter terminološke in jezikovne korekture. Avtor mora predložiti pisno izjavo, da je besedilo njegovo izvirno delo in ni bilo v dani obliki še nikjer objavljeno. Z objavo preidejo avtorske pravice na Strojniški vestnik. Pri morebitnih kasnejših objavah mora biti SV naveden kot vir. Rokopisi člankov ostanejo v arhivu SV Vsa nadaljnja pojasnila daje: Uredništvo STROJNIŠKEGA VESTNIKA p.p. 197/IV 1001 Ljubljana Telefon: (01) 4771-757 Telefaks: (01) 2518-567 E-mail: strojniski.vestnik@fs.uni-lj.si Figures Figures must be cited in consecutive numerical order in the text and referred to in both the text and the caption as Fig. 1, Fig. 2, etc. Figures may be saved in any common format, e.g. BMP, GIF, JPG. However, the use of CDR format (CorelDraw) is recommended for graphs and line drawings, since vector images can be easily reduced or enlarged during final processing of the paper. When labelling axes, physical quantities, e.g. t, v, m, etc. should be used whenever possible to minimise the need to label the axes in two languages. Multi-curve graphs should have individual curves marked with a symbol, the meaning of the symbol should be explained in the figure caption. All figure captions must be bilingual. Good quality black-and-white photographs or scanned images should be supplied for illustrations. In certain circumstances, colour figures may be considered. Tables Tables must be cited in consecutive numerical order in the text and referred to in both the text and the caption as Table 1, Table 2, etc. The use of names for quantities in tables should be avoided if possible: corresponding symbols are preferred to minimise the need to use both Slovenian and English names. In addition to the physical quantity, e.g. t (in Italics), units (normal text), should be added in new line without brackets. All table captions must be bilingual. The list of references References should be collected at the end of the paper in the following styles for journals, proceedings and books, respectively: [1] Tarng, Y.S., Y.S. Wang (1994) A new adaptive controler for constant turning force. Int J Adv Manuf Technol 9(1994) London, pp. 211-216. [2] Čuš, F., J. Balič (1996) Rationale Gestaltung der organisatorischen Ablaufe im Werkzeugwesen. Proceedings of International Conference on Computer Integration Manufacturing Zakopane, 14.-17. maj 1996. [3] Oertli, PC. (1977) Praktische Wirtschaftskybernetik. Carl Hanser Verlag Minchen. Author information The following information about the authors should be enclosed with the paper: names, complete postal addresses, telephone and fax numbers and E-mail addresses. Acceptance of papers and copyright The Editorial Committee of the Journal of Mechanical Engineering reserves the right to decide whether a paper is acceptable for publication, obtain professional reviews for submitted papers, and if necessary, require changes to the content, length or language. Authors must also enclose a written statement that the paper is original unpublished work, and not under consideration for publication elsewhere. On publication, copyright for the paper shall pass to the Journal of Mechanical Engineering. The JME must be stated as a source in all later publications. Papers will be kept in the archives of the JME. You can obtain further information from: Editorial Board of the JOURNAL OF MECHANICAL ENGINEERING P.O.Box 197/IV 1001 Ljubljana, Slovenia Telephone: +386 (0)1 4771-757 Fax: +386 (0)1 2518-567 E-mail: strojniski.vestnik@fs.uni-lj.si 02-4 VH^tTPsDDIK stran 242