|
|
Kvantifikace mechanismů hydraulického odstranění okují
Hrabovský, Jozef ; Toman,, Zdeněk (oponent) ; Dobeš, Ferdinand (oponent) ; Horský, Jaroslav (vedoucí práce)
Problematika odstraňování okují je významnou součástí při tváření a tepelném zpracování oceli a ocelových polotovarů. Získáváním nových informací a studiem tohoto procesu je možné zvýšit efektivitu a zlepšit kvalitu povrchů po odokujení. Tato práce je zaměřená na kvantifikaci mechanizmů vysokotlakého hydraulického odstraňování okují a studium samotných chemických sloučenin, ze kterých jsou okuje složeny. K dosažení všech stanovených cílů práce a pro získání komplexního pohledu na odstraňování okují bylo použito několik experimentálních měření a výpočtových analýz. Všechna experimentální měření byla zaměřena na získání dat o zásadních vlivech a parametrech při hydraulickém odstraňování okují. Data získaná z provedených měření byla aplikována pro výpočtové analýzy, které měly za cíl odhalit hlubší souvislosti a potvrdit tak experimentální výsledky. Tuto práci je možné rozdělit na dvě základní části. První část je věnována studiu jednotlivých parametrů hydraulického paprsku. Mezi zkoumanými parametry vysokotlakého vodního paprsku byl součinitel přestupu tepla, impaktní tlak při různých režimech standardního nebo pulzujícího vodního paprsku. Experimentálně změřená data těchto parametrů byla použita pro výpočtové analýzy, které byly zaměřeny na vliv parametrů vodního paprsku na napjatost ve vrstvě okují. Další analýza vodního paprsku byla zaměřena na vliv jednotlivých částí hydraulické soustavy (jako jsou, rozvodní kolektor nebo stabilizátor) na její charakteristiky. Byly zkoumány různé typy kolektorů v kombinaci s různými druhy stabilizátorů a jejich vliv na hodnoty impaktního tlaku. Toto studium bylo podpořeno výpočtovou analýzou proudění uvnitř hydraulické soustavy. Další část této práce byla zaměřena na získání mechanických vlastností okují připravených na vzorcích z běžné konstrukční oceli a na vzorcích připravených z oceli s vyšším obsahem křemíku. Vliv jednotlivých parametrů a charakteristik byl v této práci zkoumán právě na těchto dvou typech oceli. Analýza mechanických vlastností okují byla prováděna pomocí metody tzv. protlačování malých vzorků („Small Punch Test“). Pro získání základních mechanických vlastností jako modul pružnosti, mez kluzu či mez pevnosti byla provedena optimalizace materiálových parametrů na základě změřených dat. Celá tato práce byla prováděna s cílem získat hodnotné a ucelené výsledky o vysokotlakém hydraulickém odstraňování okují a ovlivňujících faktorech i o samotných okujích.
|
|
|
EFFECT OF FLOW PARAMETERS OF WATER AND AIR ATOMIZED SPRAYS ON COOLING INTENSITY OF HOT SURFACES
Boháček, Jan ; Střasák,, Pavel (oponent) ; Rudolf, Pavel (oponent) ; Horský, Jaroslav (vedoucí práce)
The present thesis is focused on an overall description of water jets and air atomized jets for cooling purposes using CFD methods namely ANSYS FLUENT. It comprises two main parts – the micro and the macro model. The micro model concerns with a numerical description of single droplet dynamics whereas the macro model deals with a numerical modeling of water jets as complicated droplet structures emanating from solid stream nozzle and flat fan nozzle. By and large, it is based on multiphase models and User Defined Functions (UDFs), which represents the background of the present thesis. In most of cases, the presented numerical models were compared either with experimental data or another numerical model. In the first part, the theory of each of three multiphase models is discussed. The first one, the Volume Of Fluid model (VOF), was used for simulation of single droplet dynamics designated as a micro model whilst last two multiphase models, the Euler-Euler model and the Euler-Lagrange model, were applied in the case of modeling of the entire water jet structure, which is contrarily designated as a macro model. The micro model concerns with a numerical study of free-falling water droplet. For small droplet diameters (~100µm) the standard surface tension model (Continuum Surface Force model, CSF) was proved to cause significant unphysical parasitic currents. Therefore, the thesis is also devoted to surface tension as a source term of body forces imposed in momentum equation, normal, curvature calculation and related issues. The macro model covers a numerical study of dynamics of the entire water jet structure i.e. the space between the nozzle exit and the wall where the jet impinges. It accounts for the complete geometry, for instance, support rolls, a slab and a mold bottom of a continuous caster. Firstly, the physics of a solid jet impact onto a hot plate was simulated using both, the VOF and the Euler-Lagrange model. As regards the case with the VOF model, a model for film boiling was designed and tested. Finally, both, the Euler-Euler model and the Euler-Lagrange model, were used for simulation of a flat jet horizontally spraying onto a hot slab inside a confined domain bounded by support rolls and a mold bottom. Concerning the simulation with the Euler-Euler model, a secondary breakup model was introduced based on the wave stability atomization theory. Concerning the Euler-Lagrange simulation, the dispersed phase (Lagrange particles) formed rather a continuous phase in some places, and therefore the coupling between Lagrange particles and the VOF model via UDFs was proposed.
|
|
|
Okrajové podmínky ve válcovací mezeře při válcování za tepla a za studena
Luks, Tomáš ; Pernis,, Rudolf (oponent) ; Hajduk, Daniel (oponent) ; Horský, Jaroslav (vedoucí práce)
Při tvorbě modelů technologického procesu válcování jednu z klíčových rolí hraje určení teplotních a silových okrajových podmínek ve válcovací mezeře. V kontaktu ve válcovací mezeře pozorujeme proměnný průběh normálové síly, změnu vzájemné rychlosti těles, působení oxidů a maziv aj. Zahrnout vliv všech parametru při určení okrajových podmínek není jednoduché a vyžaduje rozsáhlá měření. Proto je účelem této práce vývoj nových teplotních a silových senzorů pro měření okrajových podmínek ve válcovací mezeře ve formě součinitele přestupu tepla v kontaktu a koeficientu tření a jejich použití při testovacích měřeních. Pro teplotní okrajovou podmínku při válcování zatepla je pracovní válec osazen podpovrchovým teplotním snímačem. Na základě zaznamenaných teplot a pomocí inverzní úlohy vedení tepla jsou vypočteny povrchové teploty válce a hustota tepelného toků mezi válcovaným materiálem a válcem. Několik typů senzorů bylo vyvinuto a úspěšně otestováno na zkušební stolici nebo v poloprovozním režimu válcování na trati. V simulacích a při měření byly porovnávány teplotní odezvy senzorů a schopnost inverzní úlohy správně rekonstruovat povrchovou okrajovou podmínku. Při dlouhodobém měření byla také sledována životnost senzorů. Ke snímání mechanického napětí na rozhraní válec-provalek a výpočtu koeficientu tření je využita metoda měřícího pinu, kdy vrchol měřícího elementu (pinu) je v kontaktu s válcovaným materiálem. Síly, působící na pin, jsou snímány tříosým piezoelektrickým snímačem sil a přepočteny na kontaktní napětí ve válcovací mezeře. Senzor byl zabudován do měřícího válce a otestován při válcování ocelových a hliníkových tyčí za tepla a za studena. Výsledky byly porovnány s integračním snímačem sil ROLLSURF.
|
|
|
Návrh laboratorního stendu pro teplotní měření
Matějů, Jiří ; Horský, Jaroslav (oponent) ; Raudenský, Miroslav (vedoucí práce)
Tato bakalářská práce se zabývá návrhem řešení laboratorního stendu pro teplotní měření. Jedná se o zařízení, které je schopné z výšky 7 m urychlit ocelový vzorek o hmotnosti do 20 kg na rychlost do 10 m/s. Během pracovního cyklu je vzorek na dráze 4 m urychlen, na dráze 2 m je udrţována konstantní rychlost, poté je na dráze 1m zabrzděn a následně vytaţen zpět do původní polohy. Během konstantní rychlosti je vzorek chlazen vodními tryskami a je měřen průběh teploty na vzorku. Rozjezd a udrţování vzorku na konstantní rychlosti je zajištěno pomocí asynchronního servomotoru se servozesilovačem a brzdění pomocí mechanického brzdného systému. Práce obsahuje výběr konstrukčního řešení problému. Zjednodušený dynamický výpočet a výběr komponent pro realizaci zařízení.
|
|
| |
|
|
Metody prostorové a spektrální charakterizace světelných zdrojů používaných v automobilové technice
Guzej, Michal ; Černý,, Pavel (oponent) ; Samek, František (oponent) ; Horský, Jaroslav (vedoucí práce)
Automobilové světlomety jsou vystaveny velice proměnným provozním podmínkám, během kterých musí zaručit svou primární funkci vidět a býti viděn. Snahou výrobců je během vývoje nových světlometů eliminovat nedostatky, které by v provozu vedli k závadám. Vhodnými nástroji k odhalení problematických míst jsou spolu s numerickými simulacemi i testovací procedury. Nejvýhodnější je navrhovat experiment s ohledem na následné jednoduché implementování naměřených dat do softwarů pro tvorbu numerických simulací a citlivě zvolit způsob měření sledovaných fyzikálních veličin. Velká část práce je věnována problematice kondenzace ve světlometech, která má negativní vliv na světelnou stopu a životnost. Proto byla vyvinuta metodika experimentálního odmlžování, kdy je do světlometu vypařeno známé množství vody, která je následně zkondenzována na vnitřní ploše předního skla. Z měření jsou pořízeny fotografie, na kterých jsou automaticky detekovány zamlžené a odmlžené oblasti. Výsledky jsou použity pro naladění a ověření numerického modelu odmlžování. Další část je věnována měření teplotnímu zatížení komponent světlometu, které jsou ohřívány nejvíce odpadním teplem ze světelných zdrojů, což je závislé hlavně na typu zdroje, emisivitě a tepelné vodivosti. Byla vyvinuta metodika měření teplot, měření tepelné vodivosti plastových materiálů, nestacionární způsob stanovení emisivity lesklých povrchů a prostorový popis světelných halogenových zdrojů na základě jejich tepelných toků do okolí.
|
|
|
Tepelný odpor v kontaktu těles za vysokých teplot
Kvapil, Jiří ; Návrat, Tomáš (oponent) ; Brestovič, Tomáš (oponent) ; Horský, Jaroslav (vedoucí práce)
V poslední době se v průmyslu stále častěji používají numerické simulace k optimalizaci výrobních procesů. Tyto numerické simulace ale potřebují velké množství vstupních parametrů a některé z těchto parametrů nejsou dosud dostatečně popsány. Jedním z těchto parametrů je tepelný odpor v kontaktu, který je v literatuře nedostatečně popsán pro vyšší teploty a vyšší kontaktní tlaky. Tato práce předkládá metodiku jak tepelný odpor experimentálně měřit a odvodit součinitel přestupu tepla v kontaktu, který je převrácenou hodnotou k tepelnému odporu a může být v numerických simulacích použit jako okrajová podmínka popisující přestup tepla při kontaktu dvou těles. Pro účely experimentálních měření tepelného odporu bylo v Laboratoři přenosu tepla a proudění, VUT v Brně sestrojeno experimentální zařízení, které umožňuje měřit tepelný odpor mezi dvěma tělesy za různých podmínek, které vzniknou nastavením parametrů, jakými jsou např. kontaktní tlak, počáteční teplota těles, typ materiálu, drsnost povrchu těles, přítomnost okují na povrchu atd. Tělesa v kontaktu se označují jako senzor a vzorek a jsou v nich zabudována teplotní čidla, která při experimentu zaznamenávají teplotu. Poté jsou teplotní průběhy použity v numerickém výpočtu, který využívá inverzní metodu vedení tepla. Výsledkem výpočtu je stanovení průběhu součinitele přestupu tepla v kontaktu během experimentu. Na závěr jsou výsledky shrnuty a je popsáno chování tepelného odporu v závislosti na parametrech, které ho ovlivňují.
|
|
|
VLIV PARAMETRŮ VYSOKOTLAKÉHO OSTŘIKU NA KVALITU ODOKUJENÍ
Vavrečka, Lukáš ; Toman,, Zdeněk (oponent) ; Pavliska,, Martin (oponent) ; Horský, Jaroslav (vedoucí práce)
Tato práce se komplexně zabývá procesem hydraulického odokujení horkých povrchů. Hydraulické odokujení je proces, při němž jsou odstraňovány vrstvy oxidů z horkých, obvykle ocelových povrchů za pomoci vysokotlakého ostřiku vodním paprskem. Kvalita odokujení je významná pro výslednou kvalitu povrchu válcovaného produktu. Nedostatečné odokujení způsobuje mimo snížení výsledné kvality produktu také značné opotřebení pracovních válců a ztrátu výnosů. Vodní paprsek působí na povrch okují dvěma způsoby. Prvním je mechanická síla dopadající vody a druhým je teplotní ovlivnění ostřikované oblasti způsobující teplotní šok. Existuje mnoho teorií o tom, na jakém principu jsou při tomto procesu okuje odstraňovány. Úkolem této práce tedy bylo objasnit použitelnost jednotlivých teorií a to jak teoreticky, matematickým modelování, tak prakticky, experimenty simulujícími samotný proces odokujení. V experimentální části byly provedeny tři typy experimentálních měření. Prvním je měření dynamické síly vodního paprsku trysky- impaktního tlaku. Druhým je měření teploty ve vzorku během průjezdu pod ostřikovou tryskou a určení součinitele přestupu tepla pomocí inverzní úlohy. Třetím je simulace samotného procesu odokujení a zhodnocení výsledné kvality ostřikovaného povrchu stanovením množství zbylých okují. Data z prvního a druhého typu měření jsou současně použita i jako okrajové podmínky pro výpočtové modely. Ve druhé, výpočtové části byl v MKP (metoda konečných prvků) systému ANSYS vytvořen matematický 2D a 3D model základního materiálu s vrstvou okují. Na těchto modelech byl zkoumán vliv změřených okrajových podmínek na průběh napětí ve vrstvě okují. Byl rovněž zkoumán vliv zadávaných materiálových vlastností. Ty jsou totiž velice špatně měřitelné a objevují se v literatuře se značným rozptylem.
|
|
|
Rozvoj inverzních úloh vedení tepla řešených s využitím optimalizačních postupů a vysokého stupně paralelizace
Ondroušková, Jana ; Skarolek, Antonín (oponent) ; Brestovič, Tomáš (oponent) ; Horský, Jaroslav (vedoucí práce)
V metalurgii je důležité znát účinnost chlazení jak samotného produktu, tak i všech pracovních válců pro dosažení maximální kvality daného produktu a dlouhé životnosti pracovních válců. Tuto účinnost chlazení lze zkoumat pomocí součinitele přestupu tepla a povrchových teplot. Povrchová teplota se dá během chlazení těžko změřit. Proto je lepší ji spolu se součinitelem přestupu tepla získávat pomocí inverzní úlohy vedení tepla. Výpočet však není nejjednodušší a využívá se odhadovaných hodnot, které se následně pomocí přímé úlohy vedení tepla ověřují. Časová náročnost takovéto úlohy může být i několik dnů až týdnů dle složitosti modelu. Jsou tak tendence výpočtový čas zkrátit. Tato dizertační práce se tak zabývá možným způsobem zkrácení času výpočtu inverzní úlohy vedení tepla, kterým je paralelizace inverzní úlohy vedení tepla a její převedení na grafickou kartu, která má větší výpočtový výkon než procesor (CPU). Na jednom počítači může být více výpočtových zařízení, proto se v této práci srovnávají výpočtové časy na různých typech zařízení. Dále se zabývá získáváním povrchových teplot do výpočtu pomocí řádkového infračerveného skeneru a využití inverzní úlohy vedení tepla pro dopočítání povrchové teploty a součinitele přestupu tepla při průjezdu testovacího vzorku pod chladící sekcí při chlazení vysokotlakými tryskami.
|
|
|
Návrh a pevnostní kontrola senzoru pro měření teplot a sil při válcování za tepla.
Nejedlý, Pavel ; Pohanka, Michal (oponent) ; Horský, Jaroslav (vedoucí práce)
V procesu válcování za tepla je povrch válce teplotně a silově namáhán. Pro určení životnosti válce nebo jejího zvýšení změnou režimu teplotního namáhání je potřeba znát teploty a síly, které na válec působí. K tomuto účelu mají sloužit senzory, které budou umístěné ve válci v blízkosti jeho povrchu. Cílem první části diplomové práce je odladit 2D výpočtový model (MKP) tak, aby průběhy teplot odpovídaly experimentálně získaným průběhům , které zaznamenal senzor teploty v reálném procesu válcování. Ve druhé části práce jsou aplikovány stejné teplotní okrajové podmínky na 3D model, na kterém se řeší pevnostní kontrola senzoru teploty. Třetí částí práce je návrh a pevnostní kontrola senzoru pro měření sil. Použité okrajové podmínky byly získány v Laboratoři přenosu tepla a proudění. K vytvoření modelu geometrie i numerickému výpočtu je použit výpočtový systém ANSYS 11. Diplomový projekt bude použit jako příspěvek pro řešení grantového projektu zahájeného v tomto roce, jehož partnerem je Laboratoř přenosu tepla a proudění.
|
host ::
RSS.