|
|
Numerical Modelling of Grate Combustion
Juřena, Tomáš ; Klemeš,, Jiří (oponent) ; Žitný, Rudolf (oponent) ; Hájek, Jiří (vedoucí práce)
The present work is focused on numerical modelling of grate combustion of solid fuels by means of computational fluid dynamics (CFD) methods. Since CFD results from simulations of grate combustion depend on the quality of input data including information on temperature, mass flux and chemical composition of flue gas leaving a fuel bed, the attention is turned to modelling of processes, that take place within the fuel bed on a grate. A great part of the work is devoted to development of a reliable numerical model of packed-bed combustion as it may help improve both results from simulations and knowledge of principles of solid fuel combustion in fixed or moving beds. A one-dimensional transient numerical model of combustion in an experimental reactor is developed and implemented into a computer program called GRATECAL 1.3 with a grapical user interface. A special emphasis is put on the conservativeness property of the model. Therefore, a method for control of mass and energy balance over the system is developed and applied to a series of case studies, which have revealed certain errors in definitions of mass source terms, so that data adopted from literature have been reconciled. The model is used for analysis of propagation of drying and char combustion reaction fronts in a bed of wheat straw particles. It is suggested to include modelling of particle internal porosity change in order to obtain correct reaction zone thickness, if porosity of the bed is allowed to change during combustion. The balance-based method is also used to analyse effects of convergence criteria on mass and energy imbalance of the modelled system. It is found that all the scaled residuals must drop to as low as $10^{-6}$ or lower in order to obtain sufficiently accurate results from in-bed simulations in terms of mass and energy conservation within the packed bed. The second part of the work is devoted to development of a library of user-defined functions for the commercial CFD software ANSYS FLUENT for coupling the bed model with a freeboard model of a real combustion unit in order to specify the boundary conditions indirectly using results from in-bed simulations. The created interface is general enough to be used for a wide range of models of grate furnaces. The presented results contribute to better understanding of numerical modelling of grate combustion, especially in the setup of a numerical model and parameters of solver for the control of the convergence.
|
|
|
Výpočtová analýza proudění v bubnové sušičce prádla
Dohnal, Miloslav ; Juřena, Tomáš (oponent) ; Hájek, Jiří (vedoucí práce)
Cílem této práce je vytvořit výpočtový model radiální průmyslové bubnové sušičky prádla, provést výpočet a identifikovat množství vzduchu, které proteče dovnitř samotného bubnu. Výpočet je prováděn pomocí výpočetní dynamiky tekutin (CFD). Dále pak sestavit transientní bilanční model zmiňované sušičky prádla. Provést simulaci bilančního modelu a porovnat výsledky ze simulace s experimentálním měřením. Porovnáním experimentálních dat a simulace určit počet stupňů volnosti bilančního modelu a vyhodnotit jejich vliv na sestavený transientní model. Pro lepší porozumění sušícího procesu je zde sestaven systém diferenciálních rovnic popisujících vedení tepla a vlhkosti uvnitř sušeného materiálu na jednoduchém modelu. V části věnující se výpočtové analýze proudění tekutin je proveden rozbor stávající geometrie bubnu, která má zásadní vliv na proudění vzduchu dovnitř bubnu samotného. Následně je popsán způsob zjednodušení jeho komplexní geometrie vstupující do výpočetní dynamiky tekutin. Poté je provedena simulace proudění uvnitř bubnové sušičky prádla s využitím MRF a Sliding Mesh modelů. Nakonec je proveden rozbor získaných dat a je určeno průměrné množství vzduchu proudícího bubnem samotným. Naopak cílem práce není vytvořit další textovou pomůcku pro studenty zabývající se CFD tématikou.
|
|
|
Výpočty proudění v míchaném reaktoru s plovoucími částicemi
Földváry, István ; Broukal, Jakub (oponent) ; Hájek, Jiří (vedoucí práce)
Cílem diplomové práce je sestavení a následná simulace CFD modelu míchaného reaktoru za přítomnosti plovoucích částic. V první části práce se souhrnně popisuje teorie míchání nutná ke zvládnutí definovaných cílů práce, provede se rešerše odborné literatury o míchaných rektorech s plovoucími částicemi. Druhá, praktická část zahrnuje sestavení výpočtového CFD modelu reaktoru, provedení simulace, a porovnání experimentálních dat z dostupné literatury.
|
|
|
Vliv inertních plynů na charakteristické parametry spalování
Hudák, Igor ; Jegla, Zdeněk (oponent) ; Odstrčil, Miloslav (oponent) ; Hájek, Jiří (vedoucí práce)
Dizertační práce se zabývá výzkumem vlivu inertních plynů obsažených v alternativních plynných palivech na parametry spalovacího procesu. Mezi tato paliva patří například generátorový plyn, koksárenský plyn anebo bioplyn. Jejich energetický potenciál zůstával dlouhou dobu nevyužit, protože se z části jednalo o odpadní plyny. V porovnání s ušlechtilým palivem jako je zemní plyn se tyto plyny vyznačují rozdílnými fyzikálně-chemickými vlastnostmi, zejména nižší výhřevností. Na základě podmínek, které panovaly při jejich vzniku, se jejich složení může v průběhu produkce měnit. Nižší výhřevnost je dána především přítomností inertních plynů, které se přímo nezúčastňují spalování, a teplo spíše odebírají. Za určitých podmínek je tento typ paliva možné spalovat na standardních typech hořáků, ale i tak jejich provoz nemusí být zdaleka bezproblémový. Pro dosažení požadovaného výkonu jako s ušlechtilými palivy je nutné hořákem protlačit mnohem větší množství nízko-výhřevného paliva, což geometrie hořáku nemusí umožnit. Po nezbytném teoretickém úvodu, kde je zhodnocena současná situace v oblasti výzkumu plynných nízko-výhřevných paliv a přidávání inertních plynů do ušlechtilého paliva se práce věnuje problematice tvorby emisí oxidu dusíku (NOx) a shrnuje technologické postupy aplikovatelné na procesních hořácích pro potlačení jejich tvorby. Dále jsou kategorizována paliva z různých alternativních zdrojů, včetně popisu jejich složení a jejich vlastností. V souvislosti s těmito palivy byla vytvořena simulace spalování v bilančním software a byl proveden výpočet fyzikálně-chemických vlastností. Součástí práce je návrh a konstrukce dvou zařízení. Jedním z nich je experimentální směšovací stanice pro přípravu nízko-výhřevných paliv umožňující připravit palivo ze 4 různých plynů. Druhým produktem je hořák na nízko-výhřevná paliva. Nedílnou součástí práce je popis přípravy a vyhodnocení experimentálního měření. V průběhu experimentu byly do zemního plynu postupně přimíchány oxid uhličitý a dusík. Tyto plyny dokázaly snížit výhřevnost paliva až na hodnotu 10,7 MJ/mN3. Postupně byl vyhodnocen vliv inertních plynů na emise NOx, stabilitu a charakteristické vlastnosti plamene, teplotu spalin, teploty v plamenu v horizontální rovině spalovací komory a v neposlední řadě také na tepelné toky do stěny spalovací komory a termickou účinnost. Všechny zmíněné parametry byly postupně vyhodnoceny na třech typech hořáků: hořák se stupňovitým přívodem paliva, hořák se stupňovitým přívodem spalovacího vzduchu a speciálně navržený hořák na nízko-výhřevná paliva. Obecný trend byl takový, že po přidání inertního plynu do paliva dochází ke snížení teplot v plamenu a v důsledku toho i ke snížení koncentrace emisí NOx ve spalinách. Největšího snížení NOx bylo dosaženo po přidání oxidu uhličitého, přidávání dusíku mělo efekt méně výrazný. Ve velké míře však také záleží na konstrukci hořáku. Ve většině případů došlo po přidání inertního plynu do paliva ke zkrácení plamene, s čímž korespondovaly také zjištěné hodnoty tepelných toků, kdy více tepla z horkých spalin bylo do stěn komory přeneseno blíže k hořáku.
|
|
|
Ejektory a jejich využití v průmyslu
Zejda, Vojtěch ; Hájek, Jiří (oponent) ; Vondál, Jiří (vedoucí práce)
Tato práce má za cíl seznámit čtenáře s ejektorovými čerpadly. Popisuje jejich princip činnosti, výhody a nevýhody a problematiku jejich použití v různých aplikacích. Hlavní nevýhodou ejektorů je jejich nízká účinnost, a tak je jejich využití možné jen v natolik specifických aplikacích, ve kterých není účinnost rozhodujícím faktorem. Proto jsou dále uvedeny příklady použití různých typů ejektorů v průmyslových procesech. Na těchto příkladech jsou v neposlední řadě demonstrovány všechny obtíže a důvody, proč je pro danou aplikaci výhodnější použít právě ejektor, a nikoli jiný typ čerpadla. Tato práce se dále zabývá návrhovými metodami ejektorů a na ukázkovém příkladě porovnává vhodnost jejich použití. Ukazuje se, že ne všechny metody jsou pro návrhy ejektorů vhodné, neboť velmi záleží na předpokládaném tvaru řešeného ejektoru. Na závěr je porovnána i energetická náročnost ejektoru oproti běžným odstředivým čerpadlům a prokázána energetická nevýhodnost ejektorů.
|
|
|
Návrh na zlepšení systému řízení jakosti dle ČSN EN ISO 9001:2001
Hájek, Jiří ; Jaroš, David (oponent) ; Videcká, Zdeňka (vedoucí práce)
Tato práce se zabývá detailním rozborem systémů managementu jakosti dle EN ISO 9001:2000 ve vybrané společnosti. Cílem této práce je provést dokladnou analýzu tohoto systémy a dále se zaměřit na konkrétní problém, oblast systému s potenciálem pro zlepšení. V tomto případě se jednalo o systém měření spokojenosti zákazníků. V teoretické části je zmíněn celkový pohled na jakost, z historického hlediska, až po současnost. Dále jsou zde pro lepší pochopení problematiky zmíněny principy norem ISO, udržování systémů a nástroje jejich zlepšování. V praktické části je provedena analýza konkrétního systému managementu jakosti a následně jsou realizována opatření pro jeho zlepšení.
|
|
|
Rovnice nelineární difuze
Polášek, Radek ; Hájek, Jiří (oponent) ; Franců, Jan (vedoucí práce)
Práce se věnuje různým typům difuzních rovnic. Difuzní rovnice jsou odvozeny pro různé předpoklady prostředí. Blíže je pak popsáno Barenblattovo řešení rovnice pomalé difuze, na kterém jsou demonstrovány jeho vlastnosti.
|
|
|
Optimalizace konstrukce vodou chlazené termočlánkové sondy
Dohnal, Miloslav ; Vondál, Jiří (oponent) ; Hájek, Jiří (vedoucí práce)
Cílem této práce je vytvořit výpočtový model stávající (běžné) konstrukce vodou chlazené termočlánkové sondy, provést výpočet a vyhodnotit kvalitu chlazení stávající sondy a případně navrhnout konstrukční úpravu pro zlepšení chladícího účinku ve špičce sondy. Ověřit a vyhodnotit konstrukční úpravy dalším výpočtem. Výpočet bude prováděn metodou výpočetní dynamiky tekutin (metoda CFD). Naopak cílem této práce není vytvořit další textovou pomůcku pro studenty zabývající se CFD tématikou. První část práce popisuje význam a historii metody CFD, dále pak se okrajově zmiňuje o principu činnosti termočlánkové sondy a její použití v praxi. V druhé části je práce věnována postupu při řešení úlohy. Popisuje důvod zavedení modelové situace při výpočtu chladícího účinku termočlánkové sondy a výpočtem udává, k jakému typu proudění dochází uvnitř termočlánkové sondy. Dále jsou zde popsány výsledky výpočtů pro několik aproximací postupně zpřesňujících řešení úlohy a výsledné hodnocení kvality chlazení ve špičce sondy stávající (běžné) konstrukce. V závěrečné části se práce zabývá návrhem konstrukčních úprav pro lepší chladící účinek zejména ve špičce sondy, který je ověřen dalším výpočtem.
|
|
| |
|
|
Měření rychlostních profilů za vířičem
Zejda, Vojtěch ; Hájek, Jiří (oponent) ; Vondál, Jiří (vedoucí práce)
Hořáky jsou klíčová zařízení procesních pecí, jež významně ovlivňují tvorbu emisí při spalovacím procesu. Pro vývoj moderních low – NOX hořáků je nezbytné znát přesnou podobu proudění, které generuje axiální lopatkový vířič spalovacího vzduchu uvnitř tohoto hořáku. Ke zjištění proudového pole se využívá numerické modelování proudění (CFD). Jedná se o matematický nástroj, jehož predikce je vhodné validovat naměřenými daty. Proto bylo rozhodnuto o experimentálním změření rychlostních profilů vybraných vířičů, jež budou využity pro validaci CFD modelů. Tato práce popisuje všechny úkoly, které bylo třeba vykonat před samotným měřením, a také průběh samotného měření. Pro toto měření rychlosti byla vybrána metoda žárové anemometrie. Vyvstala tak nutnost vytvořit výpočtový programu, který dokázal naměřené data zpracovat. V návaznosti na zvolenou metodu byla sestavena měřicí trať, která využila ke svému účelu i části zařízení zkušebny hořáků. Pro přesné polohování sondy bylo navrženo a zkonstruováno polohovací zařízení, které umí nastavovat sondu do požadované polohy s dostatečnou přesností. Po testovacím měření byla sestavena síť měřicích bodů. Vlastní měření probíhalo dvou - drátkovou sondou a celkem bylo proměřeno pět různých axiálních vířičů. Z důvodu velkého objemu dat, potřeby vlastního nastavení výpočtu a důkladné kontroly nad činností vyhodnocovacího softwaru byly dodány podklady pro tvorbu vlastního softwaru. Pro každý vířič byly vyhodnoceny rychlostní profily a vírová čísla. Na závěr byla získaná data graficky zpracována a vzorově vyhodnocena pro jeden vířič. Z naměřených dat se zjistilo, že v určitých oblastech za vířičem dochází k protisměrnému rotačnímu proudění vzduchu. Dále byly také popsány zjištěné nedostatky, které se v průběhu měření vyskytly, a byla zhodnocena celková nejistota měření. V případě potřeby dalšího měření tak čtenář může získat všechny potřebné znalosti a nástroje, které jsou pro měření rychlostních profilů za vířičem potřeba.
|
host ::
RSS.