|
|
Design of modular tubular heat exchanger
Marx, Sven ; Turek, Vojtěch (oponent) ; Jegla, Zdeněk (vedoucí práce)
The main goal of this thesis is to get acquainted with the process requirements and the design of a cross flow heat exchanger, as well as evaluating the design with the help of simulation software. First the operation conditions for waste heat recovery and general design options are examined and the basic thermal and hydraulic equations are presented. The main part of this thesis concentrates on a modular cross flow tubular heat exchanger proposed for experimental research of the heat recovery and fouling process of the flue gas produced from the combustion of alternative at Brno University of Technology (BUT) at the Institute of Process Engineering (UPI). First the given situation in the testing laboratory is briefly explained. Then the simulation of the proposed heat exchanger design with the software HTRI is described and the results are summarized and compared with the target requirements for the design. The tube-side water flow distribution inside of one of four identical heat exchanger modules is analyzed with the help of CDF software using three different simulation approaches. Two approaches using the k--SST turbulence model and one using the k--Realizable turbulence model are described from generating the CAD model over meshing and setting the boundary condition to running the simulation. In the end the differences between the approaches and results of the flow distribution simulations are discussed.
|
|
|
Prediction and experimental evaluation of the performance of a Z-type distribution system
Polcsák, Jakub ; Rebej, Miroslav (oponent) ; Babička Fialová, Dominika (vedoucí práce)
The purpose of this work was to find a suitable calculation method for predicting the function of distribution systems in the design calculations of process and energy equipment. In particular, it aimed at describing the distribution of the working fluid flow in a dividing distribution system and a combined Z-type distribution system (with nozzles located parallel to opposite sides of the system). Analytical and CFD calculation tools validated by data from the performed physical experiments were used in this work. In the CFD method, the prediction of the dividing flow was performed for full 3D and simplified 2D geometry of Z-type distribution systems. The carried-out analyzes show that the prediction of the distribution system function obtained by both analytical and numerical approaches is accurate enough. The relative difference between the experimental and computational relative standard deviations did not exceed 9 %. The main disadvantage of 3D CFD analysis, especially concerning the purpose of the intended application, i.e., the inclusion of a distribution model in a complex modeling system for the initial design of heat transfer equipment, was the extremely long computational time. Analytical models appear to be a reasonable compromise between the accuracy of the flow distribution prediction and the computational times.
|
|
|
Analýza distribuce toku v systémech s hustými svazky trubek
Babička Fialová, Dominika ; Dohnal, Miloslav (oponent) ; Turek, Vojtěch (vedoucí práce)
U zařízení na výměnu tepla s hustými svazky trubek je potřeba zajistit rovnoměrné rozdělení pracovní látky napříč svazkem, aby se předešlo různým provozním potížím. Tato práce se proto zaměřila na analýzu proudění v trubkovém prostoru těchto zařízení. CFD simulace byly provedeny u sady různých systémů s distribucí do prostředí s konstantním tlakem. Jednotlivé modely se lišily hustotou svazku, jeho velikostí, uspořádáním a průměry jednotlivých trubek. Pracovní látkou byl ve většině případů vzduch, nicméně část modelů byla testována také s vodou. Analýzou dat získaných ze simulací v programu ANSYS Fluent byl dále zkoumán vliv zmíněných parametrů na nerovnoměrnost rozdělení toku a na tlakovou ztrátu ve svazku. Regresní model nezamítl na standardní hladině významnosti hypotézu závislosti nerovnoměrnosti distribuce toku na hustotě a velikosti svazku a plošné hustotě výtoku. V případě tlakových ztrát pak byly zamítnuty všechny parametry kromě plošné hustoty výtoku.
|
|
|
New Elements of Heat Transfer Efficiency Improvement in Systems and Units
Turek, Vojtěch ; Klemeš,, Jiří (oponent) ; Odstrčil, Miloslav (oponent) ; Jegla, Zdeněk (vedoucí práce)
Improved heat transfer efficiency leads to decrease in energy consumption which then results in lower equipment operational cost, reduced emissions, and consequently also lower environmental impact. However, common enhancement approaches such as adding fins or tube inserts may not always be suitable or feasible -- especially in case of heat recovery from streams having a high fouling propensity. Since heat transfer rate depends also on flow field characteristics, fluid distribution, and fouling which can all be greatly influenced by the actual shapes of flow system components, several simplified models for fast and accurate enough prediction of fluid distribution as well as applications for shape optimization based on these models were developed. In addition, accuracy of one of the models was further increased by fine-tuning it using data obtained by evaluation of 282 flow systems in the fluid flow modelling software ANSYS FLUENT. The created applications can then be employed during the design of heat exchange units to improve their performance and reliability.
|
|
|
Tok látek v nestandardních procesních a energetických zařízeních
Chýlek, Martin ; Babička Fialová, Dominika (oponent) ; Turek, Vojtěch (vedoucí práce)
Distribuce tekutiny je důležitá v zařízeních obsahujících svazky trubek s omezeným počtem řad, neboť zajišťuje správnou funkci zařízení a někdy je specifická distribuce nutná k zajištění správného fungování technologie. Tato práce se zaměřuje na analýzu toku v takových zařízeních pomocí výpočetní dynamiky tekutin (CFD). Pro analýzu těchto systémů byly vytvořeny geometrické modely s různými počty řad trubek a různě dlouhými perforovanými částmi. Analýza prokázala výrazný vliv uspořádání vtokových a výtokových hrdel spolu s uspořádáním trubek v trubkovém svazku a jejich počtem. Dále byl vytvořen zjednodušený 1D model využívající koeficient nárůstu statického tlaku, který disponuje výrazně kratšími výpočetními časy. Bylo provedeno porovnání výsledků 1D modelu a CFD výpočtů za účelem stanovení odchylky obou modelů a stanovení jejich použitelnosti.
|
|
|
Návrh experimentálního distributoru kapalin vhodného pro výrobu 3D tiskem
Zeman, Stanislav ; Křivohlavý, Petr (oponent) ; Vaverka, Ondřej (vedoucí práce)
Cílem této práce bylo navrhnout způsob osazení tlakovými senzory na již navržený tvar distributoru kapalin. Dále bylo potřeba navrhnout způsob uchycení distributoru na laboratorní stojan a v poslední řadě navrhnout způsob úpravy povrchu. Práce byla tedy řešena v těchto třech konstrukčních uzlech. Postupně byly navrženy tři varianty pro závitové spojení distributoru s tlakovým senzorem a poté tři varianty zástavby pro zvolené závitové spojení. Varianty uchycení na laboratorní stojan byly navrženy ve dvou variantách. Jako poslední byly navrženy možné způsoby úpravy povrchu pro zlepšení nepropustnosti kapaliny skrz stěnu distributoru. Jednotlivé varianty v každém konstrukčním uzlu byly mezi sebou porovnány na základě jejich pevnosti a výsledkem byl konečný návrh geometrie distributoru. Ta byla vyrobena dle daného technologického postupu a následně byla otestována její funkčnost.
|
|
|
Simplified flow distribution modelling
Rebej, Miroslav ; Vondál, Jiří (oponent) ; Turek, Vojtěch (vedoucí práce)
The focus of this master’s thesis is modelling of fluid flow in parallel distribution systems where the uniformity of fluid distribution plays an important role. For this purpose, a custom CFD code is presented. The code is written in Java programming language and uses third-party low-level libraries for improved performance. The code is also characterised by certain simplifications that are expected to reduce computational times. The effect of employed simplification measures is evaluated by comparing the results of flow simulations on several geometries with the data yielded by detailed CFD models. The geometries of tube bundles are distinguished by different flow and tube arrangements and also by a different number of tubes.
|
|
|
Distribuce toku v zařízeních s hustými svazky trubek
Babička Fialová, Dominika ; Jegla, Zdeněk (oponent) ; Turek, Vojtěch (vedoucí práce)
Silná nerovnoměrnost toku nepříznivě ovlivňuje výkon zařízení s hustými svazky trubek, navíc může vést k řadě provozních potíží. Tato práce se proto zaměřila na analýzu proudění tekutin v kompletních distribučních systémech pomocí výpočetní dynamiky tekutin (CFD). Data získaná ze simulací v programu ANSYS Fluent byla dále statisticky analyzována. Zkoumán byl vliv uspořádání systému, parametrů trubkového svazku a provozních parametrů na nerovnoměrnost distribuce toku a tlakovou ztrátu. Ze simulací vyplývá, že z hlediska distribuce toku i tlakových ztrát je uspořádání systému zcela zásadní charakteristikou. Data získaná pomocí klasických CFD výpočtů byla dále porovnána s výsledky zjednodušeného CFD modelování u tří vybraných distribučních systémů. Zjednodušené CFD modely lze vzhledem k jejich výrazně nižší výpočtové náročnosti využít v optimalizačních algoritmech nebo také při řešení úvodní fáze návrhu zařízení. Práce dále popisuje vyvinutý simulační nástroj, který je založen na zjednodušeném CFD modelování. Tento je sice stále ve fázi vývoje, ale výsledky jsou velmi slibné.
|
|
|
Komplexní analýza funkce distribučního systému typu U
Sýs, Tomáš ; Strouhal, Jiří (oponent) ; Babička Fialová, Dominika (vedoucí práce)
Distribuce toku pracovních látek hraje v zařízeních procesního a energetického průmyslu důležitou roli, ačkoliv její hodnocení bývá v mnohých případech podceňováno nebo zcela opomíjeno. Nerovnoměrná distribuce toku může způsobovat tepelné, potažmo mechanické namáhání trubek, a v krajních případech může mít vliv i na efektivitu příslušného procesu. Cílem této práce je tedy nalezení optimálních výpočetních modelů pro predikci distribuce toku a identifikace vhodného nastavení těchto nástrojů za účelem jejich následného průmyslového nasazení v návrhových výpočtech. Pro distributor (distribuce do atmosféry) a distribuční systém typu „U“ byly srovnány výsledky zjednodušených analytických modelů, detailních numerických simulací a experimentálních měření. Bylo zjištěno, že naměřeným hodnotám ve všech modelovaných konfiguracích nejlépe odpovídají výsledky poskytované zjednodušenými matematickými modely, jejichž řešení je v porovnání s detailními CFD simulacemi navíc podstatně méně časově náročné. Pro uspořádání s vyšším odporem toku poskytují oba výpočetní přístupy přibližně stejně přesné výsledky. U uspořádání s nižším odporem je už ovšem odchylka výsledků CFD výpočtů od experimentálních dat výrazně větší.
|
|
|
Návrh experimentálního distributoru kapalin vhodného pro výrobu 3D tiskem
Zeman, Stanislav ; Křivohlavý, Petr (oponent) ; Vaverka, Ondřej (vedoucí práce)
Cílem této práce bylo navrhnout způsob osazení tlakovými senzory na již navržený tvar distributoru kapalin. Dále bylo potřeba navrhnout způsob uchycení distributoru na laboratorní stojan a v poslední řadě navrhnout způsob úpravy povrchu. Práce byla tedy řešena v těchto třech konstrukčních uzlech. Postupně byly navrženy tři varianty pro závitové spojení distributoru s tlakovým senzorem a poté tři varianty zástavby pro zvolené závitové spojení. Varianty uchycení na laboratorní stojan byly navrženy ve dvou variantách. Jako poslední byly navrženy možné způsoby úpravy povrchu pro zlepšení nepropustnosti kapaliny skrz stěnu distributoru. Jednotlivé varianty v každém konstrukčním uzlu byly mezi sebou porovnány na základě jejich pevnosti a výsledkem byl konečný návrh geometrie distributoru. Ta byla vyrobena dle daného technologického postupu a následně byla otestována její funkčnost.
|
host ::
RSS.