|
|
Optimization of the Stator Vane Aerodynamic Loading for a Turbocharger with a Variable Nozzle Turbine
Žatko, Miroslav ; Rudolf, Pavel (oponent) ; Babák, Martin (oponent) ; Malenovský, Eduard (vedoucí práce)
The purpose of this thesis is the investigation and optimization of the aerodynamic loading acting on the stator vanes of the turbocharger using variable nozzle turbine. Computational fluid dynamics is applied using commercial software ANSYS CFX. A full turbine stage CFD model is used to investigate the stator vane aerodynamic loading in several operating points for different stator vane positions. Impacts of the volute pressure distribution, the vane rotation angle and the spacer pins are well described and evaluated for several boundary conditions. An experimental device is then introduced to perform in situ measurement of aerodynamic loading with the use of the Gas Stand testing rig. This burns natural gas producing a very stable flow conditions at very high temperatures. It excludes the impact of the engine control management, the engine vibrations and the flow pulsations on measured values. Results are compared with the full stage CFD analysis and very good correlation is achieved. Validated CFD model is then simplified using cyclic symmetry boundary condition and reduced to only one segment of the stator and rotor. This enables to rapidly increase productivity of the simulation and enables to explore impact of several stator design parameters in full range of vane movement. Presented sensitivity study build up very good background for further optimization process and identify several areas for potential improvement. Definition of the ideal aerodynamic loading is then presented based on analysis of the turbocharger requirements and it is established as a target for optimization study. Several optimization strategies using force vector analysis method are then presented. Results are compared and analyzed from several different perspectives. Final optimized solution is then validated by the full stage CFD calculation. This confirms excellent behavior of aerodynamic loading in hand with improvement of low end efficiency.
|
|
|
Adaptive parameterization for Aerodynamic Shape Optimization in Aeronautical Applications
Hradil, Jiří ; Rudolf, Pavel (oponent) ; Růžička, Pavel (oponent) ; Píštěk, Antonín (vedoucí práce)
The goal of this doctoral thesis is to analyze and develop parameterization algorithms for 2D and 3D shape optimization in the context of industrial aircraft aerodynamic design based on simulations with CFD. Aerodynamic shape optimization is an efficient tool that aims at reducing the cost of the process of aircraft design. A tool that is based on automatization of the search for the optimum shape. Key part of successful aerodynamic shape optimization is the use of appropriate parameterization method, a method that should guarantee the possibility of reaching optimum shape. The parameterization methods used in aerodynamic shape optimizations are still not ready for complex industrial applications, which are present on modern passenger aircrafts with swept cranked wings with winglets and engine pylons, fuselage-wing interactions etc. So there is a need for general parameterization method that applies on wide variety of different geometries.The Free-Form Deformation (FFD[1]) parameterization can, thanks to its geometry handling qualities, be the answer to this need. Adaptive parameterization should automatically modify parameterization grid (lattice) to get appropriate lattice in regions of interest. Such that will allow sufficient control of deformations of the object with respect to reaching optimum shape and fulfilling optimization constraints. First application is in the surface deformation. The other proposed goal is development of the FFD parameterization that can do both surface deformations and CFD mesh deformations, while enabling large object deformations and preserving the level of mesh quality during the process.
|
|
|
Vývoj nových typů okrajových podmínek pro interakci těles s tekutinami a jejich implementace do komerčních výpočtových systémů
Pohanka, Lukáš ; Pochylý, František (oponent) ; Zapoměl, Jaroslav (oponent) ; Rudolf, Pavel (oponent) ; Malenovský, Eduard (vedoucí práce)
V této práci je popsán nový přístup k výpočtovému modelování dynamických vlastností elastických těles nacházejících se v nestlačitelné viskózní neproudící tekutině. Výpočet je založen na určení konstantních přídavných účinků (přídavná hmotnost a přídavné tlumení), které jsou vloženy do modelu tělesa a nahrazují působení tekutiny. Je při tom využito běžných komerčních výpočtových programů. Jeho podstatou je stanovení dvou tlakových polí v tekutině. Jedno pro případ pohybu tělesa jednotkovým zrychlením a druhé pro pohyb jednotkovou rychlostí. Ze silového působení těchto polí na těleso jsou následně určeny přídavné účinky. V praxi se ovšem ukázalo, že pro určování přídavného tlumení se bude nutné odchýlit od předpokladů lineárního proudění a použít model nelineární (Navier-Stokesova rovnice ve formě ALE). Pak je vypočtené přídavné tlumení platné pouze pro případ kmitání s předem zvolenou amplitudou.
|
|
|
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.
|
|
|
High Voltage Switchgear Thermal Distribution Analysis
Bílek, Tomáš ; Rudolf, Pavel (oponent) ; Hrabovský, Jozef (vedoucí práce)
This thesis deals with analysis of thermal field inside high voltage switchgear cabin. It de-scribes applied methodology based on combination of CFD simulation of air flow inside switch-gear cabin and series of experimental measurements. Based on results for reference geometry it provides proposals of switchgear layout modification to decrease temperature rise on switch-gear critical components during its operation. In the second part of this thesis problem of bus-bar joints is discussed. Busbar joints are one of the key thermal sources inside switchgear cab-in. Statistical method of design of experiment is applied for experimental investigation of bus-bar joint temperature rise. Results from design of experiment are supported by finite element simulation of contact in busbar joint.
|
|
|
Opotřebení materiálu kavitační erozí
Lecnar, Lukáš ; Kozák, Jiří (oponent) ; Rudolf, Pavel (vedoucí práce)
Tato diplomová práce je věnována opotřebení povrchu materiálu kavitační erozí. První část popisuje podstatu kavitačního děje s jeho nežádoucím projevem v podobě kavitačního opotřebení pevných těles. Jsou zde diskutovány základní modely kavitace používané při modelování pomocí CFD softwarů. Druhá část zahrnuje návrh a numerický výpočet kritických tvarů průtočných oblastí se zaměřením na nejvyšší intenzitu kavitační eroze. Poslední část je zaměřena na experimentální studii kavitačního opotřebení průtočné oblasti, zvolené na základě numerických výpočtů kritických tvarů.
|
|
|
Vliv zakončení výztužné lopatky u Francisovy turbíny na tvorbu Karmánových vírů
Novotný, Vojtěch ; Skoták, Aleš (oponent) ; Rudolf, Pavel (vedoucí práce)
Za špatně obtékanými tělesy vzniká v určitém rozsahu rychlostí pravidelné odtrhávání vírů známé jako von Kármánova vírová stezka. Tento fenomén může mít nepříznivý vliv na obtékanou konstrukci, neboť způsobuje periodickou změnu tlakového pole a silově tak na konstrukci působí. Je-li frekvence odtrhávání vírů blízká vlastní frekvenci obtékané konstrukce, může dojít k samobuzenému kmitání a v extrémním případě až k únavovému lomu. V případě vodních turbín je tento jev častý u výztužných lopatek. Tvarem odtokové hrany lopatky lze ovlivnit jak frekvenci odtrhávání vírů, tak amplitudu vztlakové síly působící na lopatku. Cílem této diplomové práce je pomocí CFD výpočtu najít optimální tvar odtokové hrany výztužné lopatky pro konkrétní Francisovu turbínu.
|
|
| |
|
| |
|
|
Vírový cop při nadoptimálním průtoku Francisovou turbínou
Kozák, Jiří ; Štefan, David (oponent) ; Rudolf, Pavel (vedoucí práce)
Diplomová práce se zabývá CFD simulací vírového copu v kolenové sací troubě Francisovy turbíny při nadoptimálním provozu. Hlavním cílem práce je srovnání výsledků CFD simulací provedených pro původní kolenovou sací troubu a odvozenou sací troubu přímou s ohledem na tvar kavitační oblasti, její objem a dynamické charakteristiky proudění. Výsledky prostorových výpočtů jsou následně srovnány s výsledky osově symetrických simulací, které významným způsobem redukují nároky na výpočetní čas a výkon.
|
host ::
RSS.