|
|
Study of the Dissipation in Spiraling Vortical Structures
Štefan, David ; Drábková, Sylva (oponent) ; Koutník,, Jiří (oponent) ; Skoták, Aleš (oponent) ; Rudolf, Pavel (vedoucí práce)
This work deals with study of swirling flows where the spiral vortical structure appears. The main relation is to flow seen in the draft tube cone of hydraulic turbines operated out of the design point (i.e. best efficiency point). In this cases large coherent vortex structure (vortex rope) appears and consequently high pressure pulsations are propagated to the whole machine system leading to possible restriction of turbine operation. This flow features are consequence of flow instability called vortex breakdown in case of Francis turbine operated at part load (flow rate lower than optimal one). The present study is carried out using simplified device of swirl generator in order to access similar flow conditions as can be found in real hydraulic turbines. Both the dynamic and dissipation effect of spiral vortex breakdown are investigated. The first part of thesis deals with spiral form of vortex breakdown. The experimentally measured velocity profiles (LDA) and wall static pressures are correlated with numerical simulations carried out using open-source CFD package OpenFOAM 2.2.2. The high speed camera recording of cavitating vortex core is used to obtain image ensemble for further post-processing. The dissipation effect of spiral vortex structure is in detail discussed based on computed flow fields. The second part of thesis is dedicated to the application of POD decomposition to the study of spatio-temporal features of spiral vortex dynamics. Firstly the POD is applied to the both the experimentally obtained image ensemble of cavitating vortex and numerically computed static pressure fields. Secondly the comprehensive analysis of spiral vortex mitigation effect by the axial water jet is analyzed. The collaborative study employing the swirl generator apparatus designed by the researchers from Politehnica University of Timisoara in Romania is performed and changes in spatio-temporal vortex dynamic are studied. In this study the numerical data (in a form of three-dimensional pressure and velocity fields) are obtained using commercial CFD software ANSYS Fluent R14.
|
|
|
Rychloběžná turbína s nepravidelnou lopatkovou mříží
Stareček, Jakub ; Drábková, Sylva (oponent) ; Veselý, Jindřich (oponent) ; Haluza, Miloslav (vedoucí práce)
Tato disertační práce se zabývá hydraulickým návrhem axiální turbíny pomocí CFD a FEM analýzy, ze které vychází řada oběžných kol s nepravidelnými lopatkovými mřížemi. Tato nepravidelná (kombinovaná) oběžná kola jsou tvořena lopatkami v různých axiálních polohách v oběžném kole, nebo lopatkami navrženými pro rozdílné průtoky. Rovněž byly použity indiferentní lopatky. Oběžná kola jsou navrhnutá s ohledem na výrobu pomocí plastového 3D tisku metodou FDM a SLS. Výsledné hydraulické parametry jsou experimentálně ověřeny. Důraz je kladen na analýzu budících frekvencí v turbíně a vlastních frekvencí oběžných kol. Byl analyzován vliv na provozní pásma turbín, maximální účinnost, výkonové parametry a kavitační vlastnosti.
|
|
|
Optimalizace potrubních tvarovek
Svozil, Jan ; Drábková, Sylva (oponent) ; Katolický, Jaroslav (oponent) ; Štigler, Jaroslav (vedoucí práce)
Potrubní tvarovky jsou důležitou součástí jakékoliv potrubní soustavy a jsou zdrojem významných hydraulických ztrát. Hlavním kritériem jejich návrhu jsou nízké výrobní náklady, nikoliv tlakové ztráty. Tato práce se zabývá snižováním tlakových ztrát potrubních tvarovek prostřednictvím vhodných změn hydraulického profilu. Bylo otestováno několik optimalizačních metod a z důvodu výpočtové náročnosti byla zvolena gradientní optimalizační metoda, která umožňuje distribuci výpočtů mezi několik výpočetních jednotek. Celý proces tvarové optimalizace probíhal autonomně. Bylo provedeno několik optimalizací rotačně symetrických difuzorů pro lepší pochopení vlivu okrajových podmínek na optimalizační proces a na tlakové ztráty. Dále je pak uveden vývoj parametrického popisu kolene pomocí Bézierových ploch. Optimální nalezený tvar vykazoval 22% snížení ztrátového součinitele. V poslední kapitole jsou potom uvedené postupy aplikovány na optimalizaci savky Kaplanovy turbíny.
|
|
|
Design of a Very Low Specific Speed Pump
Chabannes, Lilian ; Sedlář, Milan (oponent) ; Drábková, Sylva (oponent) ; Rudolf, Pavel (vedoucí práce)
Low specific speed pumps find applications in a broad range of domains, but suffer from a low efficiency and a risk of head instability close to shut-off. This dissertation discusses hydraulic performance improvement of a pump with a specific speed ns = 32. The work focuses on the flow in the impeller passage and the volute and is analyzed by means of CFD and experiments. A literature survey showed that the addition of splitter blades in the flow passage is an efficient way to improve the unsatisfactory flow generally present in low specific speed impellers. Investigations have been made on the position of a splitter blade in the flow passage and on the influence of the number of present splitters. Part of the results are verified experimentally in the laboratory of the faculty. The design of the volute is also investigated, and attention is paid to the numerical wall-treatment and its impact on the simulation. After numerical computations on three different volutes, a new volute design is proposed to improve the performance of the pump at both low and high flow rates.
|
|
| |
|
|
Interakce nenewtonovské kapaliny s pružnou stěnou
Šedivý, Dominik ; Drábková, Sylva (oponent) ; Šidlof,, Petr (oponent) ; Fialová, Simona (vedoucí práce)
Disertační práce se zabývá interakcí nenewtonské kapaliny s pružnou stěnou. K této interakci dochází nepřetržitě v každém lidském těle, protože krev je nenewtonská kapalina a cévy obecně patří do kategorie pružných materiálů. Primárním cílem práce bylo stanovit vliv použití nenewtonské kapaliny místo newtonské na charakter proudění krve. V rámci této práce byl kladen důraz na oblast největších rychlostí a deformací. Touto oblastí je aorta. Praktická část práce se dělí na dva celky. Prvním oddílem jsou experimentální měření a ve druhé části jsou provedeny výpočtové simulace. K experimentálnímu měření byla navržena a sestrojena měřící trať. Měření byla provedena s newtonskou i nenewtonskou kapalinou a to pro dva typy potrubí. Jedno bylo nedeformující se v závislosti na tlaku (skleněné) a druhé v závislosti na velikosti tlaku v kapalině měnilo svůj průřez (silikonové). Hlavním výstupem měření byly rychlostní profily (získány pomocí PIV), velikosti deformací poddajné trubice a tlakové průběhy na okrajích studované oblasti. Data z experimentu rovněž sloužila jako vstupní podmínky pro simulace, které byly provedeny v software od firmy ANSYS. Pro numerické řešení proudění v tuhém potrubí se použilo výpočtových simulací proudění a v případě poddajného potrubí bylo potřeba celou problematiku řešit jako interakci tělesa s kapalinou. Toho se docílilo pomocí svázání strukturálního a CFD řešiče. Pomocí simulací byly stanoveny veličiny, které by bylo velmi obtížné získat experimentálně. Na základě výsledků byl vytvořený jednoduchý matematický model dané problematiky.
|
|
|
Design of a Very Low Specific Speed Pump
Chabannes, Lilian ; Sedlář, Milan (oponent) ; Drábková, Sylva (oponent) ; Rudolf, Pavel (vedoucí práce)
Low specific speed pumps find applications in a broad range of domains, but suffer from a low efficiency and a risk of head instability close to shut-off. This dissertation discusses hydraulic performance improvement of a pump with a specific speed ns = 32. The work focuses on the flow in the impeller passage and the volute and is analyzed by means of CFD and experiments. A literature survey showed that the addition of splitter blades in the flow passage is an efficient way to improve the unsatisfactory flow generally present in low specific speed impellers. Investigations have been made on the position of a splitter blade in the flow passage and on the influence of the number of present splitters. Part of the results are verified experimentally in the laboratory of the faculty. The design of the volute is also investigated, and attention is paid to the numerical wall-treatment and its impact on the simulation. After numerical computations on three different volutes, a new volute design is proposed to improve the performance of the pump at both low and high flow rates.
|
|
|
Rychloběžná turbína s nepravidelnou lopatkovou mříží
Stareček, Jakub ; Drábková, Sylva (oponent) ; Veselý, Jindřich (oponent) ; Haluza, Miloslav (vedoucí práce)
Tato disertační práce se zabývá hydraulickým návrhem axiální turbíny pomocí CFD a FEM analýzy, ze které vychází řada oběžných kol s nepravidelnými lopatkovými mřížemi. Tato nepravidelná (kombinovaná) oběžná kola jsou tvořena lopatkami v různých axiálních polohách v oběžném kole, nebo lopatkami navrženými pro rozdílné průtoky. Rovněž byly použity indiferentní lopatky. Oběžná kola jsou navrhnutá s ohledem na výrobu pomocí plastového 3D tisku metodou FDM a SLS. Výsledné hydraulické parametry jsou experimentálně ověřeny. Důraz je kladen na analýzu budících frekvencí v turbíně a vlastních frekvencí oběžných kol. Byl analyzován vliv na provozní pásma turbín, maximální účinnost, výkonové parametry a kavitační vlastnosti.
|
|
| |
|
|
Study of the Dissipation in Spiraling Vortical Structures
Štefan, David ; Drábková, Sylva (oponent) ; Koutník,, Jiří (oponent) ; Skoták, Aleš (oponent) ; Rudolf, Pavel (vedoucí práce)
This work deals with study of swirling flows where the spiral vortical structure appears. The main relation is to flow seen in the draft tube cone of hydraulic turbines operated out of the design point (i.e. best efficiency point). In this cases large coherent vortex structure (vortex rope) appears and consequently high pressure pulsations are propagated to the whole machine system leading to possible restriction of turbine operation. This flow features are consequence of flow instability called vortex breakdown in case of Francis turbine operated at part load (flow rate lower than optimal one). The present study is carried out using simplified device of swirl generator in order to access similar flow conditions as can be found in real hydraulic turbines. Both the dynamic and dissipation effect of spiral vortex breakdown are investigated. The first part of thesis deals with spiral form of vortex breakdown. The experimentally measured velocity profiles (LDA) and wall static pressures are correlated with numerical simulations carried out using open-source CFD package OpenFOAM 2.2.2. The high speed camera recording of cavitating vortex core is used to obtain image ensemble for further post-processing. The dissipation effect of spiral vortex structure is in detail discussed based on computed flow fields. The second part of thesis is dedicated to the application of POD decomposition to the study of spatio-temporal features of spiral vortex dynamics. Firstly the POD is applied to the both the experimentally obtained image ensemble of cavitating vortex and numerically computed static pressure fields. Secondly the comprehensive analysis of spiral vortex mitigation effect by the axial water jet is analyzed. The collaborative study employing the swirl generator apparatus designed by the researchers from Politehnica University of Timisoara in Romania is performed and changes in spatio-temporal vortex dynamic are studied. In this study the numerical data (in a form of three-dimensional pressure and velocity fields) are obtained using commercial CFD software ANSYS Fluent R14.
|
host ::
RSS.