|
|
Analysis of Influence of Blood Flow and Arterial Geometry on Pathological Processes in Arteries
Jagoš, Jiří ; Rudolf, Pavel (referee) ; Jonášová,, Alena (referee) ; Burša, Jiří (advisor)
Se zvyšující se průměrnou délkou života a nezdravým životním stylem se velmi úzce pojí zvýšený výskyt kardiovaskulárních chorob. Většina z těchto nemocí je asymptomatických. Je zde tedy velká snaha rozpoznat tato onemocnění časně, dokud je možné je léčit konzervativně pomocí změny životního stylu či různých léků. Pokud se nemoc objeví až v pozdním stádiu, je nutná často velmi riziková operace. Stále se velmi často stává, že u pacienta v rizikové skupině se kardiovaskulární choroba nerozvine, a naopak u toho, který v rizikové skupině dle stávajících kritérií není, ano. Výpočtové modelování kardiovaskulárního systému je jedním z mnoha způsobů, které mohou pomoci se sofistikovanější indikací osob, u kterých je zvýšené riziko vývoje těchto chorob. V práci byly nejprve úspěšně validovány výsledky numerického modelu pulzujícího proudění v tuhé a elastické trubici skrze rychlostní profily. Podmínky experimentu byly záměrně voleny tak, aby byly blízké podmínkám v lidské aortě. Další část práce je věnována výběru a implementaci okrajových podmínek pro numerické modely pulzujícího proudění v lidských tepnách. První přístup pomocí určení rychlosti šíření pulzní vlny v tepně a následné časové korekci mezi vstupní a výstupní okrajovou podmínkou je poměrně jednoduchý, nicméně přímo předepisuje tvaru tlakové nebo průtokové vlny pro každý vstup a výstup z modelu a jeho prediktivní vlastnosti jsou tímto výrazně omezené. Jeho další nevýhodou je aplikovatelnost pouze pro simulace proudění, které uvažují poddajnost stěny. V případě simulace proudění s tuhou stěnou časovou korekci vstupní a výstupní okrajové podmínky nelze provést. Zde v práci byl tento přístup využitý v simulacích, které uvažují vzájemnou interakci stěny tepny s kapalinou, při prověřování potenciálního rizikového faktoru úhlu ilických tepen na rozvoj aneurysmatu abdominální aorty (AAA). Ukázalo se, že pro velký (ale stále fyziologický) rozsah úhlu ilických tepen nedochází ke zvýšení tlaku v aortě. Dále byl prověřen vliv poměru průřezů ilických tepen vůči průřezu aorty, u kterého se prokázal výrazný vliv na zvýšení tlaku v aortě. Výsledky jsou v souladu s klinickým pozorováním, které ukazují, že lidé po amputaci dolní končetiny, nebo lidé se stenózou v ilické tepně mají významně zvýšené riziko vzniku AAA. V závěrečné části byl zkoumán vliv tvaru průtokové vlny v lidské karotidě na vznik aterosklerózy. Bylo zrekonstruováno pět geometricky odlišných karotických bifurkací ze „zdravých“ starších pacientů. Reprezentativní vstupní okrajové podmínky průtoků pro staršího i mladého jedince byly převzaty z literatury. Výstupní okrajové podmínky pro interní a externí karotidu byly reprezentovány tří parametrickým Windkessel modelem. Parametry Windkessel modelu byly iteračním postupem odladěny tak, aby průběh průtokové vlny v interně byl v souladu s průběhem v literatuře. Tyto okrajové podmínky vystihují chování periferie velmi věrohodně. Navíc vykazují výrazně vyšší numerickou stabilitu a predikční vlastnosti než prvně zmíněný přístup. Analýzou výsledků bylo zjištěno že proudění v karotidě u zdravé starší osoby vykazuje výrazné snížení časově průměrovaného smykového napětí na stěně tepny vůči osobě mladé, což indikuje zvýšené riziko vzniku aterosklerózy. Výsledky jsou v souladu s klinickým pozorováním a rozšiřují dosavadní znalosti o mnohem hlubší analýzu. Je zde také diskutován případný přínos antihypertenziv a pravidelného cvičení.
|
|
|
Aerodynamic analysis of morphing geometry application to sailplane winglet design
Malinowski, Matěj ; Jebáček, Ivo (referee) ; Popela, Robert (advisor)
Diplomová práce se zabývá aerodynamickou analýzou a optimalizací wingletu kluzáku. Winglet je uvažován s možností změny tvaru v průběhu letu a optimalizační proces je zaměřen na odhalení optimálních tvarů v odlišných letových režimech. První část práce popisuje současné snahy v oblasti návrhu a vývoje wingletů s měnitelnou geometrií. Druhá část je zaměřena na popis funkce wingletu, následována třetí částí, která popisuje optimalizační metody, které mohou být použity během optimalizace. Další částí práce je popis letadla vybaveného wingletem, který byl vybrán pro optimalizaci. Tato část je následována požadavky stavebního předpisu kategorie letadla, které bylo vybráno. Následuje model typického letu tohoto letadla. Zbytek práce je organizován dle procesu hledání optimálních tvarů wingletu. Popis tvorby CAD modelu je následován popisem tvorby CFD modelu a popisem přípravy CDF simulací. V předposlední kapitole jsou odhaleny detaily optimalizačního procesu. Závěrečná část práce obsahuje vyhodnocení výsledků optimalizačního procesu.
|
|
|
The runner for the straight-flow turbine for small hydro power Sobotín
Žižka, Jakub ; Veselý, Jindřich (referee) ; Haluza, Miloslav (advisor)
The thesis deals with the problem of optimizing an existing unused turbine for use in a different location than the designed. The goal is to reduce the flow through the turbine by changing the runner geometry while increasing the head, with the least possible decrease in efficiency. The individual modifications of the hydraulic shape are based on the knowledge of the basic relations for the designing of hydrodynamic machines. Numerical fluid mechanics is a tool for validating the effect of individual adjustments. The hydraulic design of the new runner and draft tube of the axial propeller turbine with a fixed guide vanes is performed. Based on the CFD simulation, a universal turbine characteristic with a new hydraulic shape is compiled.
|
|
|
Integral sediment sampler
Zouhar, Josef ; Štigler, Jaroslav (referee) ; Rudolf, Pavel (advisor)
This thesis deals with analysis of flow inside integral SPM sampler. Flowing is described for one-phase flow and multi-phase flow (water-solid particles) approaches. Results of computational modeling and experimental modeling are compared. Experimental box was constructed and its construction is noticed. Methods of used computational and experimental modeling are described. Optimal computational model is recommended. The theme of this thesis was chosen in co-operation with Czech Geological Survey whitin the frame of project MŽP „SP/1b7/156/07“.
|
|
|
Wind loading of lightweight bridge-like structure
Hrubý, Pavel ; Kala, Jiří (referee) ; Nevařil, Aleš (advisor)
The present thesis is concerned with air flow over lightweight footbridge. Special attention is paid to flow-induced instabilities. The thesis opens with a theoretical elaboration on the phenomena related to the research matter. The next part investigates air flow over footbridge in a specific situation using numerical simulation in the Ansys CFX software. Finally, results are discussed in the light of chosen theoretical framework and relevant conclusions are presented.
|
|
|
Flow Induced Vibration Fatigue Analysis of Tube Bundle
Buzík, Jiří ; Vincour, Dušan (referee) ; Lukavský, Jiří (referee) ; Vejvoda, Stanislav (advisor)
The aim of the dissertation thesis is the control of the tube bundle on the cyclic fatigue caused by the flow past tube bundle. Fatigue due to flow is caused by flow-induced vibrations. Examined vibrations are caused by the mutual interaction of two phases (solid and liquid). The present work is focused mainly on the interaction of tube bundles with fluid. The current level of knowledge in this field allows to predict mainly static respectively quazi-static loading. These predictions are based on methods of comparing key vibration variables such as frequencies, amplitudes or speeds (see TEMA [1]). In this way, it is possible to determine quickly and relatively precisely the occurrence of a vibrational phenomenon, but it is not possible to quantitatively assess the effect of these vibrations on the damage of to the tube beam and to predict its lifespan, which would require the determination of the temperature field and the distribution of forces from the fluid on the beam. The aim of the work is to evaluate the-state-of-the-art, to perform a numerical simulation of the flow of fluids in the area of shell side under the inlet nozzle. Current methods of numerical analyses very well solve this problem, but at the expense of computing time, devices and expensive licences. The benefit of this work is the use of user-defined function (UDF) as a method for simulating interaction with fluid and structure in ANSYS Fluent software. This work places great emphasis on using the current state of knowledge for verifying and validation. Verifying and validation of results include, for example, experimentally measured Reynolds and Strouhal numbers, the drag coefficients and for example magnitude of pressure coefficient around the tube. At the same time, it uses the finite element method as a tool for the stress-strain calculation of a key part on tube such as a pipe-tube joint. Another benefit of this work is the extension of the graphical design of heat exchanger according to Poddar and Polley by vibration damages control according to the method described in TEMA [1]. In this section, the author points out the enormous influence of flow velocity on both the tube side and the shell side for design of the heat exchanger to ensure faultless operation. As an etalon of damage, the author chose a heat exchanger designated 104 from the Heat Exchanger Tube Vibration Data Bank [3]. With this heat exchanger, vibrational damage has been proven to be due to cutting of the tubes over the baffles. The last part outlines the possibilities and limits of further work.
|
|
|
Calcination model developement for ANSYS Fluent
Anderle, Milan ; Hájek, Jiří (referee) ; Vondál, Jiří (advisor)
The aim of the diploma thesis was creating a decarbonisation model of lime, implementation the model into CFD tool ANSYS Fluent and to test the decarbonisation model in a model of a real reactor. The required model was based on assumptions for a Shrinking Core Model (SCM). The main objective of this work was the non-catalytic conversion of substances and the search for the most used mathematical models for calcination. The CFD calculation, the sensitivity analysis and the Fluente parametric study were used. Data on the composition of gas flow, temperature, pressure and mass flow of limestone particles were selected for input variables. The particle model called Multiple Surface Reactions (MSR), which is a standard part of Fluent, was used at first. Subsequently, a UDF which was based on the SCM assumptions was written in the programming language C. The results of the CFD calculation were compared with the experimental values from the dissertation. It has been found that the MSR is sufficiently precise for calculation purposes but neglects the internal diffusion of CO2 through the CaO layer which forms behind the reaction front during calcination. It was found that it is possible to solve the flow with ongoing calcination without the need to know the parameters of the Arrhenian equation if the UDF is used. The created UDF incorporates the influence of intraparticular CO2 diffusion on the overall reaction rate.
|
|
|
Research of Systems for Providing the Quality of the Environment in the Car Cabin
Šíp, Jan ; Kavička, František (referee) ; Volavý, Jaroslav (referee) ; Lízal, František (advisor)
Optimal conditions of indoor environmental quality, especially thermal comfort and indoor air quality, are important because they lead to the active safety of passengers. Long-term exposure to inconvenient temperatures may cause thermal stress and negatively affects the driver’s cognitive functions. These include important abilities of drivers, such as concentration, vigilance, speed of decision-making and others. The inappropriate temperature in the cabin is one of the most dangerous factors causing car crashes. Air indoor quality is negatively affected by exhaust gases or particles from tire wear, which enter the car cabin during ventilation. This can be prevented by using an air recirculation system which does not supply outside air, but it is a closed circuit. This mode, however, causes high CO2 concentration in the cabin which can lead to excessive fatigue. This thesis deals with the influence of different ventilation systems on indoor environmental quality, i. e. thermal comfort and indoor air quality. A partial factor of thermal comfort is the flow field which was investigated downstream of a benchmark automotive vent. CFD was applied to determine the flow field downstream of a vent. The results were validated by experimental data acquired by Constant Temperature Anemometry. CFD has been also used for the evaluation of the thermal comfort of three novel ventilation systems (mixing, ceiling and floor ventilation). The results were validated by experimental data acquired by thermal manikin and climate chamber. Indoor air quality has been evaluated based on the Age of Air. The analytical empirical equation by Rajaratnam can be successfully used also to determine the throw of the jet, which is favorable, especially in light of the fact that both computational methods were not very accurate in velocity decay predictions. The Large Eddy Simulation and Reynolds-averaged Navier–Stokes method are suitable for evaluating the flow field downstream of the automotive vent. The diagrams of comfort zones were evaluated for all regimes based on equivalent temperatures. The best performance in terms of the highest level of human comfort was achieved by the ceiling ventilation in the summer conditions and by the floor ventilation in the winter conditions. From the point of view of the Age of Air, the ceiling air ventilation system is the most suitable for the winter conditions. In the summer conditions the Age of Air values for individual air ventilation concepts are very similar for both interior types.
|
|
|
Analysis of the Effects of Internal Recirculation Channel of a Radial Compressor on Extending the Stable Working Area
Paulík, Lukáš ; Vacula, Jiří (referee) ; Novotný, Pavel (advisor)
The extension of the stable working area is very important especially for the radial compressors used in turbochargers. Compressors with high pressure ratio have a narrow stable operating region, which limits their practical use. One of the frequent modifications on radial compressor, concerning the extension of its range of stable work, is installation of an internal recirculation channel (IRC) in its inlet section. CFD programs are often used to simulate the flow through the turbomachines for optimizing the design of the IRC. Based on the extensive research, regarding the flow in the IRC and its location in the inlet of the compressor, suitable variants of its design were selected and applied to a radial compressor of the turbocharger. By simulating the flow in a radial compressor with the IRC, using Ansys CFX software, the compressor performance maps were determined. The best design of the IRC which meets the requirements for extending its stable working area was selected by evaluating the results of the simulations.
|
|
|
CFD modelling of the initial phase of fouling inside convective section of a combustion facility
Zlámal, Filip ; Juřena, Tomáš (referee) ; Strouhal, Jiří (advisor)
The aim of this thesis was to create, based on the knowledge obtained from research, a CFD simulation of initial phase of fouling of solid particles during the combustion of solid fuels. The introduction of the work summarizes the mechanisms of fouling by solid particles. The introduction of the work summarizes the mechanisms of fouling by solid particles. Approaches to modelling the impact and deposition of particles are also described. A model is built, which is implemented in the ANSYS Fluent software with the addition of user-defined functions. The model is tested on a model of the convective part of an experimental device for burning solid fuels.
|
guest ::
