|
|
Control System of Building using Modelling and Simulation
Mohamad, Mohamad Kheir ; Ostrý, Milan (oponent) ; Masaryk, Michal (oponent) ; Štětina, Josef (vedoucí práce)
Maintaining of the indoor climate conditions so that they keep compatible with the occupants comfort is a key issue for control of heating, ventilation and air conditioning systems (HVAC systems). Computer modelling offers a virtual environment similar to real climatic conditions indoors and outdoors. It aims basically to devise solutions for control of indoor climatic conditions. This process requires understanding of these environments from physical and mathematical perspective, so that physical processes of these environments can be represented using relationships and equations which can reflect the influence of different environmental parameters. Then simulation process offers the possibility to describe the interaction between these models and their behaviour over time. It gives default representation of those environments and allows understanding of their behaviour before transferring these models to real applications. MATLAB/SIMULINK software has an advanced ability to simulate HVAC systems by creating a wide working environment for the designers depending on the development of mathematical models and simulating them by SIMULINK so that results output could be compatible with the desired conditions. This thesis addresses the process of modelling the indoor environment in buildings in order to understand the behaviour of key parameters which affect the thermal comfort of the occupants. The mathematical models of the indoor environment of a classroom have been designed with three basic indoor parameters: concentration of carbon dioxide, air temperature and relative humidity. Changes of these parameters over time have been simulated. Then, control strategies have been proposed for these parameters in order to keep them under the appropriate conditions of the occupants, although changing of climate outdoors, thermal and mass loads indoors. Through mathematical methods, some optimization methods have been proposed in order to reduce energy consumption without affecting the permissible limits of these parameters. Validation process of the model has been carried out by comparing the results with the real outputs monitoring by Honeywell Enterprise Buildings Integrator system installed in the classroom.
|
|
|
Svázání fyziologického modelu s modelem tepelného komfortu
Pokorný, Jan ; Masaryk, Michal (oponent) ; Kratochvíl, Zdeněk (oponent) ; Jícha, Miroslav (vedoucí práce)
Disertační práce se zabývá vnitřním prostředím a tepelným komfortem v kabinách automobilů. V Dymole/Modelice byl vytvořen Model tepelné zátěže kabiny pro studium vlivů různých parametrů okolního prostředí na mikroklima uvnitř kabiny. Model byl validován na základě osmi experimentů v klimatické komoře i ve skutečných provozních podmínkách. Hlavním cílem práce bylo vytvořit model pro predikci tepelného komfortu v nehomogenním prostředí, který je použitelný i pro prostředí kabin automobilů. V Dymole/Modelice byl vytvořen Svázaný model tepelného komfortu, který umožňuje vyhodnotit celkový tepelný komfort na základě lokálních parametrů okolního prostředí a osobních faktorů člověka. Model byl validován na 16 různých scénářích převzatých z literatury. Navíc za pomoci programu Theseus-FE byly vytvořeny tři modelové případy reprezentující asymetrickou zátěž od slunečního záření v kabině automobilu. Predikce Svázaného modelu byla porovnána s Fialovým modelem a s výsledky experimentů. Svázaný model predikoval střední teplotu pokožky dostatečně přesně pro klidné aktivity v neutrálním a teplém prostředí. V chladném prostředí byly odchylky střední teploty pokožky od měření větší a predikovaná vnitřní teplota příliš závislá na teplotě okolí. Pro vyšší intenzity vykonávané činnosti byla predikovaná střední teplota pokožky příliš vysoká.
|
|
|
Termoelektrické moduly pro mikrokogenerační zdroje
Brázdil, Marian ; Navrátil, Jiří (oponent) ; Masaryk, Michal (oponent) ; Pospíšil, Jiří (vedoucí práce)
Malé domovní teplovodní kotle na tuhá paliva představují významný zdroj znečištění ovzduší. Je proto snahou zvyšovat jejich účinnost spalování a omezovat produkci vznikajících škodlivých exhalací. Z tohoto důvodu dochází legislativně k omezování provozu starších a v současnosti již nevyhovujících typů domovních kotlů. Preferovanými typy kotlů jsou nízkoemisní kotle, především automatické nebo zplyňovací. Větší část z nich ale, oproti předchozím typům kotlů, vyžaduje také připojení k elektrické rozvodné síti. Pokud dojde k dlouhodobějším výpadkům elektrického napájení, provoz novějších typů kotlů je limitovaný. Na trhu jsou v současnosti dostupné i nízkoemisní zplyňovací kotle spalující dřevo a uhlí, které je možné provozovat i při výpadku elektrického napájení, ale pouze v otopných soustavách s přirozenou cirkulací vody. V otopných soustavách s nuceným oběhem vody není možné tyto kotle, ani krby nebo krbové vložky s teplovodními výměníky při výpadku napájení provozovat bez externího bateriového napájení. Dizertační práce se proto zabývá otázkou, zda by bylo možné pomocí termoelektrické přeměny odpadního tepla spalin malých nízkoemisních spalovacích zařízení získat dostatečné množství elektřiny, napájet jejich oběhová čerpadla a zajistit provoz v soustavách s nucenou cirkulací vody nezávisle na dodávkách elektřiny z rozvodné sítě. Aby bylo možné odpovědět na tuto otázku, byl vytvořen simulační nástroj predikující výkonové parametry termoelektrických generátorů. Oproti dříve publikovaným pracem je do výpočtů a simulací zahrnutý i vliv generátoru na funkčnost odkouření kotlů. Pro ověření simulačního nástroje byl postaveny experimentální termoelektrický generátor využívající odpadního tepla spalin automatického teplovodního kotle na dřevní pelety. Vedle tohoto generátoru vznikla také experimentální termoelektrická krbová vložka a další zařízení související s experimenty.
|
|
|
Efektivní a ekologické spalování biomasy
Špiláček, Michal ; Kolat, Pavel (oponent) ; Masaryk, Michal (oponent) ; Skála, Zdeněk (vedoucí práce)
Tato práce pojednává o tvorbě numerického modelu komory spalující biomasu na roštu. V rešeršní části práce jsou popsány základní vlastnosti biomasy s ohledem pro její spalování a samotný proces spalování biomasy, pro který je potřeba znát dynamiku chemických reakcí spalovacího procesu a celkový průběh spalování paliva na roštu. Popsána je také produkce škodlivých emisí, které spalováním biomasy mohou vznikat, a důraz je kladen hlavně na produkci oxidů dusíku. V další části je popsáno samotné zařízení a použitý základní matematický model, ve kterém jsou využity mechanismy přenosu tepla, proudění tekutin a transportu chemických látek. Základní matematický model je následně rozšířen na úplný matematický model určením počátečních a okrajových podmínek. Následně jsou uvedeny a okomentovány výsledky počítačové simulace vytvořeného modelu, které se týkají především produkce emisí oxidů dusíku a dehtů, a nakonec jsou tyto výsledky použity pro návrh úpravy geometrie zkoumané spalovací komory.
|
|
|
Development of Simulation Tool for Semi-Hermetic Compressor with the Objectives to Improve Efficiency
Tuhovčák, Ján ; Masaryk, Michal (oponent) ; Pavelek, Milan (oponent) ; Jícha, Miroslav (vedoucí práce)
Compressors are widely used across the all technical fields and current pressure on ecology increases the demand for more effective compressor with economical operation costs. The reasons for inefficiencies must be identified during the development process of a new compressor, where simulation tools might become very useful. There are many different tools for compressor analysis and choosing the right one is mostly dependent on the level of detail that must be analyzed. Models based on energy balance seem to be appropriate when the global parameters of a compressor are demanded. These models offer quick results with reasonable degree of accuracy in terms of basic compressor characteristics. The goal of this thesis is to develop such a simulation tool for a reciprocating compressor. The tool can predict compressor behavior based on compressor dimensions and valve properties. The processes inside the cylinder and heat transfer between the components of a compressor are analyzed using energy balance equation. Simulation tools were verified and experimentally validated using two different types of compressors, therefore they might be used for any reciprocating compressor under some conditions. Mathematical solution was developed in Matlab and therefore it is possible to add new sub-models or to couple the actual model with other simulation tools. This work also contains an analysis of heat transfer models used to predict heat transfer coefficient inside the cylinder and comparison with complex numerical approach. Impact of heat transfer on the compressor efficiency was evaluated too.
|
|
|
Impact of Operation Parameters on Fine Combustion Particles Concentration in the Flue Gas of Biomass Boilers
Poláčik, Ján ; Masaryk, Michal (oponent) ; Adamec, Vladimír (oponent) ; Pospíšil, Jiří (vedoucí práce)
This work deals with the impact of operating parameters on fine combustion particles formation in the flue gas of biomass combustion device. The research part of the work describes the properties of fine particles, its basic division, impact on human health and the environment. The basic knowledge of the influence of biomass combustion process on fine particles production up to 1 µm in size is summarized. The main part describes the experimental setup for evaluating the size distribution of fine particles. The following section describes the experimental setup with measured results for various combustion parameters in laboratory combustion, automatic boilers, as well as in the manual wood-burning combustion device. The main parameters which were tested were combustion temperature, oxygen amount, type of fuel and geometry of the burned biomass. The impact of individual parameters on the formation of the fine particles is evaluated. The final part of the thesis summarizes the ways in which it is possible to significantly influence the emissions of fine particles by the appropriate choice of combustion operating parameters.
|
|
|
Optimalizace mikroklimatu v kabinách malých dopravních letadel
Fišer, Jan ; Janotková, Eva (oponent) ; Masaryk, Michal (oponent) ; Patočka, Stanislav (oponent) ; Jícha, Miroslav (vedoucí práce)
Disertační práce se zabývá návrhem a optimalizací prostředí v kabinách malých dopravních letadel a to zejména z hlediska tepelné pohody prostředí a kvality větrání. Byly optimalizovány části distribučních systémů vzduchu a konstrukční opatření, která na základě rešerše problematiky a zkušeností autora mohou mít největší vliv na tepelnou pohodu a kvalitu větrání. Zvolené úpravy a jejich vliv na vnitřní mikroklima kabiny byly vyšetřovány pomocí CFD modelu, který byl nejprve validován pomocí výsledků získaných z měření proudových a teplotních polí v maketě kabiny malého dopravního letadla EV-55. Byly vyšetřovány: Optimalizace typu distribuce větracího vzduchu, Optimalizace geometrie distribučních vzduchovodů, Optimalizace tloušťky tepelné izolace a Optimalizace emisivity vnitřních povrchů. Tepelná pohoda byla posuzována na základě metodiky ekvivalentní teploty a diagramu komfortních zón vyvinutých H. O. Nilssonem. Pro posouzení kvality větrání byl použit koncept založený na simulaci indexu stáří vzduchu. Celkem bylo simulováno 50 modelových případů a na základě jejich výsledků byl jako optimální vyhodnocen systém Modifikovaného směšovacího větrání s geometrií vzduchovodů navrženou autorem práce. V kombinaci s vysokým zateplením stěn a vysokou emisivitou interiéru, pak tento systém větrání zajišťuje nejvyšší tepelný komfort a kvalitu větrání pro zkoumaný rozsah okolních a provozních podmínek.
|
|
|
Hodnocení přestupu tepla na skrápěném trubkovém svazku
Kracík, Petr ; Masaryk, Michal (oponent) ; Kořista, Milan (oponent) ; Pospíšil, Jiří (vedoucí práce)
Skrápěné trubkové svazky, po kterých stéká tenký kapalný film, jsou využívány v různých technologických procesech, u kterých je potřeba rychle a efektivně oddělit parní fázi od kapalné. Proces probíhá převážně při nízkých teplotách při adekvátním snížení tlaku kolem trubkového svazku. Takovou technologií je například výparník u absorpčních jednotek nebo výparník pro odsolování mořské vody. Za ideálních podmínek dochází k varu vody na celé ploše výměníku, ale u praktických realizací je nutné uvažovat s tím, že v místech, kde dochází k úvodnímu kontaktu vody se stěnou výměníku, nebude docházet k varu na povrchu trubek, ale pouze k ohřevu skrápěné kapaliny. Touto problematikou se zabývá předložená dizertační práce. Hlavním cílem práce bylo stanovit součinitel přestupu tepla na povrchu skrápěných trubkových svazků různých geometrií při atmosférickém tlaku i podtlaku. Za tímto účelem byly provedeny experimenty na trubkových svazcích, které se skládaly z měděných trubek o průměru 12,0 mm horizontálně umístěných pod sebou a které byly vytápěny vodou. Byly testovány tři druhy povrchů trubek (hladké, pískované a rádlované) při čtyřech různých roztečích (15,0 až 30,0 mm po 5,0 mm). Zároveň byly jednotlivé geometrie svazku složeny ze 4, 6, 8, nebo 10 trubek se shodnou povrchovou úpravou. Na základě provedených experimentů byl zpřesněn matematický model přenosu tepla, který se skládá převážně z podobnostních kritérií. V průběhu prováděných experimentů bylo snímáno teplotní pole na povrchu skrápěného trubkového svazku termovizní kamerou a dle vytvořené metodiky byl hodnocen vlivy geometrie a úpravy povrchu svazku na režim proudění a ve výsledku i na přestup tepla.
|
|
|
Numerický model formování aerosolů v průběhu spalování biomasy
Chýlek, Radomír ; Lízal, František (oponent) ; Masaryk, Michal (oponent) ; Pospíšil, Jiří (vedoucí práce)
Tato závěrečná práce se zaměřuje na vytvoření numerického modelu pro popis tepelného ovlivnění biomasy s formováním aerosolů. Model vychází z modifikace CPD zesíťovaného (network) modelu a je určen pro simulaci tepelného rozkladu biomasy. Cílem práce bylo ověřit funkčnost modelu a provést jeho komplexní validaci pomocí laboratorních měření. Validace zahrnovala analýzu lignocelulózové biomasy a jednotlivých strukturálních materiálů, které ji tvoří. Výsledky validace potvrdily schopnost modelu simulovat pomalé pyrolýzy s dobrou shodou s experimentálními daty. Provedená rešerše se zaměřila na stanovení složení biomasy a výběr vhodného modelu pro simulaci spalování/pyrolýzy biomasy. V práci jsou také popsány další testované přístupy a vylepšení modelu CPD.
|
|
|
Vývoj výpočetního modelu a metodiky pro výpočet kondenzátorů s minikanálky
Pavlů, Jaroslav ; Masaryk, Michal (oponent) ; Jaroš, Michal (oponent) ; Pospíšil, Jiří (vedoucí práce)
Vzduchem chlazené výměníky tepla se využívají v široké škále aplikací, v nichž je jednou z prioritních vlastností kompaktnost, funkčnost a s ní spojená cena výměníku. Současný vývoj kompaktních tepelných výměníků směřuje od dlouhodobě známé technologie expanze měděných trubek na hliníkové lamely k celohliníkovým jednotkám s vysoce sofistikovaným tvarem směnných ploch. Sektor výrobců kompaktních výměníků tepla (HVAC-R Heating, Ventilating and Air Conditioning - Refrigeration) využívá čím dál více tvářeného hliníku jako základního stavebního prvku. Podobně jako v automobilovém průmyslu tak i v chladírenství se začíná využívat technologie celohliníkových jednotek. Nutno podotknout, že využití léta známé technologie není konečným vývojovým krokem. Již nyní se začínají objevovat technologie nové s nižším počtem problematických svarových ploch, vyšší účinností přestupu tepla a nižšími tlakovými ztrátami. S nástupem nových technologií vyvstala i potřeba ověření současných výpočtových metod, případně jejich adaptace na nové geometrie. Metodiky, jež využívají klasických korelací k výpočtu koeficientů přestupu tepla v případě výměníků s výrazně odlišnou geometrií směnných ploch bez modifikace, nestačí. Zcela rozdílná stavba extrudovaných trubek a směry proudění médií neumožňují jednoduché upravení korelací, ale vyžadují komplexní přestavbu metodiky výpočtu a ve svém důsledku i změnu kódu výpočtových softwarů. S rostoucími výkony výpočetní techniky je navíc možné využití přesnějších iteračních metod. Pomocí nichž lze spočíst výměník dostatečně rychle. Dalším krokem k vyšší přesnosti je ve využití znalostí z praktických měření na výměnících. Vzhledem k nutnosti přesného výpočtu celohliníkových jednotek, či optimalizace výměníků, je téma práce zaměřeno na porovnání jednotlivých současných metodik výpočtů, ale i na ověření funkčnosti nové metodiky použité a ověřené v nově vytvořeném softwaru. Porovnáním metod s fyzicky změřeným výměníkem v aerodynamickém tunelu lze získat dostatečně přesná data pro zpracování základní optimalizované metodiky výpočtu výměníků.
|
host ::
RSS.