|
|
Studium chování nenewtonských kapalin ve slit-flow reometru za podmínek nestabilního toku
Halama, Lukáš ; Vimmr, Jan (oponent) ; Roupec, Jakub (vedoucí práce)
Diplomová práce se zabývá popisem nestabilního proudění nenewtonské kapaliny ve slit-flow reometru, které negativně ovlivňuje její chování. Iniciátoři nestabilního proudění kapaliny jsou drsnost stěn štěrbiny reometru, vznik skluzu na stěnách reometru a vliv geometrie vstupní a výstupní oblasti štěrbiny reometru. Práce obsahuje metodické postupy pro matematické zohlednění jednotlivých iniciátorů nestabilního proudění kapaliny a konstrukční návrh změny geometrie štěrbiny slit-flow reometru. Součástí práce je i srovnání nejběžněji používaných reologických modelů, odvození obecných vztahů pro tvorbu rychlostního profilu jednotlivých reologických modelů a jejich následná implementace do reologické aplikace, která výrazně zjednodušuje proces vyhodnocování naměřených dat při měření na slit-flow reometru. Tato aplikace může být využita pro zjišťovaní základních parametrů do CFD simulací nebo jako metodická pomůcka při výuce.
|
|
|
Řešení turbulentního dvoufázového proudění metodou Large Eddy Simulation
Volavý, Jaroslav ; Fürst, Jiří (oponent) ; Vimmr, Jan (oponent) ; Jícha, Miroslav (vedoucí práce)
Disertační práce se věnuje problematice numerických simulací vícefázového proudění, zvláště pak predikci pohybu disperzní fáze (částic) unášené proudem. Pro popis pohybu systému tekutina-částice je použit Euler-Lagrangeův přístup. To znamená, že tekutina je považována za kontinuum a pro popis jejího pohybu je použit Eulerův přístup, zatímco částice jsou uvažovány jako hmotné body a jejich pohyb je popsán pomocí přístupu Lagrangeova. Pro vyřešení pohybu nosné fáze je použita moderní metoda Large Eddy Simulation. Byla provedena série simulací zpětného proudu za schodem s částicemi a byla sledována modulace turbulence částicemi. Koncentrace částic v~proudu je dostatečně vysoká, aby se projevil vliv částic na nosný proud. Turbulence na vstupu do domény je reprezentována pomocí vyvinutého schématu pro generaci turbulence na vstupu. Dále je v práci zkoumán vliv anizotropního rozkladu subgridní energie na pohyb částic.
|
|
|
Časová odezva magnetoreologické kapaliny ve smykovém módu
Válek, Josef ; Vimmr, Jan (oponent) ; Kubík, Michal (vedoucí práce)
Magnetoreologické (MR) kapaliny jsou suspenze nejčastěji olejů a prášku karbonylového železa. Při vystavení vnějšímu magnetickému poli dochází ke změně zdánlivé viskozity směsi, čehož se využívá např. v automobilním průmyslu. Od změny magnetického pole po změnu viskozity uplyne časový úsek, tzv. časová odezva, který v moderních MR zařízeních nemůže být opomíjen. Časové odezvy rozlišujeme zejména dle zátěžného módu, kdy ve smykovém módu hovoříme o reologické časové odezvě. Tento druh odezvy stejně jako makroskopické chování MR kapalin bude ovlivněn jejím zatížením a složením. Tyto ovlivňující parametry jsou v diplomové práci vyšetřeny, což bylo umožněno zkonstruováním jedinečného reometru s minimální odezvou hardwaru a vyvinutím nové metodiky měření a vyhodnocování. Jako hlavní řídící parametr reologické časové odezvy se jeví Masonovo číslo udávající poměr vnitřních sil v kapalině. Naměřená data při vyšších hodnotách Masonova čísla korespondují s numerickým modelem, avšak u nízkých hodnot byl zjištěn zásadní rozdíl způsobený nejspíše rozdílným mechanismem rozvoje smykového napětí v MR kapalině než předpokládá model. Po dalším vyšetření numerického modelu dle našich experimentálních dat bude možné predikovat chování jakékoliv MR kapaliny v jakémkoliv MR zařízení, což může výrazně zlepšit např. bezpečnost automobilní dopravy.
|
|
|
Optimalizace geometrie kapsy hydrostatického ložiska s využitím CFD simulace
Dryml, Tomáš ; Vimmr, Jan (oponent) ; Michalec, Michal (vedoucí práce)
Diplomová práce se zabývá optimalizací geometrie kapes hydrostatického ložiska s využitím CFD simulace a experimentálního měření. Kombinací experimentálního a numerického přístupu je zkoumán vliv variace tvaru a hloubky buněk hydrostatického ložiska na jednotlivé provozní parametry. Vliv variací geometrie je stanoven na základě numerické simulace, jež byla validována experimentálně získanými daty. Z výsledků vyplývá, že ideální hloubka buňky by měla odpovídat 20–50násobku výšky mazací vrstvy Simulace také ukazují, že variace hloubky má výrazný vliv na provozní parametry. Naopak variace tvaru buňky nijak významně neovlivňuje provozní parametry ložiska. Návrh optimální geometrie hydrostatického uložení je důležitý především proto, že může přinést značné finanční a energetické úspory spojené s provozem (především velkorozměrných) hydrostatických ložisek.
|
|
|
Stress-strain Analysis of Carotid Arteries with Atheroma
Lisický, Ondřej ; Návrat, Tomáš (oponent) ; Vimmr, Jan (oponent) ; Burša, Jiří (vedoucí práce)
Health risks associated with cardiovascular diseases are apparent in many countries' high mortality rates. Atherosclerosis in carotid arteries can cause a stroke and contributes thus in a large extent. Early detection of risky lesions is substantial to prevent an incident. The forces from the blood flow influence a rupture of a vulnerable plaque. The biomechanics of soft tissue is often incorporated with computational modelling as a potential tool to predict the plaque vulnerability for patients who underwent screening. Mechanical characteristics can then be correlated with clinical biomarkers such as crucial plaque dimensions or the presence of some risky component. However, the plaque complexity, together with a small size, influences a proper model creation leading to simplifications with an unknown effect on the mechanical characteristics. To incorporate computational modelling as a potential diagnostic tool, this is to be solved. The thesis is structured into chapters describing state of the art in computational modelling of atherosclerotic tissue. Relevant chapters are completed with a description of the author's contribution with references to the original works. Many possible directions were discovered during the literature review, although their inclusion was possible only partly as it would require more than one thesis. The main topics of interest were: (i) creation of 3D models from imaging and their subsequent use in computational study augmented by other factors, (ii) study of mechanical properties of endarterectomy samples during the study period, (iii) study of full-field strain detection methods for soft biological tissue and (iv) experimental and computational study of residual deformations and stresses of carotid arteries. The results of each part indicated problems related to computational modelling of atherosclerotic tissue, like omission of the arterial wall when the plaque stress-strain analysis is performed, the necessity of a proper understanding of mechanical responses, and its evaluation for more samples. Last but not least a negligible influence of layer-specific residual stresses for carotid plaques.
|
|
|
Časová odezva magnetoreologické kapaliny ve smykovém módu
Válek, Josef ; Vimmr, Jan (oponent) ; Kubík, Michal (vedoucí práce)
Magnetoreologické (MR) kapaliny jsou suspenze nejčastěji olejů a prášku karbonylového železa. Při vystavení vnějšímu magnetickému poli dochází ke změně zdánlivé viskozity směsi, čehož se využívá např. v automobilním průmyslu. Od změny magnetického pole po změnu viskozity uplyne časový úsek, tzv. časová odezva, který v moderních MR zařízeních nemůže být opomíjen. Časové odezvy rozlišujeme zejména dle zátěžného módu, kdy ve smykovém módu hovoříme o reologické časové odezvě. Tento druh odezvy stejně jako makroskopické chování MR kapalin bude ovlivněn jejím zatížením a složením. Tyto ovlivňující parametry jsou v diplomové práci vyšetřeny, což bylo umožněno zkonstruováním jedinečného reometru s minimální odezvou hardwaru a vyvinutím nové metodiky měření a vyhodnocování. Jako hlavní řídící parametr reologické časové odezvy se jeví Masonovo číslo udávající poměr vnitřních sil v kapalině. Naměřená data při vyšších hodnotách Masonova čísla korespondují s numerickým modelem, avšak u nízkých hodnot byl zjištěn zásadní rozdíl způsobený nejspíše rozdílným mechanismem rozvoje smykového napětí v MR kapalině než předpokládá model. Po dalším vyšetření numerického modelu dle našich experimentálních dat bude možné predikovat chování jakékoliv MR kapaliny v jakémkoliv MR zařízení, což může výrazně zlepšit např. bezpečnost automobilní dopravy.
|
|
|
Fluid-Structure Interaction between Structural Components of Hydraulic Turbine and Fluid Flow
Havlásek, Michal ; Malenovský, Eduard (oponent) ; Vimmr, Jan (oponent) ; Pochylý, František (vedoucí práce)
This doctoral thesis deals with two cases of fluid-structure interaction (FSI). The concern of the first part is to investigate the mutual interaction between the rotor of rotating machinery and fluid within the annular seals. The effect of the annular seals on the dynamic behaviour of the whole machine is described by the rotordynamic coefficients. The current models for the determination of the rotordynamic coefficients of the annular seal use many simplifications. This thesis presents five different analyses of rotordynamic coefficients of the plain annular seal of the oxidizer pump. Each of those five analyses uses a different level of simplification. The most simple analysis models only the volume of fluid within the annular seal. And the most sophisticated analysis models fluid flow within the entire pump with the eccentric rotor. The second part of this thesis defines a new method for the solution of interaction between the fluid and flexible body. This method is based on the solution of the inverse vibration problem. The direct vibration problem, which is as well known as the eigenvalue problem, uses the mass, damping and stiffness matrices, which are collectively called ''the structural matrices'', and determines in the most general case the Jordan matrix and modal matrices of right and left eigenvectors. The inverse vibration problem is used for the definition of the structural matrices based on the Jordan matrix and modal matrices of right and left eigenvectors. The inverse vibration problems can be divided into two types. If all eigenvalues and eigenvectors are known, then it is called the full problem. On contrary, if at least one mode of vibration is unknown, then it is called the partial problem. Five algorithms for the solution of the inverse vibration problem are defined in this thesis. However, two of these five algorithms are versatile, each one for one type of inverse vibration problem. The algorithm for the solution of the full problems was presented in 1979 by Otakar Daněk. The algorithms for the solution of the partial problem, which are presented in this thesis, are the very first algorithms for the solution of this type of inverse vibration problem. And the versatile algorithm for partial problems is called the algorithm for the partial problems with the selection of additional eigenvalues. The application of these two algorithms for the solution of the inverse vibration problem for the full problems and the partial problems are demonstrated on the solution of two cases of interaction between the fluid and flexible body.
|
|
|
Výzkum opotřebení materiálů v kontaktu s MR kapalinou
Žáček, Jiří ; Vimmr, Jan (oponent) ; Kubík, Michal (vedoucí práce)
Dilomová práce je zaměřena na kritické místa magnetoreologického (MR) tlumiče z hlediska životnosti, a to především na těsnění pístnice tlumiče. Úkolem této práce je najít vhodný materiál pro konstrukci těsnění, a k tomu pochopit, které vlastnosti MR kapalin mají největší vliv na opotřebení tohoto těsnění. Testy byly provedeny v upravené konfiguraci pin-on-flat. V rámci práce bylo otestováno několik druhů polyuretanů, NBR, SBR a PTFE, což jsou materiály vhodné pro těsnící prvky. U MR kapalin byl posuzován vliv koncentrace MR částic, vliv modifikací a stáří MR kapaliny. Ukázalo se, že nejvhodnější materiálem pro těsnění je H-PU95FDA. U MR kapalin byl vliv koncentrace částic vyhodnocen jako minimální, zatímco vliv modifikací a stáří kapalin má velkou roli na abrazivitu MR kapalin a tím i životnost MR tlumiče.
|
|
|
Zlepšení sedimentační stability MR kapalin použitím bentonitových jílů
Michal, Lukáš ; Vimmr, Jan (oponent) ; Roupec, Jakub (vedoucí práce)
Diplomová práce je zaměřena na problematiku sedimentační stability magnetoreologických kapalin, která představuje jednu z nejdůležitějších vlastností určujících spolehlivost těchto kapalin. Vyšší sedimentační stability může být dosaženo několika způsoby. Metody, které jsou blíže zkoumány v této práci, jsou polymerizace částic a přidání aditiv na bázi jílových minerálů. Obě dosahují pozitivních výsledků projevující zvýšenou sedimentační stabilitu. V případě některých aditiv je však účinek mnohem vyšší. Konkrétně aditivum CLAYTONE 40 dosahuje nižší rychlosti sedimentace částic při zachování stejné viskozity jako komerční kapalina LORD-122ED. Výsledky přináší podstatné poznání ve zkoumané oblasti a mohou přiblížit magnetoreologické kapaliny k širšímu komerčnímu využití.
|
|
|
Slit-flow reometr pro magnetické i nemagnetické kapaliny
Železník, Tomáš ; Vimmr, Jan (oponent) ; Roupec, Jakub (vedoucí práce)
V rámci téhle diplomové práce se vyvinula, vyrobila a otestovala čtvrtá evoluce slit-flow reometru spolu s dalšími nezbytnými součástmi, jako např. jeho držák, rám pohonu a potřebné přípravky. Tento reometr dokáže měřit reologické vlastnosti magnetických i nemagnetických kapalin při velmi vysokých smykových spádech, kterých reometry na trhu nedosahují. Je konstruován na maximální tlak ve válci 200 bar a maximální zatížení celé konstrukce 15 kN. Vyvinuté zařízení zlepšuje uživatelskou přívětivost, urychluje výměnu vzorku kapaliny a rozšiřuje možnosti výzkumu díky velkému prostoru k dodatečným úpravám podle potřeby. Je možné použít různé délky štěrbiny a díky výměnným vložkám i měnit její parametry (drsnost stěn, materiál stěn, tloušťka štěrbiny). Součástí práce je i odvození potřebných vztahů pro naplánování kalibračních měření, jehož cílem je získat závislost místních tlakových ztrát na Reynoldsově čísle pro danou štěrbinu.
|
host ::
