|
|
Numerical Modelling of Grate Combustion
Juřena, Tomáš ; Klemeš,, Jiří (oponent) ; Žitný, Rudolf (oponent) ; Hájek, Jiří (vedoucí práce)
The present work is focused on numerical modelling of grate combustion of solid fuels by means of computational fluid dynamics (CFD) methods. Since CFD results from simulations of grate combustion depend on the quality of input data including information on temperature, mass flux and chemical composition of flue gas leaving a fuel bed, the attention is turned to modelling of processes, that take place within the fuel bed on a grate. A great part of the work is devoted to development of a reliable numerical model of packed-bed combustion as it may help improve both results from simulations and knowledge of principles of solid fuel combustion in fixed or moving beds. A one-dimensional transient numerical model of combustion in an experimental reactor is developed and implemented into a computer program called GRATECAL 1.3 with a grapical user interface. A special emphasis is put on the conservativeness property of the model. Therefore, a method for control of mass and energy balance over the system is developed and applied to a series of case studies, which have revealed certain errors in definitions of mass source terms, so that data adopted from literature have been reconciled. The model is used for analysis of propagation of drying and char combustion reaction fronts in a bed of wheat straw particles. It is suggested to include modelling of particle internal porosity change in order to obtain correct reaction zone thickness, if porosity of the bed is allowed to change during combustion. The balance-based method is also used to analyse effects of convergence criteria on mass and energy imbalance of the modelled system. It is found that all the scaled residuals must drop to as low as $10^{-6}$ or lower in order to obtain sufficiently accurate results from in-bed simulations in terms of mass and energy conservation within the packed bed. The second part of the work is devoted to development of a library of user-defined functions for the commercial CFD software ANSYS FLUENT for coupling the bed model with a freeboard model of a real combustion unit in order to specify the boundary conditions indirectly using results from in-bed simulations. The created interface is general enough to be used for a wide range of models of grate furnaces. The presented results contribute to better understanding of numerical modelling of grate combustion, especially in the setup of a numerical model and parameters of solver for the control of the convergence.
|
|
|
Metody pro určování charakteristických parametrů procesů spalování na bázi experimentů a modelování
Bělohradský, Petr ; Klemeš,, Jiří (oponent) ; Žitný, Rudolf (oponent) ; Stehlík, Petr (vedoucí práce)
Práce se zabývá možnými metodami pro určování a modelování charakteristických parametrů při spalování plynných paliv. Pozornost je věnována tvorbě oxidů dusíku a přenosu tepla z horkých spalin do stěn spalovací komory. Důležitou částí práce je vlastní experimentální činnost, která je zaměřena na provedení zkoušek dvou hořáků s potlačenou tvorbou oxidů dusíku. Cílem experimentální činnosti je obdržet data potřebná pro další zpracování a modelování. Práce prezentuje dvě metody, které je možné využít při modelování charakteristických parametrů spalování. Konkrétně se jedná o metodu založenou na statistickém zpracování dat a metodu založenou na výpočtové dynamice tekutin (Computational Fluid Dynamics, CFD). Na dvou vybraných zařízení (hořák s dvoustupňovým přívodem paliva, hořák s dvoustupňovým přívodem spalovacího vzduchu) jsou aplikovány tyto výpočtové přístupy za účelem prozkoumání konkrétních parametrů. První uvedený přístup zahrnuje podrobné plánování zkoušky hořáku před jejím vlastním provedením (stanovení cíle zkoušky, výběr vstupních faktorů, měřené veličiny a plánu experimentu) a následné statistické zpracování experimentálních dat. Naproti tomu druhý přístup založený na metodách CFD nabízí simulace jako alternativu k tradičním experimentálním metodám. Simulace spalování zahrnuje vytvoření výpočtové sítě modelu spalovacího zařízení, nastavení okrajových podmínek modelu, nastavení modelu proudění, modelu přenosu tepla a modelu chemické kinetiky. Výsledky simulací jsou porovnány s experimentálně získanými daty.
|
|
|
Water hammer experiment in artificial blood vessel
Hromádka, D. ; Horný, L. ; Žitný, R. ; Chlup, Hynek
This paper presents a water hammer experiment performed on an artificial blood vessel and the latex tube. Artificial blood vessel was manufactured from latex tubes and textile rubber bands. These bands were wound on outer surface of latex tube and they imitated reinforcing effect of collagen fibres. Mathematical model describes pulsation of pressure after instantaneous closing of valve at outlet of pipeline a part of which is a short elastic tested tube. It is shown that the observed pressure responses can be approximated by a simplified mathematical model assuming linear relationship between internal pressure and inflated volume.
|
|
|
Residual Strains of Arteries as Forensic Index
Adámek, T. ; Horný, L. ; Chlup, Hynek ; Žitný, R.
It has been known for long time that arteries are pre-strained in situ. These residual strains play crucial role in arterial load-bearing capacity. However, to the best of authors’ knowledge they have never been considered from forensics point of view. This paper concerns a possibility of employing the longitudinal pre-strain of human aortas as an indicator of human subject age. Lengths of abdominal aorta were measured within autopsies before and after segment resection. Longitudinal stretch ratio was calculated for 45 male and 12 female cadavers. It was found that both male and female data samples give approximately the same mean of the stretch ratio = 1.2. The correlation coefficients between the pre-strain and age were R=-0.7926, R=-0.8684 in male and female samples, respectively. Linear regression equation with confidence intervals was employed. The correlation between pre-strain and age seems to be suitable statistics to be used in forensic sciences.
|
|
|
Neinvazivní potické měření deformací elastických trubic
Macková, H. ; Chlup, Hynek ; Žitný, R.
Bylo provedeno oeinvazivní optické měření a posuzení rychlosti pulzní vlny oscilující elastické trubice. Latexová trubka byla zatížena samooscilujícím vnítřním tokem, jako jednoduchý model lidských velkých tepen. Metoda je založena na zpracování snímků z vysokorychlostní kamery s algoritmem na detekci hran trubice. Deformace hrany trubice byla zjišťována pomocí daného měřítka, vloženého do nahrávané scény. Naším cílem je rozeznat pulzní vlnu a změřit její rychlost podél trubice.
|
|
| |
|
|
Konstitutivní modelování tepenné stěny
Horný, L. ; Chlup, Hynek ; Adámek, T. ; Zitny, R. ; Macková, H.
Inflační a jednoosé tahové zkoušky byly provedeny se vzorky lidské aorty post mortem za účelem identifikce parametrů materiálového modelu. Stěna tepny byla modelována jako hyperelastický, nestlačitelný , ortotropní materiál. Jako materiálový model byly použity kombinová funkce hustoty deformační energie a Fungův typ funkce hustoty deformační energie. Nelineární regrese experimentálních dat byla provedena. Bylo zjištěno, že kombinovaná funkce hustoty deformační energie odpovídá experimentálním datům velmi dobře.
|
|
|
Optimalizace měření rychlosti pulzní vlny v tepnách
Macková, H. ; Chlup, Hynek ; Hulan, M. ; Žitný, R.
Měření rychlosti pulsní vlny v lidských tepnách je důležité ze dvou důvodů: včasné diagnostiky atherosklerózy a identifikace materiálových vlastností cévní stěny pro numerické modely. Rychlost pulsní vlny v cévách není konstantní a klasická metoda měření časového posunu tlakové vlny mezi dvěma body je nedostatečná. Uvažujeme o třech metodách měření: optickém měření posuvů cévní stěny v několika bodech kamerou s vysokou snímkovací frekvencí, kontinuální optické měření posuvů cévní stěny korelátorem Q-450 a měření průtoku a posunutí ultrazvukem. První metoda je schopna určit pouze průměrné rychlosti pulsní vlny mezi měřícími body. Oproti tomu, korelátor se dvěma vysokorychlostními kamerami rekonstruuje 3D posuvy s velmi dobrým rozlišením. Ultrazvuková metoda využívá kombinace Dopplerovského ultrazvuku a tzv. B-scanu. Přístroje používané v medicíně však většinou nemají datové výstup a to zhoršuje kvalitu rozlišení.
|
|
|
Experimentální měření pulzní vlny v elastické trubici
Chlup, Hynek ; Macková, H. ; Žitný, R. ; Konvičková, S.
Rychlost pulzní vlny (PWV) v cévách je jedním z důležitých hemodynamických parametrů pro stanovení stavu tepen. V naší laboratoři je PWV sledována v pružných trubicích která se svými vlastnostmi podobají tepnám. Metoda je založená na neinvazivním optickém měření radiálního posunutí stěny trubice vlivem průchodu PWV. Je používána vysokofrekvenční kamera s vysokým rozlišením obrazu. Získána data byla vyhodnocena několika na sobě nezávislými metodami a výsledky byly porovnány. Detekované PWV byli stejných řádových hodnot jako teoreticky vypočtené PWV a publikované fyziologické hodnoty.
|
|
|
Detekce rychlosti pulzní vlny v elastické trubici
Chlup, Hynek ; Macková, H. ; Vilímek, M. ; Žitný, R. ; Konvičková, S.
Rychlost pulzní vlny v cévách je jedním z důležitých hemodynamických parametrů pro posouzení stavu nebo rozsahu poškození tepny. Pro rozumět problému, fyziologické hodnoty musí být známý. V naší laboratoři je zkoumána rychlost pulzní vlny v pružných elastických latexových trubicích a tepnách. Měření je prováděno in vitro neinvazivní metodou. Metoda je založená na snímání obrazu pulzující trubice, měřeních posunutí stěny trubice vlivem průchodu pulzní vlny.
|
host ::
RSS.