|
|
Effervescent Breakup and Combustion of Liquid Fuels: Experiment and Modelling
Broukal, Jakub ; Jedelský, Jan (referee) ; Klemeš,, Jiří (referee) ; Hájek, Jiří (advisor)
Tato práce se zaměřuje na oblast effervescentních sprejů a jejich aplikace na kapalné spalování s důrazem na průmyslové spalovací komory. Oba aspekty – modelování a experiment – jsou řešeny. Práce obsahuje obecný úvod, ve kterém jsou vysvětleny základní jevy rozpadu kapaliny a vířivého spalování a dále je představena effervescentní atomizace. Poté jsou popsány použité experimentální postupy jak pro měření spreje, tak pro měření tepelných toků do stěn při spalování. V následující kapitole jsou popsány numerické modely a jejich podstata je vysvětlena. Jsou zde uvedeny modely pro rozpad spreje, turbulenci a spalování použité během výzkumu. Vlastní výsledky práce jsou uvedeny formou samostatných článků (vydaných nebo přijatých) s dodatečnou částí věnovanou nepublikovaným relevantním výsledkům. Bylo zjištěno, že standardní modely sprejů jsou do jisté míry schopny popsat effervescentní spreje. Nicméně aby bylo možné predikovat plamen kapalného spreje, jsou zapotřebí detailnější modely sprejů, které dokáží přesně zachytit změnu průměrů kapek v radiálním a axiálním směru. Experimentální měření effervescentních sprejů bylo provedeno pomocí navrhnuté metodiky. Výsledky měření byly analyzovány s důrazem na radiální a axiální vývoj průměrů kapek a některé nové jevy byly popsány. Nepřímá úměrnost mezi gas-liquid-ratio a středním průměrem kapek byla potvrzena. Dále by popsán jev, kdy pro různé axiální vzdálenosti které dojde k úplnému převrácení závislosti středního průměru na axiální vzdálenosti. V závěru je uvedeno shrnutí, které rekapituluje hlavní výsledků a závěry. V závěrečných poznámkách je nastíněn možný budoucí postup. Experimentální data pro ověřování budoucích effervescentních modelů jsou poskytnuta.
|
|
|
Numerical Modelling of Grate Combustion
Juřena, Tomáš ; Klemeš,, Jiří (referee) ; Žitný, Rudolf (referee) ; Hájek, Jiří (advisor)
Předkládaná práce je zaměřena na numerické modelování spalování tuhých paliv na roštu metodami výpočtové dynamiky tekutin (CFD). Jelikož výsledky CFD simulací roštového spalování závisí na kvalitě vstupních dat, která zahrnují i údaje o teplotě, hmotnostním toku a chemickém složení spalin vystupujících z lože, pozornost je věnována především procesům, probíhajícím v loži během spalování na roštu. Velká část práce je věnována vývoji spolehlivého modelu spalování v sypaných ložích, jelikož může napomoci zkvalitnit výsledky simulací i rozšířit znalosti principů spalování tuhých paliv v sypaných ložích. V rámci práce byl vyvinut jednorozměrný nestacionární model spalování v experimentálním reaktoru a implementován do počítačového programu GRATECAL 1.3 včetně grafického uživatelského rozhraní. Zvláštní důraz byl kladen na konzervativnost modelu. Proto byla vyvinuta metoda pro kontrolu hmotnostní a energetické bilance systému a následně aplikována v řadě studií, v rámci nichž byly odhaleny některé chyby týkající se definic zdrojových členů, které byly převzaty z literatury a opraveny. Pomocí modelu byla provedena analýza šíření čela sušení a reakce hoření koksu po výšce lože pšeničné slámy. Na základě výsledků těchto analýz bylo doporučeno zahrnout i modelování změny porozity částic paliva, aby šířka reakční zóny byla predikována korektně v případě, že je uvažována změna porozity celého lože. Rovněž vyvinutá bilanční metoda byla použita k analýze vlivu kritérií konvergence na hmotnostní a energetickou nerovnováhu simulovaného systému. Bylo zjištěno, že škálovaná rezidua rovnic všech veličin by měla poklesnout aspoň na hodnotu $10^{-6}$, aby bylo dosaženo nízké hmotnostní a energetické nerovnováhy a tudíž uspokojivě přesných výsledků ze simulací v loži. Druhá část práce je věnována vývoji a implementaci knihovny uživatelem definovaných funkcí pro komerční CFD nástroj ANSYS FLUENT, které slouží k propojení modelu lože s modelem komory reálné spalovací jednotky, aby byla umožněna dynamická změna okrajových podmínek na vstupu do komory v závislosti na výstupech ze simulací v loži. Vytvořené rozhraní pro propojení těchto dvou modelů je dostatečně obecné pro aplikaci na širokou škálu modelů roštových kotlů. Popsané výsledky přispívají k lepšímu porozumění numerickému modelování spalování na roštu, a to zejména ve fázi sestavování numerického modelu a nastavení parametrů řešiče pro kontrolu konvergence.
|
|
|
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“.
|
|
|
Air flow load on a roof structure induced by a helicopter during erection works
Fidler, Tomáš ; Križan, Jiří (referee) ; Nevařil, Aleš (advisor)
Diploma thesis is focused on modeling rotor downwash generated by the main rotor of helicopter and analyzing its effects on the roof structure. Theoretical definition of rotor downwash flow is described in the first part of the text. Governing equations of computational fluid dynamics are briefly explained as well as boundary layer and finite volume method. Next part inquires into numerical simulation of rotor downwash based on height of rotor above the roof, shape of roof plane and climatic conditions. Results are compared with climatic load values provided by actual Czech construction standard in the end of the text.
|
|
|
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.
|
|
|
Dynamic analysis of an in-line arranged cylindrical chimney
Harazim, Petr ; Kanický, Viktor (referee) ; Salajka, Vlastislav (advisor)
The diploma thesis deals with the response of a steel smokestack structure to wind loads. A detailed computational model implementing the finite element method was created in accordance with the available drawing documentation. The new smokestack was placed next to an existing one, thus it can be assumed that these two structures will affect each other. The thesis also elaborates on the problems of aerodynamic and aeroelastic stability of the earlier smokestack; in particular, the occurrence of vortex shedding in resonance with eigenfrequency of the structure, with the use of the program ANSYS CFX. The evaluation of the structure includes survey of the strength and deflections of the structure. The calculations are in accordance with valid ČSN EN norms.
|
|
| |
|
|
A computationally efficient and accurate numerical representation of thermodynamic properties of steam condensing steam flow in steam turbines
Hrubý, Jan
Mathematical modeling of the non-equilibrium condensing transonic steam flow in the complex 3D geometry of a steam turbine is a demanding problem both concerning the physical concepts and the required computational power. Available accurate formulations of steam properties IAPWS-95 and IAPWS-IF97 require much computation time. For this reason, the modelers often accept the unrealistic ideal-gas behavior. Here we present a computation scheme based on a piecewise, thermodynamically consistent representation of the IAPWS-95 formulation. Density and internal energy are chosen as independent variables to avoid variable transformations and iterations. On the contrary to the previous Tabular Taylor Series Expansion Method, the pressure and temperature are continuous functions of the independent variables, which is a desirable property for the solution of the differential equations of the mass, energy, and momentum conservation for both phases.
|
|
|
Modelling of water transport in the polymer electrolyte membrane of a fuel cell
Šimek, M. ; Němec, Tomáš ; Maršík, František
A brief review of recent literature on proton exchange membrane fuel cell (PEMFC) modelling is presented and the governing equations of the transport processes in the proton exchange membrane are presented. Consequently, the model of water transport in the membrane electrode assembly of a fuel cell in commercial software FLUENT is investigated. The aim of this work is to test the possibilities of the PEMFC modelling using FLUENT. Special attention is given to the water management and the properties of the fuel cell membrane.of four binary mixtures, i.e. diethylether - nitrogen, propane - carbon dioxide, isobutane - carbon dioxide, and chlorodifluoromethane - carbon dioxide. The predictions of the classical nucleation theory show very good agreement with the measured nucleation rates.
|
|
|
Klasická nukleační teorie a modelování kavitačních jevů
Němec, Tomáš
The description of the nucleation of bubbles and their growth in cavitation processes suitable for computational fluid dynamics (CFD) simulations is investigated. The number of newly created bubbles and their sizes are treated empirically in most of the numerical codes. We show that the Classical Nucleation Theory (CNT) can be used to calculate the nucleation probabilities in water. Also a simple model of the growth of the nucleated bubbles is described. The CNT predictions of the nucleation rate show promising results and together with the bubble growth model can be used to enhance the precision of CFD modeling of cavitating flows.
|
guest ::
