|
|
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.
|
|
|
Tančící kapalina - vlastní tvary kmitu kapalin
Urban, Ondřej ; Pochylý, František (oponent) ; Rudolf, Pavel (vedoucí práce)
Tato bakalářská práce se zabývá jevy spojenými s vertikálně kmitající vrstvou kapaliny, především Faradayovými vlnami a atomizací. Hlouběji se věnuje rozboru lineárního matematického modelu pro vertikálně oscilující ideální kapalinu od Benjamina a Ursella z roku 1954. Také uvádí, kde se s těmito a dalšími jevy spojenými s kmitáním tekutin setkáváme v praxi. Dále jsou zde uvedeny výsledky experimentů, jejichž cílem bylo s využitím lineárního modelu najít některé vlastní tvary a také zdokumentovat některé jejich vlastnosti. Poslední část je zaměřena na návrh experimentálního zařízení, které má sloužit pro vizualizaci vlastních tvarů kmitu kapalin.
|
|
|
Dynamické vlastnosti rotoru kmitajícího v tekutině
Chlud, Michal ; Pochylý, František (oponent) ; Malenovský, Eduard (vedoucí práce)
Tato práce se zabývá dynamickými vlastnostmi rotoru vírové turbíny. Primárně je studován vliv snížení vlastních frekvencí rotoru v důsledku interakce s vodním prostředím, a to pro různé úrovně ponoření rotoru do kapaliny. Následuje zjištění vlastních frekvencí rotoru vírové turbíny při provozních otáčkách. Problém je řešen výpočtovým modelováním v systému ANSYS, kdy je tekutina modelována pomocí akustických prvků. Dosažené výsledky jsou porovnány s experimentem.
|
|
|
Modální analýza lopatek oběžného kola vírové turbíny
Pekar, Marek ; Chromek, Lukáš (oponent) ; Lošák, Petr (vedoucí práce)
Cieľom tejto práce je získanie a porovnanie modálnych vlastností štyroch obežných kolies vírovej turbíny s rôznou geometriou. Jednotlivé vlastné frekvencie a vlastné tvary kmitu boli získané výpočtovým modelovaním pomocou programu Ansys a porovnané s výsledkami z experimentálnej modálnej analýzy. Výpočet a experiment prebiehal pre rôzne okrajové podmienky a v rôznych prostrediach. Začiatok práce je venovaný krátkemu prehľadu prác s obdobnou problematikou a stručnému úvodu do teórie dynamiky, kde sú odvodené rovnice pre tlmenú a netlmenú sústavu s jedným stupňom voľnosti. V druhej časti sa práca venuje tvorbe modelu geometrie získaného pomocou reverzného inžinierstva, ktorý bol následne využitý pre výpočet modálnych vlastností. V tretej časti sa práca venuje popisu použitých zariadení pri experimente, postupu merania a vyhodnoteniu výsledkov z experimentálnej modálnej analýzy. V závere tejto práce je porovnanie výsledkov získaných experimentom a výpočtovým modelovaním. Taktiež je vyhodnotený vplyv okrajových podmienok a vplyv prostredia na vlastné frekvencie.
|
|
|
Analysis of Influence of Blood Flow and Arterial Geometry on Pathological Processes in Arteries
Jagoš, Jiří ; Rudolf, Pavel (oponent) ; Jonášová,, Alena (oponent) ; Burša, Jiří (vedoucí práce)
An occurrence of cardiovascular diseases is rising together with increasing average life expectancy as well as to an unhealthy lifestyle. Since the most of these diseases are asymptomatic, a great effort has been devoted to early detection of these diseases because if they are detected in early phase, a conservative treatment can be an option. If not, a highly invasive and risky surgery is usually the only option. We can still observe a very large portion of patients in the risk group to whom the disease does not develop, and, on the contrary, in many patients who are not in the risk group, it does. Computational modelling of cardiovascular system is one of the options, which can help with stratification of the patients that are at risk of developing cardiovascular diseases. Firstly, a successful validation of the numerical model of pulsatile flow in the rigid and compliant tubes via velocity profiles was performed. Experiment circuit was arranged to correspond conditions in the human aorta. Next part is devoted to proper treatment of boundary conditions (BCs) for numerical model of pulsatile flow in human arteries. The first approach works with pulse wave velocity which needs to be computed first. Then, a shift between input and outputs BCs can be determined easily. Nevertheless, we have to prescribe also flow or pressure waveforms for each inlet and outlet. Thus, the predictive capabilities of this approach are significantly limited. Its next disadvantage is applicability only for simulations considering compliance of the vessel wall. We used this approach in fluid-structure interaction simulations to check the potential risk factor of the aorto-iliac angle on development of an aneurysm in the abdominal aorta (AAA). It has been shown that the pressure increases due to a large (but still physiological) span of the aorto-iliac angles is negligible. We also investigated the influence of the area ratio on pressure in the abdominal aorta. The results of this computational study show a substantial increase in pressure as the ratio decreases and confirms clinical observations showing significantly elevated risk of AAA in patients with lower limp amputation or those with iliac artery stenosis. In the final part we have investigated the effect of a flow waveform shape in the human carotid artery on the risk of atherosclerosis. The five geometrically different geometries of the carotid bifurcation from “healthy” old individuals were reconstructed. The representative input flow BCs in the common carotid artery for the young and old individual were adopted from a literature. The outputs BCs for the internal and external carotid artery were represented by three-element Windkessel model. The parameters of the Windkessel model were iteratively tuned to reach flow waveform shape in internal carotid artery according to literature. These BCs represent the behaviour of the periphery very reliably. Moreover, the predictive capabilities and numerical stability of this approach are much better than the first approach. The results show that the time average wall shear stress decreases significantly in case of healthy elderly subjects in comparison to young ones which indicates elevated risk of atherosclerosis. The results are in agreement with clinical observations and further extend the existing knowledge with a much deeper analysis of this trend. The final discussion is devoted to a potential benefits of an antihypertensives and regular physical activity.
|
|
|
Optimization of core molds for injection molding
Stavárek, Václav ; Vaculka, Miroslav (oponent) ; Vosynek, Petr (vedoucí práce)
This thesis was written in cooperation with an industrial company that manufactures electric components for automotive industry. They have issues with frequent core breakage on some of their injection molds, mainly for connector housings. They own licences for injection molding simulation software Moldflow and Moldex3D and also for finite element method simulation software Ansys. After explaining the essential theoretical background to injection molding and its simulation, fluid-structure interaction problems and fatigue analysis, a complex process of determining fatigue lifetime of injection molding cores with the aid of softwares mentioned above is shown on a specific mold from the production of the company. The fatigue model that describes the current state of the mold the best is then chosen to analyze the influence of changing the core geometry and also injection molding process conditions. Changing other parameters that are not possible to involve in the simulation is also discussed and if possible, justified by using other sources. One of the recommendations is to add a radius to both of the cores, which could increase the more frequently breaking core’s fatigue lifetime from 30 days to more than 320 days. This could mean potential savings of 10 600 EUR every year. The other recommendations are changing the tool machining process and doing an additional heat treatment after the machining.
|
|
|
Hydroelastic Response of Hydrofoil Under Cavitation Conditions
Čupr, Pavel ; Koňas, Petr (oponent) ; Veselý, Jindřich (oponent) ; Rudolf, Pavel (vedoucí práce)
This doctoral thesis deals with experimental and numerical research of fluid added effects which act on a hydrofoil. The dynamic response of the hydrofoil was investigated for two types of excitation: Firstly, excitation by the von Kármán vortex shedding and the separation of boundary layer. Secondly, excitation with the use of external mechanical exciter mounted to the hydrofoil. Experimental investigation of hydrofoil dynamic response was carried out in both the non-cavitating and the cavitating flow. The obtained results were used for verification of fluid added effects calculated with the use of numerical modelling.
|
|
|
Výpočtová simulace interakce rotoru se statorem Francisovy turbíny
Machoň, Matěj ; Skoták, Aleš (oponent) ; Štefan, David (vedoucí práce)
Tato diplomová práce se zabývá výpočtovou simulací interakce rotoru se statorem (RSI) Francisovy turbíny. V daném provozním bodě stroje jsou v různých tlakových odběrech vyhodnocovány amplitudy tlakového pole odpovídající frekvenci interakce rotoru se statorem a jsou porovnávány s dostupnými experimentálními daty. Dále je zkoumán vliv na výsledky při různých zjednodušeních simulace za účelem snížení výpočetních nároků, například nástroje Transient Blade Row Modelling. Na závěr je provedena modální analýza oběžného kola s využitím akustických elementů modelujících přítomnost tekutiny za účelem zjištění vlastních frekvencí a vlastních tvarů oběžného kola pod vodou s cílem určit, zda-li se oběžné kolo mohlo v tomto provozním bodě nacházet v rezonančním satvu.
|
|
|
Použití fluidně-strukturní interakce u kmitajících lidských hlasivek
Meisner, Patrik ; Švancara, Pavel (oponent) ; Hájek, Petr (vedoucí práce)
Předložená diplomová práce spadá do oboru biomechaniky fonace. Jejím cílem je nastavit fluidně-strukturní interakci hlasivek s proudícím vzduchem pro fyziologické hodnoty tlaku vycházející zapliv tak, aby bylo možné pozorovat samobuzené kmitání hlasivek s charakteristickým rysem převracení čela hlasivky z konvergentního do divergentního tvaru. V teoretické části je zpracována anatomie vokálního traktu, fyziologie fonace a rešerše výpočtového modelování, experimentů a pozorovacích metod. V praktické části je rozebrán postup nastavení výpočtového modelování pomocí metody konečných prvků. Mimo interakci tekutiny a struktury je také popsáno zařazení akustického modelu. V části výsledků jsou postupně vyhodnocovány a porovnávány hodnoty posuvů pro strukturu a hodnoty tlaků, rychlostí, průtoku pro fluidní část, přidáno je také zhodnocení akustického modelu.
|
|
|
Interakce nenewtonovské kapaliny s pružnou stěnou
Šedivý, Dominik ; Drábková, Sylva (oponent) ; Šidlof,, Petr (oponent) ; Fialová, Simona (vedoucí práce)
Disertační práce se zabývá interakcí nenewtonské kapaliny s pružnou stěnou. K této interakci dochází nepřetržitě v každém lidském těle, protože krev je nenewtonská kapalina a cévy obecně patří do kategorie pružných materiálů. Primárním cílem práce bylo stanovit vliv použití nenewtonské kapaliny místo newtonské na charakter proudění krve. V rámci této práce byl kladen důraz na oblast největších rychlostí a deformací. Touto oblastí je aorta. Praktická část práce se dělí na dva celky. Prvním oddílem jsou experimentální měření a ve druhé části jsou provedeny výpočtové simulace. K experimentálnímu měření byla navržena a sestrojena měřící trať. Měření byla provedena s newtonskou i nenewtonskou kapalinou a to pro dva typy potrubí. Jedno bylo nedeformující se v závislosti na tlaku (skleněné) a druhé v závislosti na velikosti tlaku v kapalině měnilo svůj průřez (silikonové). Hlavním výstupem měření byly rychlostní profily (získány pomocí PIV), velikosti deformací poddajné trubice a tlakové průběhy na okrajích studované oblasti. Data z experimentu rovněž sloužila jako vstupní podmínky pro simulace, které byly provedeny v software od firmy ANSYS. Pro numerické řešení proudění v tuhém potrubí se použilo výpočtových simulací proudění a v případě poddajného potrubí bylo potřeba celou problematiku řešit jako interakci tělesa s kapalinou. Toho se docílilo pomocí svázání strukturálního a CFD řešiče. Pomocí simulací byly stanoveny veličiny, které by bylo velmi obtížné získat experimentálně. Na základě výsledků byl vytvořený jednoduchý matematický model dané problematiky.
|
host ::
RSS.