|
|
Fluid-Structure Interaction between Structural Components of Hydraulic Turbine and Fluid Flow
Havlásek, Michal ; Malenovský, Eduard (referee) ; Vimmr, Jan (referee) ; Pochylý, František (advisor)
Tato dizertační práce se zabývá dvěma případy interakce tělesa s tekutinou (FSI). První z nich se zabývá analýzou vzájemné interakce mezi rotorem čerpadla a kapalinou uvnitř těsnící spáry. Vliv těsnící spáry na dynamiku celého stoje je popsán pomocí dynamických parametrů, které jsou také označovaný jako přídavné účinky. V současnosti používané modely těsnících spár používají pro stanovení dynamických parametrů řadu zjednodušujících předpokladů. V této práci je prezentováno pět různých analýz dynamických parametrů těsnící spáry čerpadla na okysličovadlo. Každá z těchto pěti analýz používá jinou míru zjednodušení výpočetního modelu. V případě největšího zjednodušení je modelován pouze objem kapaliny uvnitř těsnící spáry. Nejkomplexnější analýza pro stanovení dynamických parametrů těsnící spáry používá pro výpočet model celého čerpadla s excentrickou polohou rotoru. Druhá část této dizertační práce definuje novou metodu pro řešení interakce kapaliny s pružným tělesem. Tato metoda využívá řešení inverzního problému kmitání. Přímý problém kmitání, který je také označován jako problém vlastních hodnot, používá jako vstupy pro řešení matice hmotnosti, tuhosti a tlumení, které jsou dohromady označovány jako koeficientové matice, na základě kterých je v nejobecnějším případě stanovena Jordanovská matice a také modální matice pravostranných a levostranných vlastních vektorů. Při řešení inverzního problému kmitání jsou stanoveny koeficientové matice na základě Jordanovské matice a modálních matic pravostranných a levostranných vlastních vektorů. Existují dva případy inverzního problému kmitání. V případě, že jsou známy všechny vstupní vlastní čísla a vlastní vektory, pak se jedná o tzv. plný problém. Naopak v případě, že alespoň 1 mód kmitání soustavy není znám, tak se jedná o tzv. částečný problém. V této práci je prezentováno 5 algoritmů pro řešení inverzního problému v kmitání. Nicméně pro každý typ inverzního problému kmitání je prezentován jeden univerzální algoritmus. Algoritmus pro řešení plných problémů byl poprvé prezentován v roce 1979 Otakarem Daňkem. Algoritmy pro řešení částečných problémů, které jsou prezentovány v této práci, jsou vůbec prvními algoritmy pro řešení tohoto typu inverzního problému kmitání. Univerzální algoritmus pro řešení částečných problémů je označován jako algoritmus pro řešení částečných problémů s volbou doplňkových vlastních hodnot. Aplikace těchto dvou univerzálních algoritmů pro řešení inverzního problému kmitání pro případ plných i částečných problémů je ukázána na řešení dvou případů interakce pružného tělesa s kapalinou.
|
|
|
Dancing liquid - vibration eigenmode shapes of liquids
Urban, Ondřej ; Pochylý, František (referee) ; Rudolf, Pavel (advisor)
This bachelor's thesis deals with phenomena connected with vertically oscillating liquid layer, particularly with Faraday waves and liquid atomization. More in detail it deals with the linear mathematical model for vertically oscilating inviscid and incompresible liquids by Benjamin & Ursell (1954). It also presents the appearance of these and other phenomena connected with liquid vibration in practical applications. Furthermore, results of experiments are presented. Their aim was to find some eigenmode shapes using the linear model and also to document some of their properties. Final part is aimed to the design of an experimental device for visualization of vibration eigenmode shapes of liquids.
|
|
|
Dynamic behavior od rotor dynamics stystem vibrating in a liquid
Chlud, Michal ; Pochylý, František (referee) ; Malenovský, Eduard (advisor)
This thesis deals with dynamic behavior of swirl turbine vibrating in a liquid. Primarily is studied decrease of natural frequencies of rotor due the interaction with fluid environment, namely for different levels of submerged rotor in fluid. After that follows the detection of natural frequencies of swirl turbine in operating speed. The problem is solved by computational modeling in ANSYS system. For this solution is used acoustic elements method. The results are compared with experiment.
|
|
|
Modal Analysis of the Swirl Turbine Rotor Blades
Pekar, Marek ; Chromek, Lukáš (referee) ; Lošák, Petr (advisor)
The aim of this diploma thesis is to determine and compare modal properties of four swirl turbine wheels, each with a different geometry. Natural frequencies and mode shapes were obtained based on computer modelling using Ansys software and they were compared with experimental modal analysis' results. The computer modelling and the experimental modal analysis were carried out for different boundary conditions and in different environments. The beginning of the thesis is dedicated to a brief overview of literature with similar issues. Then a brief introduction of a dynamics theory is mentioned in which equations of motion for a damped and an undamped single degree of freedom system are derived. The creation of a geometry model which is obtained by a reverse engineering is shown in the second part of the thesis. The geometry model was subsequently used for the computer based modelling of the modal parameters. In the third part an experimental equipment, setting, measurement and processing of data are described. The conclusion of the thesis is dedicated to the comparison of the results obtained by the experimental modal analysis and the computing modelling is presented. Moreover, influence of boundary conditions and influence of the environment on the natural frequencies are evaluated.
|
|
|
Analysis of Influence of Blood Flow and Arterial Geometry on Pathological Processes in Arteries
Jagoš, Jiří ; Rudolf, Pavel (referee) ; Jonášová,, Alena (referee) ; Burša, Jiří (advisor)
Se zvyšující se průměrnou délkou života a nezdravým životním stylem se velmi úzce pojí zvýšený výskyt kardiovaskulárních chorob. Většina z těchto nemocí je asymptomatických. Je zde tedy velká snaha rozpoznat tato onemocnění časně, dokud je možné je léčit konzervativně pomocí změny životního stylu či různých léků. Pokud se nemoc objeví až v pozdním stádiu, je nutná často velmi riziková operace. Stále se velmi často stává, že u pacienta v rizikové skupině se kardiovaskulární choroba nerozvine, a naopak u toho, který v rizikové skupině dle stávajících kritérií není, ano. Výpočtové modelování kardiovaskulárního systému je jedním z mnoha způsobů, které mohou pomoci se sofistikovanější indikací osob, u kterých je zvýšené riziko vývoje těchto chorob. V práci byly nejprve úspěšně validovány výsledky numerického modelu pulzujícího proudění v tuhé a elastické trubici skrze rychlostní profily. Podmínky experimentu byly záměrně voleny tak, aby byly blízké podmínkám v lidské aortě. Další část práce je věnována výběru a implementaci okrajových podmínek pro numerické modely pulzujícího proudění v lidských tepnách. První přístup pomocí určení rychlosti šíření pulzní vlny v tepně a následné časové korekci mezi vstupní a výstupní okrajovou podmínkou je poměrně jednoduchý, nicméně přímo předepisuje tvaru tlakové nebo průtokové vlny pro každý vstup a výstup z modelu a jeho prediktivní vlastnosti jsou tímto výrazně omezené. Jeho další nevýhodou je aplikovatelnost pouze pro simulace proudění, které uvažují poddajnost stěny. V případě simulace proudění s tuhou stěnou časovou korekci vstupní a výstupní okrajové podmínky nelze provést. Zde v práci byl tento přístup využitý v simulacích, které uvažují vzájemnou interakci stěny tepny s kapalinou, při prověřování potenciálního rizikového faktoru úhlu ilických tepen na rozvoj aneurysmatu abdominální aorty (AAA). Ukázalo se, že pro velký (ale stále fyziologický) rozsah úhlu ilických tepen nedochází ke zvýšení tlaku v aortě. Dále byl prověřen vliv poměru průřezů ilických tepen vůči průřezu aorty, u kterého se prokázal výrazný vliv na zvýšení tlaku v aortě. Výsledky jsou v souladu s klinickým pozorováním, které ukazují, že lidé po amputaci dolní končetiny, nebo lidé se stenózou v ilické tepně mají významně zvýšené riziko vzniku AAA. V závěrečné části byl zkoumán vliv tvaru průtokové vlny v lidské karotidě na vznik aterosklerózy. Bylo zrekonstruováno pět geometricky odlišných karotických bifurkací ze „zdravých“ starších pacientů. Reprezentativní vstupní okrajové podmínky průtoků pro staršího i mladého jedince byly převzaty z literatury. Výstupní okrajové podmínky pro interní a externí karotidu byly reprezentovány tří parametrickým Windkessel modelem. Parametry Windkessel modelu byly iteračním postupem odladěny tak, aby průběh průtokové vlny v interně byl v souladu s průběhem v literatuře. Tyto okrajové podmínky vystihují chování periferie velmi věrohodně. Navíc vykazují výrazně vyšší numerickou stabilitu a predikční vlastnosti než prvně zmíněný přístup. Analýzou výsledků bylo zjištěno že proudění v karotidě u zdravé starší osoby vykazuje výrazné snížení časově průměrovaného smykového napětí na stěně tepny vůči osobě mladé, což indikuje zvýšené riziko vzniku aterosklerózy. Výsledky jsou v souladu s klinickým pozorováním a rozšiřují dosavadní znalosti o mnohem hlubší analýzu. Je zde také diskutován případný přínos antihypertenziv a pravidelného cvičení.
|
|
|
Optimization of core molds for injection molding
Stavárek, Václav ; Vaculka, Miroslav (referee) ; Vosynek, Petr (advisor)
Diplomová práce vznikla ve spolupráci s průmyslovým partnerem, který vyrábí elektrické komponenty pro automobilový průmysl. Tato firma se potýká s problémy často se porušujících jader v některých jejich formách na vstřikování plastů, vyrábějících převážně housingy pro konektory. Firma disponuje licencemi na komerční software pro simulaci injekčního vstřikování Moldflow a Moldex3D a také pro simulaci metodou konečných prvků Ansys. Nejprve jsou shrnuty teoretické poznatky ohledně injekčního vstřikování a jeho simulace, řešení problémů interakce těles s tekutinou a únavy materiálu. Poté je popsán proces stanovení únavové životnosti jádra formy s využitím výše zmíněného softwaru. Proces je vysvětlen na příkladu konkrétní formy ve výrobě této firmy. Je zvolen takový přístup vyhodnocení únavy, který nejvíce odpovídá současné životnosti jader, a ten je pak použit pro analýzu vlivu změny geometrie jádra a parametrů vstřikování. Změny ostatních parametrů, které simulace neumožňuje zahrnout, jsou rovněž navrhnuty a pokud možno odůvodněny jinými způsoby. Jedno z doporučení je přidání zaoblení na obě jádra, což by mohlo prodloužit životnost toho problematičtějšího z nich z 30 dnů na více než 320 dnů. Toto by mohlo znamenat úspory až 10 600 EUR ročně. Další doporučení je změnit způsob obrábění jader a také přidat jejich tepelné zpracování.
|
|
|
Hydroelastic Response of Hydrofoil Under Cavitation Conditions
Čupr, Pavel ; Koňas, Petr (referee) ; Veselý, Jindřich (referee) ; Rudolf, Pavel (advisor)
Tato disertační práce se zabývá experimentálním a výpočtovým výzkumem přídavných účinků od proudu kapaliny na obtékaný hydraulický profil. Dynamická odezva profilu byla analyzována pro dva typy buzení: buzení odtržením mezní vrstvy a Kármánových vírů a dále buzení pomocí externího budiče připojeného k lopatce. Experimentální měření dynamické odezvy profilu na oba typy buzení bylo provedeno pro lopatku umístěnou v kavitujícím a nekavitujícím proudění. Získané výsledky byly použity pro verifikaci přídavných účinků stanovených s využitím numerického modelování.
|
|
|
Numerical simulation of rotor-stator interaction (RSI) of Francis turbine
Machoň, Matěj ; Skoták, Aleš (referee) ; Štefan, David (advisor)
The master's thesis deals with the numerical simulation of rotor-stator interaction (RSI) of Francis turbine. In the selected operating point of the machine, the pressure amplitudes belonging to RSI frequencies are evaluated in various pressure sensors and compared with available experimental data. Various simplifications of the simulation, namely using Transient Blade Row Modelling, are done and their impact on results is investigated. Lastly the modal analysis with acoustics elements present is performed to obtain the eigenfrequencies and mode shapes of the runner submerged into water to be able to conclude, if the resonance occured.
|
|
|
Application of Fluid-structure Interaction on Oscillating Human Vocal Folds
Meisner, Patrik ; Švancara, Pavel (referee) ; Hájek, Petr (advisor)
The presented thesis is involved in the biomechanics of phonation. The aim of the thesis is to set a fluid-structure interaction between the vocal folds and air flow when the pressure from lungs reaches the physiological values. In the expected outcome the self-oscillating vocal folds should be observable with characteristics shape-shift from convergent to divergent. In theory part of the thesis is described Anatomy of the vocal tract, physiology of the human phonation, research of computational simulations, experiments and visualisation methods are described in the theory part of the thesis. In the second part, setup of computational simulation with the finite element method is presented. Besides of the fluid-structure interaction the acoustical model is set. Achieved results are presented and compared to the results in literature. Displacements are evaluated from the structural model and pressures, velocities and flow velocities are evaluated from fluid model, so as acoustics results.
|
|
|
The interaction of non-newtonian fluids with a flexible wall
Šedivý, Dominik ; Drábková, Sylva (referee) ; Šidlof,, Petr (referee) ; Fialová, Simona (advisor)
The doctoral thesis deals with an interaction between non-newtonian fluid and flexible wall. This interaction occurs continuously in all human bodies since a blood is a non-newtonian fluid and blood vessels belong to hyperelastic materials. The main aim of the thesis was to study and evaluate the impact of non-newtonian fluid on the flow. The aorta is blood vessel with the highest deformations and flowrates and it was studied in this work. The practical section of thesis is divided into two parts. Experimental measurements are contained in the first part and numerical simulations are in the second part. A new testing device was designed and built. Measurements were done for both types of fluid (newtonian and non-newtonian) and with two types of tubes. One of them was made from glass and was considered as rigid. The second one was pliable and it was made from silicon. Measurement outputs were velocity profiles (measured by PIV), pliable tube deformations and absolute pressures at the inlet and the outlet of the tubes. Simulations were based on experimental data and were performed in software ANSYS. The simulation of the flow in the pipe with rigid wall was calculated with computational fluid dynamic. Fluid-structure interaction was applied in case of pliable tube, therefor structural solver was coupled with CFD solver. Simulations were used for evaluation of physical quantitie which were not possible to measure. Simple mathematical model was created based on the results.
|
guest ::
