Numerické modelování dynamických jevů v mechanice tekutin s podporou experimentálního výzkumu

SP2019/123

Bojko Marian doc. Ing., Ph.D.

01. 01. 2019 - 31. 12. 2019

Předmětem výzkumu bude numerické modelování dynamických jevů v souvislostí s vícefázovým prouděním v tekutinových prvcích s uvažováním fázové změny (vodní kavitace a olejová kavitace). Definované a numericky řešené matematické modely proudění budou verifikovány na stávajících experimentálních měřících tratích, které budou vhodně doplněny o měřící zařízení a zkoumané tekutinové prvky. Pro 3D numerické simulace v prostředí programu ANSYS Fluent bude použitá výkonná pracovní stanice s ohledem na náročné časově závislé řešení dynamických jevů, kdy využití běžných pracovních stanic je nedostačující. Zkoumání dynamických jevů v souvislostí s využitím numerických metod matematického modelování (metoda konečných objemů) bude dále rozšířeno o vyhodnocení frekvenční analýzy (FFT) s použitím výkonné pracovní stanice. V oblasti experimentálních měření budou vyhodnoceny charakteristiky tekutinových komponentů z měření základních proudových veličin, jako je tlak a průtok. Dále bude realizována pomocí vysokorychlostní kamery vizualizace oblasti proudění, a tedy snímání vybrané oblasti proudového pole.

doc. Ing. Marian Bojko, Ph.D.
Ing. Jana Jablonská, Ph.D.
Ing. Lukáš Dvořák, Ph.D.
prof. RNDr. Milada Kozubková, CSc.
doc. Ing. Sylva Drábková, Ph.D.
doc. Dr. Ing. Lumír Hružík
Ing. Adam Bureček, Ph.D.
Ing. Kamil Fojtášek, Ph.D.
Ing. Pavel Dresler
Ing. Ladislav Šeděnka
Ing. Ondřej Friedel
Ing. Martin Vrábel, PhD.
Bc. Štěpán Chmura
Ing. Veronika Mořkovská
Bc. Petr Holiš
Ing. Filip Dýrr
Ing. Petr Brzezina
Ing. Marian Ledvoň, Ph.D.
Ing. Tomáš Polášek, Ph.D.
Ing. Patrik Marcalík
Bc. Ondřej Šlosar
Ing. Filip Adamec
Ing. Lubor Pavelec
Bc. Lukáš Fuksa
Bc. Tomáš Kiszka
Bc. Paweł Zawada
Bc. Filip Horáček
Bc. Jakub Charvát
Bc. Lukáš Marek

Výstupem projektu budou minimálně 3 publikace v odborném časopise nebo ve sborníku s konference evidovaných v databázích (SCOPUS nebo WoS).
Vybrané části budou řešeny v rámci diplomových prací – 3 diplomové práce.

Cíle jednotlivých částí projektu:

1)Definování a aplikace CFD matematického modelu vícefázového proudění s fázovou změnou
- charakteristika CFD matematického modelu (základní bilanční rovnice přenosu hmoty a hybnosti),
- specifikace okrajových a počátečních podmínek,
- aplikace CFD matematického modelu na tekutinový prvek (lavalova dýza, venturiho trubice),
- vyhodnocení CFD numerické simulace, frekvenční analýza

2) Měření charakteristik tekutinových komponentů
- návrh a specifikace experimentálních zařízení, měřící tratě,
- realizace experimentálního zařízení,
- měření základních veličin (tlak p a průtok Qv) ve vybraných místech s ohledem na verifikaci matematického modelu, měření pro různé provozní podmínky
- vyhodnocení časově závislých průběhu tlaku p a průtoku Q, zpracování dat
- případné využití vysokorychlostní kamery ke snímání vybrané oblasti proudového pole

3) Verifikace
- Verifikace definovaného CFD matematického modelu na základě experimentálního měření
- porovnání průběhu tlaku vyhodnocených z CFD simulace a experimentálního měření
- porovnání vybrané oblasti proudového pole z CFD analýzy a ze záznamu pořízeného vysokorychlostní kamerou
- vzájemná verifikace CFD analýzy a experimentálního měření, případná úprava matematického modelu

Harmonogram:

únor až duben 2019 – definování CFD matematického modelu vícefázového proudění s fázovou změnou, návrh experimentálního zařízení pro měření,

květen 2019 – aplikace CFD matematického modelu vícefázového proudění s fázovou změnou na proudění v Lavalově dýze, Venturiho trubici v programu ANSYS Fluent, nákup prvků a potřebného vybavení k experimentálnímu měření

červen až záři 2019 - pokračování v numerických CFD výpočtech v programu ANSYS Fluent, verifikace CFD modelu s experimentálním měřením,

říjen až listopad 2019 – úprava a aplikace CFD matematického modelu, finální porovnání výsledků CFD modelu s experimentálním měřením, příprava publikací

prosinec 2019 - hodnocení a ukončení projektu.