Bachelor's Thesis

Design adjustment of vacuum ejector assembly for medical application

Final Thesis 1.96 MB

Author of thesis: Ing. Petr Boháč

Acad. year: 2019/2020

Supervisor: doc. Ing. Tomáš Návrat, Ph.D.

Reviewer: Ing. David Štefan, Ph.D.

Abstract:

This bachelor's thesis deals with the design of a two-stage suction ejector for medical use with the working name Medieject II. The proposed modifications are to achieve a reduction in the value of the created vacuum compared to the original value, and thus also enable a more precise regulation of the created vacuum. The first part of the thesis presents the theoretical assumptions, functions and requirements for a multistage suction ejector, which is to serve in a medical environment. The second part describes the analytical calculation of the original variant, which serves as a partial check of subsequent numerical simulations. The third part deals with CFD simulations, which are used as the main solving method for adjustments. Using flow simulations two design modifications and their several partial variants are proposed. Then these modifications are supported by experiment. The second design proposal will be used to manufacture equipment that will fulfill the requirements.

Keywords:

two-stage suction ejector, Laval nozzle, nozzle, Ansys Fluent, Medieject II

Date of defence

28.07.2020

Result of the defence

Defended (thesis was successfully defended)

znamkaAznamka

Grading

A

Process of defence

Posluchač představil běhen asi 10 minut svou bakalářskou práci. Dále odpověděl na všechny otázky oponenta a dalších členů komise: Proč byl použit pro výpočet 2D model? Jaký model turbulence byl zvolen a proč? Byla prováděna analýza vlivu velikosti prvku sítě na vypočtené výsledky?

Language of thesis

Czech

Faculty

Department

Study programme

Engineering (B3S-P)

Field of study

Fundamentals of Mechanical Engineering (B-STI)

Composition of Committee

Ing. Lubomír Junek, Ph.D. (předseda)
doc. Ing. Jana Horníková, Ph.D. (místopředseda)
doc. Ing. Vladimír Fuis, Ph.D. (člen)
doc. Ing. Tomáš Návrat, Ph.D. (člen)
Ing. Petr Marcián, Ph.D. (člen)
Ing. Petr Vosynek, Ph.D. (člen)
Ing. Lubomír Houfek, Ph.D. (člen)

Supervisor’s report
doc. Ing. Tomáš Návrat, Ph.D.

Předložená bakalářská práce se zabývá konstrukční úpravou dvoustupňového sacího ejektoru pro medicinální použití s cílem dosáhnout snížení hodnoty vytvořeného podtlaku oproti původnímu řešení a umožnit přesnější regulaci vzniklého podtlaku. Táto práce vznikla na základě spolupráce studenta s firmou GCE, s.r.o. Práce byla se studentem průběžně konzultována a všechny stanové cíle byly průběžně plněny. Student prokázal schopnost řešit problém výpočtovým i experimentálním přístupem. Jednotlivé návrhy byly podpořeny simulacemi s pomocí programu Ansys Fluent. Bakalářská práce má dobrou grafickou i jazykovou úroveň. Celkově práci hodnotím stupněm A.
Evaluation criteria Grade
Splnění požadavků a cílů zadání A
Postup a rozsah řešení, adekvátnost použitých metod A
Vlastní přínos a originalita A
Schopnost interpretovat dosažené výsledky a vyvozovat z nich závěry A
Využitelnost výsledků v praxi nebo teorii A
Logické uspořádání práce a formální náležitosti A
Grafická, stylistická úprava a pravopis A
Práce s literaturou včetně citací B
Samostatnost studenta při zpracování tématu A
Display more

Grade proposed by supervisor: A

Reviewer’s report
Ing. David Štefan, Ph.D.

V krátké úvodní části práce je nastíněno, proč je dané téma řešeno. Navazující teoretická část pojednává o obecném popisu řešené problematiky. Práce také obsahuje zjednodušené analytické řešení proudění v prvním stupni sacího ejektoru, které může být použito jako reference pro srovnání s následným numerickým výpočtem a experimentem. Nikde jsem si však nevšiml, že by se tak následně stalo. Mohla být alespoň porovnána hodnota maximální a kritické rychlosti z analytického řešení s výsledky z CFD.
Student prokázal, že i na úrovni bakalářské práce byl schopen provést relativně kvalitní CFD výpočty jednotlivých geometrických úprav, které byly následně srovnány s provedeným měřením. Prezentované výsledky jsou kriticky zhodnoceny a jsou z nich vyvozovány závěry.

K práci mám následující výhrady.
Na straně 12 v kapitole 2.1 je uvedeno, že proudová čerpadla pracují na čistě mechanickém principu. Dle mého názoru by mělo být uvedeno, že se spíše jedná o hydrodynamický princip.
Kromě již zmíněné absence srovnání analytického řešení s CFD výpočtem, postrádám také přehlednější srovnání výsledků ze simulace s výsledky z měření. Oba typy výsledků jsou sice uvedeny, ale pouze odděleně. Z toho důvodu možná také autor neměl potřebu diskutovat možné příčiny odchylek numerického modelu od experimentu.
Práce obsahuje anebo pouze zmiňuje spoustu různých modifikací, které byly provedeny, nebo byly uvažovány, což ve výsledku pro čtenáře působí nepřehledně.
V popisu nastavení CFD a v prezentovaných výsledcích není patrné jaký řád přesnosti a jaká numerická schémata byla použita. Také zde chybí zmínka o míře konvergence (chybě řešení). Pro model k-omega SST je také podstatné rozlišení sítě u stěn a splněn podmínky y+ < 1.

Přes výše uvedené nedostatky je práce na dobré úrovni. Je vidět, že student provedl množství výpočtů a byl pravděpodobně přítomen měření, které následně vyhodnocoval. Práci proto mohu doporučit k obhajobě.
Evaluation criteria Grade
Splnění požadavků a cílů zadání B
Postup a rozsah řešení, adekvátnost použitých metod B
Vlastní přínos a originalita B
Schopnost interpretovat dosaž. výsledky a vyvozovat z nich závěry C
Využitelnost výsledků v praxi nebo teorii A
Logické uspořádání práce a formální náležitosti C
Grafická, stylistická úprava a pravopis B
Práce s literaturou včetně citací B
Topics for thesis defence:
  1. Jaké numerické schémata a jakého řádu přesnosti byla použita pro daný výpočet.
  2. Proč bylo potřeba řešit numerický výpočet s časovou závislostí? Byl pro stacionární výpočet problém s konvergencí? A dle jakého kritéria byl zvolen časový krok 0.01 sekundy?
Display more

Grade proposed by reviewer: B