diplomová práce

Počítačové modelování proudění vzduchu v plynovém hořáku

Text práce 6.94 MB Příloha 9.25 kB

Autor práce: Ing. Jan Waloszek

Ak. rok: 2017/2018

Vedoucí: Ing. Jiří Vondál, Ph.D.

Oponent: doc. Ing. Pavel Rudolf, Ph.D.

Abstrakt:

Tato práce je zaměřena na počítačové modelování proudění v hořáku. Hlavním cílem je poskytnout komplexní porovnání výsledků získaných pomocí několika přístupů k modelování, na různých výpočetních sítích a také pomocí různých modelů turbulence. Pro validaci jsou použita experimentální data z měření. Numericky získaná data jsou porovnána mezi sebou navzájem a také s experimentálními daty. Na vypočtená data je také aplikována metoda vlastní ortogonální dekompozice. Největším přínosem této práce je poskytnutí širšího pohledu na modelování vířivého proudění v hořáku a zde dosažené výsledky pomohou k lepšímu porozumění chování jednotlivých modelů pro úlohy tohoto typu a jejich potenciál pro modelování spalování v pecích.

Klíčová slova:

Lopatkový vířič, Vířivé proudění, Hořák, CFD, POD, PIV, Modelování turbulence

Termín obhajoby

13.06.2018

Výsledek obhajoby

obhájeno (práce byla úspěšně obhájena)

znamkaAznamka

Klasifikace

A

Průběh obhajoby

Byly zodpovězeny otázky oponenta práce. Dotaz na průběh experimentu a rychlost proudění média. Dotaz na použitou výpočtovou sít a její rozsah. Otázka na design a návrh použitého vířiče. Dotaz na možnosti využití jiných vířicích prvků v popsaném experimentu.

Jazyk práce

čeština

Fakulta

Ústav

Studijní program

Strojní inženýrství (M2I-P)

Studijní obor

Procesní inženýrství (M-PRI)

Složení komise

Ing. Jan Pokorný, CSc. (předseda)
prof. Dr. Ing. Marcus Reppich (místopředseda)
Ing. Miloslav Odstrčil, CSc. (člen)
doc. Ing. Ladislav Bébar, CSc. (člen)
doc. Ing. Jaroslav Jícha, CSc. (člen)
Ing. Dušan Vincour, Ph.D. (člen)
doc. Ing. Vítězslav Máša, Ph.D. (člen)
doc. Ing. Jiří Hájek, Ph.D. (člen)
Ing. Zdeněk Jůza, Ph.D. (člen)

Posudek vedoucího
Ing. Jiří Vondál, Ph.D.

Práce se zabývá počítačovým modelováním proudění za axiálním lopatkovým vířičem v potrubí. Problematika je poměrně obsáhlá s podklady dostupnými převážně v zahraniční odborné literatuře. Student si dokázal poradit jak s rešerší a úvodem do problematiky, tak se zpracováním naměřených dat, která mu byla poskytnuta z PIV a CTA měření. Podklady dokázal zpracovat a připravit na porovnání s vypočtenými daty ze simulací. U vlastních numerických simulací otestoval nové možnost v programu ANSYS Fluent 18.1 a nakonec identifikoval vhodné nastavení pro výpočet. Během vyhodnocování výsledků simulací prokázal znalost fyzikálních dějů, které ovlivňují tento typ proudění. Především oceňuji novou implementaci metody POD, která na našem ústavu nebyla zatím využita k vyhodnocování dat, a student si s implementací poradil bez větších potíží. Kladně také hodnotím dobrou grafickou úpravu s přehlednými grafy doplněnými o vysvětlující ilustrace. Student pracoval samostatně, byl komunikativní a spolehlivý s dobrou znalostí programování, již využil při zpracování obřího množství dat.
Kritérium hodnocení Známka
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 A
Samostatnost studenta při zpracování tématu A
Zobrazit více

Známka navržená vedoucím: A

Student se ve své práci zabývá především výpočtovou simulací proudění v hořáku. V úvodní části prezentuje zevrubnou rešerši konstrukčních variant vírových hořáků včetně charakteristiky proudění (zvláště fenomén vortex breakdown) a diskuse různých vlivů na proces hoření. V další části se zabývá experimentem, který sice netvoří jádro práce, ale slouží jako zdroj dat pro ověření výpočtových modelů. Po popisu jednotlivých modelů turbulence je provedena jejich aplikace na izotermické proudění v hořáku pouze se vzduchem. Vyzdvihuji prezentaci i interpretaci dat na vysoké úrovni, bohužel netypické pro většinu ostatních diplomových prací. Oceňuji také, že se autor rozhodl pro využití metody POD pro identifikaci časově-prostorového chování. Zde se ale zřejmě autor dopustil chyb, minimálně v textu. Na str.65 píše, že metodu POD aplikoval na fluktuační složky rychlosti. Jak ale potom zjišťoval energii nultého (tedy časově středovaného) módu, o které píše a v grafu ji prezentuje na str.66? Metoda POD je charakteristická párovým výskytem módů s fázovým posunem o 90 stupňů. To není z obr.6.4 příliš patrné. Je ovšem možné, že je to částečně způsobeno přílišnou chaotičností vstupních dat. Proč nejsou prezentovány výsledky FFT časových funkcí jednotlivých (alespoň těch nejnižších)  módů? Výhodou metody POD je právě korelace mezi prostorovým tvarem módů způsobujících nestabilitu a identifikací jejich frekvence.
Celkově práci hodnotím jako zdařilou, zadání bylo splněno v celém rozsahu, z hlediska praktického mohou být výstupy použity pro další modelování dané třídy úloh na pracovišti diplomanta. Z hlediska formálního je práce přehledná, logicky stavěná a graficky velmi povedená. Doporučil bych do budoucna zabývat se detailněji charakterem pulzací na výstupu z hořáku (jedná se o pulzace radiální, axiální?) a konstrukčními možnostmi jejich ovlivnění.
Nepřesnosti a připomínky věcné:
-    Str. 22 RANS by měly být korektněji nazývány „časově středované“, nikoli „průměrované“ modely
-    Str.22 „Rovnice jsou řešeny pro každý kontrolní objem v uzlových bodech“. V metodě konečných objemů se s uzly nepracuje, rovnice jsou diskretizovány k těžištím  konečných objemů, hodnoty některých veličin jsou interpolovány na hranice konečných objemů, ale nikoli do uzlů.
-    S formulací o necitlivosti modelu SST k-omega na hodnoty y+ bych byl opatrný.
-    Str. 41 autor testuje metodu Reduced Rank Extrapolation, ale chybí vysvětlení podstaty metody
-    Str. 49  použití pouze 1000 vzorků pro analýzu FFT je ze zkušenosti příliš málo a může to výrazně zkreslit výsledky
Kritérium hodnocení Známka
Splnění požadavků a cílů zadání A
Postup a rozsah řešení, adekvátnost použitých metod B
Vlastní přínos a originalita A
Schopnost interpretovat dosaž. výsledky a vyvozovat z nich závěry B
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 A
Otázky k obhajobě:
  1. Setkal jste se v průběhu experimentu i výpočtu s přechodem symetrického rozpadu víru (bubble vortex breakdown) do spirálového (spiral vortex breakdown)? Pokud ano, při jaké hodnotě vírového čísla?
  2. Na straně 15 uvádíte slovně definici účinnosti hořáku. Jak se prakticky stanovuje?
Zobrazit více

Známka navržená oponentem: A

Odpovědnost: Mgr. et Mgr. Hana Odstrčilová