Numerické modelování transientních úloh proudění tekutin s podporou experimentálního výzkumu

SP2022/32

Bojko Marian doc. Ing., Ph.D.

01. 01. 2022 - 31. 12. 2022

Předmětem výzkumu bude numerické modelování transientních úloh v souvislostech s prouděním Ne-newtonských tekutin a vícefázovým prouděním v tekutinových prvcích a systémech. Proudění Ne-newtonských tekutin bude řešeno ve spojení s pohybujícími se vzájemně překrývajícími výpočetními sítěmi metodou konečných objemů (MKO). V oblasti vícefázové proudění tekutin bude uvažována fázová změna v souvislostech s vyšetřováním vodní a olejové kavitace numerickými simulacemi. Pro prostorové 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. Výzkum transientních dynamických jevů bude realizován s využitím numerických metod matematického modelování a dále bude 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 a případně pomocí vysokorychlostní kamery vizualizaci oblasti proudění.

doc. Ing. Marian Bojko, Ph.D.
Ing. Jana Jablonská, Ph.D.
Ing. Lukáš Dvořák, Ph.D.
doc. Ing. Tomáš Blejchař, 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.
doc. Ing. Martin Vašina, Ph.D.
Ing. Ondřej Friedel
Ing. Filip Dýrr
Ing. Petr Brzezina
Ing. Marian Ledvoň, Ph.D.
Ing. Tomáš Polášek, Ph.D.
Ing. Lukáš Hertl
Ing. Vít Buryan
Bc. Adam Kawulok
Bc. Juraj Srníček
Ing. Radim Svozil
Bc. Dominik Juchelka
Ing. David Kolář
Ing. Dominik Vícha
Ing. Pavel Carbol
Bc. Patrik Trulej
Bc. Jiří Bajtek
Bc. Tomáš Foltýn
Ing. Marek Birke
Ing. Viktor Blinka
Ing. Marian Dywor
Bc. Jakub Jílek
Bc. Tomáš Zika
Bc. Michal Vehovský
Ing. David Vyskočil
Ing. Jan Adamec
Ing. Veronika Mořkovská

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 a doktorských prací.
Cíle jednotlivých částí projektu:
1)Definování a aplikace CFD transientního matematického modelu proudění Ne-newtonských tekutin
- charakteristika CFD matematického modelu (základní bilanční rovnice přenosu hmoty a hybnosti),
- definice dynamických pohybujících se výpočetních sítí, charakteristika metod řešení,
- specifikace okrajových a počátečních podmínek,
- aplikace CFD matematického modelu na tekutinový prvek k dopravě Ne-newtonských látek
- vyhodnocení CFD numerické simulace, zhodnocení metod řešení
2)Definování a aplikace CFD matematického modelu vícefázového proudění s fázovou změnou
- charakteristika CFD matematického modelu (základní bilanční rovnice přenosu hmoty a hybnosti),
- definice modelů fázové změny, upřesnění parametrů jednotlivých modelů,
- specifikace okrajových a počátečních podmínek,
- aplikace CFD matematického modelu na tekutinový prvek (např. lavalova dýza, venturiho trubice, sáni čerpadla, ventil),
- vyhodnocení CFD numerické simulace, frekvenční analýza
3) Měření charakteristik tekutinových prvků a systému
- návrh a specifikace experimentálních zařízení, měřící tratě,
- realizace experimentálního zařízení (měření základních veličin - tlak p a průtok Qv) ve vybraných místech, měření pro různé provozní podmínky
- vyhodnocení časově závislých průběhu tlaku p a průtoku Q, zpracování dat
- případné využití vysokorychlostní kamery
Harmonogram:
únor až květen 2022 – definování CFD matematického modelu proudění Ne-newtonských tekutin a modelu vícefázového proudění s fázovou změnou, návrh experimentálního zařízení k realizaci měření,
červen 2022 – aplikace CFD matematického modelu proudění Ne-newtonských tekutin k dopravě hmoty v čerpadle, ověření dynamických výpočetních sítí. Numerické výpočty v programu ANSYS Fluent. Nákup prvků a potřebného k experimentálnímu měření,
červenec 2022 – aplikace CFD matematického modelu vícefázového proudění s fázovou změnou na proudění v tekutinových prvcích (např. Lavalova dýza, Venturiho trubice, ventil, sáni čerpadla) v programu ANSYS Fluent. Nákup prvků a potřebného k experimentálnímu měření,
srpen až záři 2022 - pokračování v numerických CFD výpočtech v programu ANSYS Fluent, případná verifikace CFD modelu s experimentálním měřením,
říjen až listopad 2022 – úprava a aplikace CFD matematického modelu, finální vyhodnocení výsledků CFD numerických simulací, příprava publikací,
prosinec 2022 - hodnocení a ukončení projektu.