Řešení nestacionárního proudění má na Odboru fluidního inženýrství již dlouholetou tradici. V současné době byl dokončen software Hydra, který umožňuje řešení nestacionárního proudění potrubních sítích. Tento program byl testován na reálných úlohách.

Co nabízíme?

Možnosti využití programu HYDRA jsou dvojí:

• řešení konkrétního problému programem HYDRA
• možnost jednání o zakoupení licence pro vlastní používání programu HYDRA

Reference

Pro následující společnosti již byly prováděny výpočty v programu HYDRA

• ČKD Blasnko Engineering, a.s., Blansko, Česká republika
• OCHI INŽENÝRING spol. s r.o., Ostrava Česká republika
• PIK spol s r.o., Přerov, Česká republika
• SIGMA DIZ spol. s r.o., Lutín, Česká republika
• Sigmainvest spol. s r.o., Praha, Česká republika
• SIGMA Výzkumný a vývojový ústav spol. s r.o., Lutín, Česká republika

Stažení demoverze

Pro správné fungování programu je třeba nainstalovat MCRInstaller8_0. Demoverzi programu HYDRA můžete stáhnout pomocí následujícího odkazu: HYDRA_DEMO

Kontakt

• doc. Ing. Vladimír Habán, PhD., e-mail:  haban@fme.vutbr.cz
• prof. Ing. František Pochylý, CSc., e-mail:  pochyly@fme.vutbr.cz
• e-mail:  hydra@fme.vutbr.cz

Software je vyvinut v přostředí programu MATLAB.

Hlavní výhodou SW je relativně rychlá možnost návrhu lopatek oběžného kola, které se dál dají využít pro CFD simulaci a následně tím verifikovat kvalitu návrhu.

Software je využíván jak k vědecko-výzkumné práci, tak k hospodářské činnosti odboru.

Pod pojmem matematický model proudění kapaliny v rozvětvení rozumíme soustavu rovnic vyjadřující vztahy mezi průtoky a středními hodnotami tlaků na hranici rozvětvení. Pro stacionární proudění je těmto vztahům třeba znát výkonové a hybnostní charakteristiky rozvětvení.

Problém spočívá v tom, že rozvětvení je tvořeno minimálně třemi větvemi. Díky tomu máme pro jednu geometrii rozvětvení až šest různých uspořádání průtoků. Tři odpovídají soutoku proudu a tři dělení proudu. Pro každé uspořádání průtoku jsou pak charakteristiky závislé na poměru průtoků jednotlivými větvemi.

Výchozí stav dané problematiky

Na počátku tohoto výzkumu již nějaké matematické modely rozvětvení existovaly. Je možné rozlišit dva základní typy.

První z nich je nejjednodušší a proto se i v současnosti velmi často používá při řešení potrubních sítí. Tento model je založen na předpokladu, že tlak v rozvětvení je pro všechny větve konstantní. To zní logicky. Nicméně pokud si uvědomíme, že to znamená, že na  začátku každé větve  napojené na rozvětvení je tlak stejný, pak už bychom o tomto předpokladu mohli zapochybovat. Znamená to totiž, že průtok rozvětvením je beze ztrát. Skutečnost je taková, že tlaky na začátcích větví stejné nejsou.

Druhý model je založen na principu, který je publikován v  [7]. Tento model již pracuje se ztrátovým součinitelem rozvětvení a ten rozděluje na dvě části. V případě dělení proudu jsou tyto části přiřazeny k odtokovým větvím. Pokud však ztrátový součinitel takto rozdělíme, pak už nemůžeme mluvit o  ztrátových součinitelích  do jednotlivých větví, protože může nastat případ, kdy jsou tito dílčí součinitelé menší než nula. Proto tito součinitelé nemají žádný fyzikální význam.

Cíle výzkumu a jejich řešení

Cílem tohoto výzkumu bylo najít nový matematický model, popisující rozvětvení, který využívá charakteristik či součinitelů, které mají jasný fyzikální význam. Navíc šlo o to, aby tento matematický model byl odvozen za rozumných předpokladů.

V publikacích [5], [6] je popsáno základní odvození matematického modelu pro rozvětvení s odbočkou se sklonem 90°. Použitím matematického modelu na nestacionární proudění se zabývá publikace [4]. V publikaci [3] je uvedeno zobecnění matematického modelu rozvětvení s odbočkou pod libovolným úhlem. V rámci níže uvedených projektů probíhá i experimentální výzkum proudění v rozvětvení a jeho dílčí výsledky z měření charakteristik rozvětvení. Dílčí výsledky srovnání výpočtů a experimentu jsou uvedeny v [1] a [2].

Publikace

Více podrobných informací je možné získat z následujících publikací:

1. ŠTIGLER, J., KLAS R., KOTEK, M., KOPECKÝ, V.. The Fluid Flow in the T-Junction. The Comparison of the Numerical Modeling and PIV Measurement. In Těorija i praktika nasoso- i kompresorostrojenija. Sumy, Sumskij gasudarstvěnnyj universitět 2011. Chapter 2.17, pp 240-247.
2. ŠTIGLER J, ŠPERKA O., KLAS R.: "A Mathematical Model of the Fluid Flow in the Tee-Junction, The Comparison of the CFD Computation and the Measurements.“ In  ENGINEERING MECHANICS 2011, proceedings of the international concerence May 9-12 2011, Svratka Czech Republic.  1^st edition. Prague: Institute of Thermomechanics, Academy of Science of the Czech Republic v.v.i. Prague, 2011. pp 607-610. ISBN 978-80-87012-33-8
3. ŠTIGLER J.: "T-part as an Element of the Pipe-line System. The introduction of the Mathematical Model of the Fluid Flow in T-part for the Arbitrary Angle of the Adjacent Branch."  In 25th IAHR Symposium on Hydrualic Machinery and Systems.  September 20-24, 2010 Timisoara Romania. 2010 IOP Conf. Ser.: Earth Environ. Sci. 12 012102 (10pp). 
4. ŠTIGLER, J. Mathematical Model of the Unsteady Fluid Flow Through Tee-Junction. In 2nd IAHR International Meeting of the WorkGroup on Cavitation and Dynamic Problems in Hydraulic Machinery and Systems.  Scientific Buletin of the "Politehnica" University of Timisoara, Romania Transactions on Mechanics . 2007, vol. 52, no. 6. pp.83-92. ISSN 1224-6077.
5. ŠTIGLER, Jaroslav. Tee junction as a pipeline net element. Part 1. A new mathematical model.  Journal of Mechanical Engineering . 2006, vol. 57, no. 5. pp. 249-262. ISSN: 0039-2472.
6. ŠTIGLER, Jaroslav. Tee junction as a pipeline net element. Part 2. Coefficients Determination.  Journal of Mechanical Engineering . 2006, vol. 57, no. 5. pp. 263-270. ISSN: 0039-2472.
7. MILLER, D. S., 1975, "Internal Flow. A Guide to Losses in Pipe and Duct Systems.", Hydromechanics Rersearch Association, Cranfiled, Bedford, Engladnd. pp.31-40.

Kontakt

• doc. Ing. Jaroslav Štigler, PhD., e-mail:  stigler@fme.vutbr.cz

Tyto navzájem provázané části projektu vychází z jednotícího prvku – využití nové technologie úpravy povrchů na bázi plazmatu a nanotechnologií. Jednotícím principem jsou (ultra-) hydro-/olejo- fobní povrchové tenké vrstvy, které převratným způsobem ovlivní hydrodynamické vlastnosti hydraulických strojů, prvků a systémů. Dávají podnět k tvorbě nových softwarů pro řešení turbulentního proudění. Nová okrajová podmínka určující adhesní sílu na rozhraní hydrofobního povrchu a kapaliny ovlivní stěnové funkce, takže pozbydou platnosti stávající modely turbulence. Ty vycházejí z předpokladu ulpívání kapaliny na povrchu.

Základní údaje o projektu

• Číslo projektu: TA03010950
• Zahájení řešení: 1/2013
  • Ukončení řešní: 12/2016

Soubory ke stažení:

k-0,5.txt Implementace okrajové podmínky hydrofóbního povrchu – UDF pro Fluent

Přínos nové turbíny

Základní výhodou vírové turbíny je to, že kapalina vstupuje do oběžného kola axiálně. To znamená, že tato turbína nemusí být vybavena rozváděcími lopatkami. To výrazně zjednodušuje a zlevňuje výrobu. Dále může použita v násoskovém provedení, to výrazně snižuje úpravy jezu a tím jsou opět uspořeny investiční náklady. Vzhledem k rychloběžnosti umožňuje přímé napojení rotoru generátoru na hřídel turbíny, bez nutnosti převodů.

Varianty uspořádání vírové turbíny a lokality, kde byla vírová turbína instalována

• Přímoproudá varianta: Turbína v tomto uspořádání je realizována v Podhradí na povodí Odry
• Násoskové provedení: Turbína v tomto uspořádání je umístěna v laboratoři Odboru fluidního inženýrství. Její tři varianty jsou v provozu v malé vodní elektrárně v Lokalitě Krásnevěs
• Varianta s prstencovým motorem: Jedná se o velmi kompaktní jednoduché provedení. Instalace této turbíny je provedena v elektrárně Josefov u Hradce Králové
• Varianta s diskovým motorem: Přednost této varianty spočívá v tom, že umožňuje snadnou regulaci turbíny s ohledem na změnu spádu
• Varianta s kaskádovou mříží: Tato modifikace vírové turbíny je určena pro zpracování vyšších spádů

Patenty a užitné vzory

Na turbínu je udělen patent číslo PV 2000-4745 a tři užitné vzory čís.: 18205(21.1.2008), 18221 (29.1.2008, 18330 (25.2.2008).

Publikace

Haluza M et al, The Swirl Turbine. 2012 IOP Conf. Ser.: Earth Environ. Sci. 15 042034 doi:10.1088/1755-1315/15/4/042034

Kontakt

• doc. Ing. Miloslav Haluza, CSc., e-mail: haluza.m@fme.vutbr.cz
• prof. Ing. František Pochylý, CSc., e-mail: pochyly@fme.vutbr.cz