Seminární práce 1. ZADÁNÍ - KOLENO ZADÁNÍ - KÍŽ ZADÁNÍ T KUS ZADÁNÍ T KUS ZADÁNÍ - CLONA ZADÁNÍ - DIFUZOR...

Transkript

1 Seminární práce Obsah 1. ZADÁNÍ - KOLENO ZADÁNÍ - KÍŽ ZADÁNÍ T KUS ZADÁNÍ T KUS ZADÁNÍ - CLONA ZADÁNÍ - DIFUZOR ZADÁNÍ MEZIKRUŽÍ I ZADÁNÍ - ZPTNÉ PROUDNÍ MEZIKRUŽÍM II ZADÁNÍ TAYLOROVY VÍRY ZADÁNÍ PIROZENÁ KONVEKCE ZADÁNÍ - CHLAZENÍ ZADÁNÍ - CHLAZENÍ ANODY ZADÁNÍ - CHLAZENÍ KATODY ZADÁNÍ - ROZRÁŽECÍ KLÍN ZADÁNÍ - PROUDNÍ V PLAZMATRONU...30

2 1. zadání - koleno 1.1 Popis úlohy: ešte proudní v koleni. Úlohu ešte jako 3D. Vstupní prtok je zprava, kde je men krom prtoku také tlak p vst. Za kolenem ve vzdálenosti 0.5m (dle normy) je men tlak p vyst. Modelujte proudní v koleni a urete graf závislosti tlakového spádu na prtoku. Pro každou variantu výpotu urete z Bernoulliho rovnice souinitel místních ztrát a urete graf závislosti tohoto souinitele na Reynoldsov ísle. Výsledky porovnejte s mením. Ztrátový souinitel kolena Koleno: D= 0.05 m R= 0.19 m Potrubí: D= 0.05 m l= 0.5 m Vzduch: = kgm -3 = 2E-05 m 2 s -1 Mené veliiny Poítané veliiny. p1 p2 Dp c Dpz v s Q v Re Q v [kpa] [kpa] [kpa] [kpa] [m.s -1 ] [m 3.s -1 ] [-] [-] [dm 3.s -1 ]

3 p z =f(q v ) p z [kpa] Q v [m 3 s -1 ] = f(re) [-] Re [-] 1.2 Geometrie oblasti: Koleno: Potrubí: D=0.05m R=0.19m D=0.05m l=0.5m

4 Q, Pvst, Pvyst, 1.3 Výpoetní sí: Vytvote sí o maximálním potu bunk Detaily sít jsou pro inspiraci na obrázcích. 1.4 Fyzikální vlastnosti Vzduch: =1.1492kgm -3 =2E-05m 2 s -1

5 1.5 Postup ešení Urete Reynoldsovo íslo Re a vstupní rychlost z tabulky a Definujte fyzikální model zadaného problému. Nastavte parametry ešení, okrajové podmínky Sledujte prbh residuál, zaznamenejte poet iterací Vyhodnote kvalitu sít adaptací a zvolte optimální hustotu sít Graficky vyhodnote výsledky ešení pro nejnižší Reynoldsovo íslo Vypotte i ostatní varianty, urete ztrátové souinitele a sestrojte grafy pro porovnání s mením

6 2. zadání - kíž 2.1 Popis úlohy: ešte proudní v prvku tvaru kíže se dvmi uzavenými vývody (tok jako kolenem). Úlohu ešte jako 3D. Vstupní prtok je zprava, kde je men krom prtoku tak tlak p vst. Za prvkem ve vzdálenosti 0.5m (dle normy) je men tlak p vyst. Modelujte proudní v kíži a urete graf závislosti tlakového spádu na prtoku. Pro každou variantu výpotu urete z Bernoulliho rovnice souinitel místních ztrát a urete graf závislosti tohoto souinitele na Reynoldsov ísle. Výsledky porovnejte s mením. Ztrátový souinitel prvku tvaru kíže Kíž: D= 0.05 m R= 0.19 m Potrubí: D= 0.05 m l= 0.5 m Vzduch: = kgm -3 = 1.6E-05 m 2 s -1 Mené veliiny Poítané veliiny. p1 p c v s Q v Re [kpa] [kpa] [kpa] [kpa] [m.s -1 ] [m 3.s -1 ] [-] [-] p z =f(q v ) p z [kpa] Q v [m 3 s -1 ]

7 = f(re) [-] Re [-] 2.2 Geometrie oblasti: Kíž: D=0.05m l=0.15m Potrubí: D=0.05m l=0.5m Q, Pvst, Pvyst,

8 2.3 Výpoetní sí: Vytvote sí o maximálním potu bunk Detaily sít jsou pro inspiraci na obrázcích. 2.4 Fyzikální vlastnosti Vzduch: =1.1492kgm -3 =2E-05m 2 s Postup ešení Urete Reynoldsovo íslo Re a vstupní rychlost z tabulky Definujte fyzikální model zadaného problému. Nastavte parametry ešení, okrajové podmínky Sledujte prbh residuál, zaznamenejte poet iterací Vyhodnote kvalitu sít adaptací a zvolte optimální hustotu sít Graficky vyhodnote výsledky ešení pro nejnižší Reynoldsovo íslo Vypotte i ostatní varianty, urete ztrátové souinitele a sestrojte grafy pro porovnání s mením

9 3. zadání T kus 3.1 Popis úlohy: ešte proudní v prvku tvaru T-kus s jedním uzaveným vývodem (tok jako kolenem). Úlohu ešte jako 3D. Vstupní prtok je zprava, kde je men krom prtoku tak tlak p vst. Za prvkem ve vzdálenosti 0.5m (dle normy) je men tlak p vyst. Modelujte proudní v T-kusu a urete graf závislosti tlakového spádu na prtoku. Pro každou variantu výpotu urete z Bernoulliho rovnice souinitel místních ztrát a urete graf závislosti tohoto souinitele na Reynoldsov ísle. Výsledky porovnejte s mením. Ztrátový souinitel prvku tvaru T Koleno: D= 0.05 m R= 0.19 m Potrubí: D= 0.05 m l= 0.5 m Vzduch: = kgm -3 = 2E-05 m 2 s -1 Mené veliiny Poítané veliiny. p1 p c v s Q v Re [kpa] [kpa] [kpa] [kpa] [m.s -1 ] [m 3.s -1 ] [-] [-]

10 p z =f(q v ) p z [kpa] Q v [m 3 s -1 ] = f(re) [-] Re [-] 3.2 Geometrie oblasti: T-kus: D=0.05m l=0.15m Potrubí: D=0.05m l=0.5m

11 Q, Pvst, Pvyst, 3.3 Výpoetní sí: Vytvote sí o maximálním potu bunk Detaily sít jsou pro inspiraci na obrázcích. 3.4 Fyzikální vlastnosti Vzduch: =1.1492kgm -3 =2E-05m 2 s Postup ešení Urete Reynoldsovo íslo Re a vstupní rychlost z tabulky Definujte fyzikální model zadaného problému.

12 Nastavte parametry ešení, okrajové podmínky Sledujte prbh residuál, zaznamenejte poet iterací Vyhodnote kvalitu sít adaptací a zvolte optimální hustotu sít Graficky vyhodnote výsledky ešení pro nejnižší Reynoldsovo íslo Vypotte i ostatní varianty, urete ztrátové souinitele a sestrojte grafy pro porovnání s mením

13 4. zadání T kus Popis úlohy: ešte proudní v prvku tvaru T-kus s jedním uzaveným vývodem (tok jako kolenem). Úlohu ešte jako 3D. Vstupní prtok je zprava, kde je men krom prtoku tak tlak p vst. Za prvkem ve vzdálenosti 0.5m (dle normy) je men tlak p vyst. Modelujte proudní v T-kusu a urete graf závislosti tlakového spádu na prtoku. Pro každou variantu výpotu urete z Bernoulliho rovnice souinitel místních ztrát a urete graf závislosti tohoto souinitele na Reynoldsov ísle. Výsledky porovnejte s mením. Ztrátový souinitel prvku tvaru T Koleno: D= 0.05 m R= 0.19 m Potrubí: D= 0.05 m l= 0.5 m Vzduch: = kgm -3 = 2E-05 m 2 s -1 Mené veliiny Poítané veliiny. p1 p c v s Q v Re [kpa] [kpa] [kpa] [kpa] [m.s -1 ] [m 3.s -1 ] [-] [-]

14 p z =f(q v ) p z [kpa] Q v [m 3 s -1 ] = f(re) [-] Re [-] 4.2 Geometrie oblasti: T-kus: D=0.05m l=0.15m Potrubí: D=0.05m l=0.5m

15 Q, Pvst, Pvyst, 4.3 Výpoetní sí: Vytvote sí o maximálním potu bunk Detaily sít jsou pro inspiraci na obrázcích. 4.4 Fyzikální vlastnosti Vzduch: =1.1492kgm -3 =2E-05m 2 s Postup ešení Urete Reynoldsovo íslo Re a vstupní rychlost z tabulky

16 Definujte fyzikální model zadaného problému. Nastavte parametry ešení, okrajové podmínky Sledujte prbh residuál, zaznamenejte poet iterací Vyhodnote kvalitu sít adaptací a zvolte optimální hustotu sít Graficky vyhodnote výsledky ešení pro nejnižší Reynoldsovo íslo Vypotte i ostatní varianty, urete ztrátové souinitele a sestrojte grafy pro porovnání s mením

17 5. zadání - clona 5.1 Popis úlohy: ešte proudní v clon za úelem návrhu jejích rozmr pro mení prtoku diferenním manometrem. Hydraulický obvod s dlouhým potrubím pro experimentální stanovení odezvy tlaku na skokový vstupní signál pro pružné potrubí se stlaitelnou viskózní kapalinou je uveden na schématu. Schéma hydraulického obvodu ( délky kotovány v m ) Mící tra je dána trubkou o vnitním prmru d=12 mm, tlouškou stny s=2 mm, délkou trubky l=59,18 m, modulem objemové pružnosti E=2,1.1011Pa. Skoková zmna prtoku bude vyvozena uzavením prtoku rozváde R. Obvod se skládá z hydrogenerátoru HG, pojistného ventilu PV, manometru M, vlastní micí trati T, rozváde R, sníma tlaku S1,S2 a teploty S3. Pro vyhodnocování sloužil mící systém M5000 a notebook NB, vetn software pro mení a vyhodnocování veliin. Odpady a svody jsou odvedeny do nádrže N. Mezi body S1 S2 dlouhého potrubí má být umístn clona, na které se bude mit dynamický prtok pomocí diferenního manometru. V pípad tlaku na pojistném ventilu p PV =54 bar a prtoku na zdroji Q=23 l.min -1 je graf závislosti tlaku na ase

18 Úlohu ešte jako 2D osov symetrickou. Vstupní prtok je zleva. Modelujte proudní ve clon, upravte její rozmr tak, aby byl tlak mený tsn ped clonou a za clonou byl v rozsahu... a urete graf závislosti tlakového spádu na prtoku (kalibraní kivku). 5.2 Geometrie oblasti: D=12 mm, d =? mm. voda v v1 d D v p 1 p Výpoetní sí: Úlohu lze ešit jako osov symetrickou, sí má 100x30 bunk, zhustte podle pedpokládaného výskytu zavíení. 5.4 Fyzikální vlastnosti Olej: =870kgm -3 =48.15E-06m 2 s Postup ešení Urete Reynoldsovo íslo Re a vstupní rychlost Definujte fyzikální model zadaného problému. Nastavte parametry ešení, okrajové podmínky Sledujte prbh residuál, zaznamenejte poet iterací Vyhodnote kvalitu sít adaptací a zvolte optimální hustotu sít Graficky vyhodnote výsledky ešení pro dané Reynoldsovo íslo Vypotte i ostatní varianty geometrie, a sestrojte kalibraní kivky

19 6. zadání - difuzor 6.1 Popis úlohy: Modelujte proudní v difuzoru pro zadané hodnoty. Pracovní médium je vzduch. Vstupní rychlost je v=11,6 m*s -1, uvažujte nestlaitelné proudní. Urete ztrátový souinitel a ten porovnejte s piloženým grafem, který byl uren experimentem. Experimentální urení ztrátového koeficientu 6.2 Geometrie oblasti: 10 Vstup vzduchu 260 y x Výpoetní sí: Úlohu lze ešit jako osov symetrickou, sí má 100x30 bunk, zhustte podle pedpokládaného výskytu zavíení. 6.4 Fyzikální vlastnosti Proudící tekutina je vzduch: Hustota =1,2 kgm -3 Kinematická viskozita =1,5*10-5 m 2 s -1

20 6.5 Postup ešení Urete Reynoldsovo íslo Re a vstupní rychlost Definujte fyzikální model zadaného problému. Nastavte parametry ešení, okrajové podmínky Sledujte prbh residuál, zaznamenejte poet iterací Vyhodnote kvalitu sít adaptací a zvolte optimální hustotu sít Graficky vyhodnote výsledky ešení pro dané Reynoldsovo íslo Urete ztrátový koeficient v závislosti na rzných hodnotách prtoku a vykreslete graficky. Porovnejte s experimentáln získaným grafem.

21 7. zadání mezikruží I 7.1 Popis úlohy: ešte proudní tvarovkou, kterou tvoí dv trubky zasunuté do sebe. Úlohu ešte jako osov symetrickou, tj. jen polovinu oblasti. Tekutina vstupuje do oblasti rychlostí v = 2 m s Geometrie oblasti: VÝSTUP VSTUP t d h D VÝSTUP d = 25.4 mm * * D d Prmr velké trubky D volte tak, aby byl dodržen pomr 4 * * d t Tloušku stny malé trubky volte tak, aby byl dodržen pomr 0. 1 d h Vzdálenost el trubek urete na základ pomru 0. 3 d Délku oblasti L volte pibližn 1.5*D Urete Reynoldsovo íslo na vstupu do oblasti pro pípad proudní (z trubky do mezikruží ), je nutné nejprve vypoítat hydraulický prmr d h. 7.3 Výpoetní sí: Základní sí 100x100 bunk, zjemnní sít provete v okolí hrany a stny malé trubky 7.4 Fyzikální vlastnosti Proudící tekutina je voda: Hustota = 1000 kg m -3 Kinematická viskozita = *10-6 m 2 s Okrajové podmínky: Vstup do oblasti INLET s konstantní vstupní rychlostí u= 2 m s -1, intenzita turbulence Iu=2%, charakteristické mítko turbulence podle smru proudní. Výstup z oblasti je definován jako OUTLET 7.6 Postup ešení Definujte fyzikální model zadaného problému. Nastavte parametry ešení Sledujte prbh residuál, zaznamenejte poet iterací Graficky vyhodnote výsledky ešení Vypoítejte souinitele místní ztráty z Bernoulliho rovnice, ztráty tením zanedbejte.

22 8. Zadání - zptné proudní mezikružím II 8.1 Popis úlohy: ešte proudní tvarovkou, kterou tvoí dv trubky zasunuté do sebe. Úlohu ešte jako osov symetrickou, tj. jen polovinu oblasti. Tekutina vstupuje do oblasti rychlostí v = 2 m s Geometrie oblasti: VSTUP VÝSTUP t d h D VSTUP Prmr vnitní trubky je d = 25.4 mm * * D d Prmr velké trubky D volte tak, aby byl dodržen pomr * * d t Tloušku stny malé trubky volte tak, aby byl dodržen pomr 0. 1 d h Vzdálenost el trubek urete na základ pomru 0. 3 d Délku oblasti L volte pibližn 1.5*D Urete Reynoldsovo íslo na vstupu do oblasti pro pípad proudní (z mezikruží do trubky) je nutné nejprve vypoítat hydraulický prmr d h. 8.3 Výpoetní sí: Základní sí 100x100 bunk, zjemnní sít provete v okolí hrany a stny malé trubky 8.4 Fyzikální vlastnosti Proudící tekutina je voda: Hustota = 1000 kg m -3 Kinematická viskozita = *10-6 m 2 s Okrajové podmínky: Vstup do oblasti INLET s konstantní vstupní rychlostí u= 2 m s -1, intenzita turbulence Iu=2%, charakteristické mítko turbulence podle smru proudní. Výstup z oblasti je definován jako OUTLET 8.6 Postup ešení Definujte fyzikální model zadaného problému. Nastavte parametry ešení Sledujte prbh residuál, zaznamenejte poet iterací Graficky vyhodnote výsledky ešení Vypoítejte souinitele místní ztráty z Bernoulliho rovnice, ztráty tením zanedbejte.

23 9. zadání Taylorovy víry 9.1 Popis úlohy: Modelujte laminární proudní oleje v mezee mezi dvma koncentrickými válci, z nichž vnitní rotuje. Sledujte vznik Taylorových vír pro rzné hodnoty otáek vnitního válce. Úlohu definujte jako axisymetrickou, modelujte pouze jednu polovinu ezu vedeného osou rotace. Výpoet provete pro teplotu oleje t = 22,5 C s vazkou disipací. 9.2 Geometrie oblasti: Olej cca 1,7l D1=130 D 1 = 130 mm rmr vnitního válce D 2 = 154 mm prmr vnjšího válce s = 12 mm.. tlouška mezikruží L = 170 mm délka vnitního válce n 1 = 79 ot/min..otáky vnit. válce n 2 = 120 ot/min..otáky vnit. válce.. n n = 1000 ot/min D2= Výpoetní sí: Základní sí 200x40 bunk, zjemnní sít provete u stn válc 9.4 Fyzikální vlastnosti = 861 kg.m -3 hustota oleje = 6, m 2.s -1 kinematická viskozita = 0,0519 Pa.s dynamická viskozita oleje t = 22,5 C teplota oleje (295,5 K) 9.5 Okrajové podmínky: WALL1 rotující stna vnit. válce se zadanou úhlovou rychlostí WALL2 nepohyblivá stna vnjšího válce 9.6 Postup ešení Definujte fyzikální model zadaného problému. Nastavte parametry ešení Sledujte prbh residuál, zaznamenejte poet iterací Graficky vyhodnote výsledky ešení Srovnejte výsledky pro rzné otáky vnitního válce

24 10. zadání pirozená konvekce 10.1 Popis úlohy Vyšetete pirozenou konvenkci ve válci. Uvnit válce je soustedný otvor (rozmry plynou z obrázku). Vnitní ást válce je ohívaná a vnjší strana je ochlazována Geometrie vnitní prmr válce vnjší prmr válce D i =0,5 [m] D o =1,3 [m] 10.3 Fyzikální vlastnosti teplota vnitního otvoru T i =2000 [ K] teplota vnjšího povrchu T o =1000 [ K] tíhové zrychlení g=9,81 [ms -1 ] souinitel prostupu tepla k=287,04 [Wm -1 K -1 ] mrná tepel. kapacita c=0,28704 [Jkg -1 K -1 ] kinematická vizkozita =710 [Pas -1 ] Hustota je lineárn závislá na teplot podle vztahu =1150-0,1T. V pípad pirozené konvenkce se podle hodnoty Rayleighova ísla urí zda se jedná o laminární i turbulentní proudní. Pro tento pípad je hodnota Ra10 8, úloha bude ešena pro laminární typ proudní Okrajové podmínky Teploty: na stn WALL1T 1 =1000 [ K] a na WALL2T 2 =2000 [ K] Postup ešení Definujte fyzikální model zadaného problému. Nastavte parametry ešení Sledujte prbh residuál, zaznamenejte poet iterací Graficky vyhodnote výsledky ešení Srovnejte výsledky pro laminární a turbulentní proudní

25 11. Zadání - chlazení 11.1 Popis úlohy: ešte proudní oleje, který je ochlazován v dsledku odvádní tepla jiným médiem (chladící médium : voda, vzduch). Olej proudí trubkou, zatímco chladící médium proudí mezikruhovou štrbinou. Na základ vstupních parametru pomoci výpotu Reynoldsova ísla urete pro jednotlivá média, o jaký druh proudní se jedná. Úlohu ešte osov symetrickou Geometrie oblasti: Vstup (výstup) chladícího média y Vstup oleje x Výpoetní sí: Základní sí vytvote strukturovanou sí, zjemnní sít provete na rozraní jednotlivých oblasti Fyzikální vlastnosti Proudící tekutiny: Olej Voda Vzduch Hustota Dynamická viskozita Mrná tepelná kapacita Tepelná vodivost = 830 kg*m -3 = Pa*s c p = 2050 J*kg -1 *K -1 = W*m -1 *K -1 = kg*m -3 = Pa*s c p = 4182 J*kg -1 *K -1 = 0.6 W*m -1 *K -1 = kg*m -3 = e-05 Pa*s c p = J*kg -1 *K -1 = W*m -1 *K Okrajové podmínky : Na vstupu pro olej i chladící médium volte rychlostní okrajovou podmínku s konstantní vstupní rychlostí. Vstup Výstup Olej : rychlost v = 0.03 m/s, T=350K p stat = 40 Pa Voda, rychlost v = 0.05 m/s, T=300K p stat = 30 Pa Vzduch : rychlost v = 0.05 m/s, T=300K p stat = 20 Pa Na stnách se definuje konstantní teplota T=300 K, zbylé stny jsou vodivé. Materiál stn volte ocel. Zvolte opaný smr proudní chladícího média (protismrné proudní) a porovnejte ho s pvodním ešením Postup ešení Definujte fyzikální model zadaného problému. Nastavte parametry ešení Sledujte prbh residuál, zaznamenejte poet iterací Srovnejte odvod tepla vodou a vzduchem (teplotní profily oblasti v nkolika ezech) Vyhodnote míru ochlazení oleje ve výstupním prezu

26 12. Zadání - chlazení anody vstup v = 5, 10, 15 m s -1 T = 20 C výstup p = 0 Pa relativní médium voda M C

27 13. Zadání - chlazení katody vstup v = 5, 10, 15 m s -1 T = 20 C výstup p = 0 Pa relativní médium voda C 70 M 25 78

28 14. Zadání - rozrážecí klín vstup 1 v = 6, 10, 14 m s -1 (upravit podle poteby) vstup 2 v = 13 m s -1 výstup p = -200 Pa relativní médium vzduch Virtuální model víivého hoáku s rozrážecím klínem APOLO Zobrazení trajektorií uhelných ástic v stup 1 v ýstup vstu p v stup

29

30 15. Zadání - proudní v plazmatronu vstup 1 p = 350 kpa relativní vstup 2 p = 100, 200, 300 kpa relativní (upravit podle poteby) výstup p = 0 Pa relativní médium vzduch Virtuální model PLAZMATRONU Zobrazení trajektorií proudní vstup 2 vstup 1 Výstup