Prezentace řešení aktivit v rámci projektu 1M06059 PTSE Progresivní technologie a systémy pro energetiku. Západočeská univerzita v Plzni

Transkript

1 Prezentace řešení aktivit v rámci projektu 1M06059 PTSE Progresivní technologie a systémy pro energetiku Západočeská univerzita v Plzni 2007

2 Personální zabezpečení projektu PTSE na ZČU v roce pracovní skupiny na FEL, FST a NTC K celkem 20 zaměstnanců s cca 8 přepočtenými úvazky. V roce 2007 realizovány změny zejména s ohledem na dokončení Ph.D. studia dvou studentů a odchod jedné zaměstnankyně na mateřskou dovolenou. Personální zabezpečení řešení projektu bylo doplněno a upraveno tak, aby lépe splňovalo kritéria výzkumného centra. Spolupráce ŠKODA POWER a.s. ZVVZ, a.s. Plzeňská energetika, a.s.

3 Aktivity ZČU plánované pro rok 2007 Dílčí cíl V002 (Optimalizace zařízení strojovny energetického bloku - turbína, kondenzátor ) ZCU702, ZCU703, ZCU708, ZCU710, ZCU712, ZCU718 Dílčí cíl V004 (Soustředění poznatků o netradičních, alternativních a perspektivních zdrojích ) ZCU715 Dílčí cíl V201 (Výzkum prouděním vybuzených vibrací elementů energetických zařízení ) ZCU704, ZCU705, ZCU706, ZCU707, ZCU708, ZCU711, ZCU712 Dílčí cíl V202 (Analýza systémů ventilace a odvodu spalin, výzkum a optimalizace ventilátorů ) ZCU701, ZCU714 Dílčí cíl V203 (Výzkum a optimalizace parametrů elektrické části energobloku s cílem ) ZCU716, ZCU717, ZCU719, ZCU720

4 Souhrnný přehled předpokládaných výstupů za článků ve sborníku převážně mezinárodních konferencí 11 výzkumných a technických zpráv 4 dokončené a obhájené disertační práce 7 diplomových prací 2 bakalářské práce matematické modely, experimentální zařízení, know-how, metodiky Finanční situace Prostředky čerpány dle plánu.

5

6 Dílčí cíl V203 Výzkum a optimalizace parametrů elektrické části energobloku s cílem zvýšit efektivnost a spolehlivost provozu.

7 aktivita: ZCU717 - Pokračování v provádění analýz zařízení vlastní spotřeby elektrické části energobloku včetně návrhu na snížení vlastní spotřeby pracovníci: Kadera Martin Vostracký Zdeněk Ježek Václav

8 V203/ZCU717 V rámci pokračování analýz vlastní spotřeby na ELU III byly z hlediska možných úspor vytipovány pohony napáječek N1 a N3 (a jejich záloh N2 a N4). Důvody: dnes regulace škrcením na výstupním potrubí čerpadel jedná se o pohony velkých výkonů připojené natvrdo k vn napájení

9 V203/ZCU717 Realizována měření a výpočty možných úspor s ohledem na zatěžovací diagramy pohonů. Za předpokladu provozu stroje ve stejném režimu jako v předchozím období vychází možná roční energetická úspora: na jedné napáječce N1 (N2) 2,19 GWh a na napáječce N3 (N4) 1,12 GWh

10 V203/ZCU717 Výstupy 2007 KADERA, M., PAŠEK, V.,VOSTRACKÝ, Z., JEŽEK, V.: Analýza pohonů velkých výkonů s ohledem na možnosti snížení vlastní spotřeby ELU III. Výzkumná zpráva ZČU NTC VOSTRACKÝ, Z., ŠNAJDR, J., PAŠEK, V. jr. PAŠEK, V: Energetická balance v Plzeňské energetice a.s. Výzkumná zpráva ZČU Plzeň, BEDNÁŘ, T.: Analýza vlastní spotřeby teplárny. Bakalářská práce ZČU KULÍŠEK O.: Elektrická výzbroj Plzeňské energetiky, a.s (ELÚ III). Bakalářská práce ZČU Plán na 2008 dokončení analýz zařízení vlastní spotřeby energobloku, zhodnocení úsporných řešení.

11 aktivita: ZCU716 - Posouzení elektrických rozvodných zařízení z hlediska ekonomického pracovníci: Vostracký Zdeněk Ježek Václav Kloversa Pavel

12 V203/ZCU716 Realizováno posouzení vybraných elektrických rozvodných zařízení (vypínač, odpojovač) s ohledem na ekonomická hlediska. Zároveň s ekonomickými hledisky byly analyzovány i aspekty spolehlivosti těchto zařízení (blokový vypínač), které mají přímý dopad i na ekonomiku provozu energobloku. Byla provedena analýza poruchových stavů v rozvodném systému energobloku a jejich dopad na ekonomiku a provoz.

13 V203/ZCU717 Výstupy 2007 JEŽEK, V., VOSTRACKÝ, Z.: Analysis of faults interrupted by generator circuit breaker SF6. In: International conference of AMTEE (Advanced Methods of the Theory of Electrical Engineering), Pilsen, September 2007, p.v-5 JEŽEK, V.: Analysis of interrupting disciplines of generator circuit breaker SF6. In: IX International PhD workshop OWD 2007, Wisla in Poland October JEŽEK, V., VOSTRACKÝ, Z.: Interruption of the asymmetrical fault current. In: IV International scientific symposium ELEKTROENERGETIKA 2007, Stará Lesná Slovensko, VOSTRACKÝ, Z.: Posouzení odpojovačů na rozvodně Klatovy koroze kontaktů. Výzkumná zpráva ZČU, CHALOUPKA, J.: Vypínače VN a VVN pro rozvodny, elektrárny a teplárny. Diplomová práce ZČU, 2007.

14 aktivita: ZCU719 - Perspektivní izolační kapaliny v energetice ZCU720 - Metody vedoucí ke zvýšení vypovídací schopnosti diagnostických metod zaměřených na stanovení zbytkové životnost elektrických strojů a přístrojů pracovníci: Kubalík Jaroslav Brázdil Jiří

15 V203/ZCU719+ZCU720 Zpracována rešerše perspektivních izolačních kapalin včetně detailního popisu jejich vlastností a využití v energetice. Realizována řada měření částečných výbojů, proveden výběr vhodné metodiky pro měření částečných výbojů u přístrojových transformátorů proudu a napětí v sítích do 110 kv.

16 V203/ZCU717 Výstupy 2007 KUBALÍK, J., STEJSKAL,M.: Perspektivy v oblast kapalných izolantů. Mezinárodní vědecká konference Diagnostika Nečtiny, BRÁZDIL, J.: Nový přístup k diagnostice elektroizolačních kapalin v provozu. Mezinárodní vědecká konference Diagnostika , Nečtiny. Plán na 2008 pokračování v analýzách a výběru perspektivních a ekologických izolačních kapalin, další zkvalitňování diagnostických metod izolace elektrických strojů a přístrojů.

17 Dílčí cíl V004 Soustředění poznatků o netradičních, alternativních a perspektivních zdrojích energií, jejich ekologickém využívání a dopadech energetiky na životní prostředí, vytvoření informačního centra pro nejširší okruh uživatelů

18 aktivita: ZCU715 - Soustředění poznatků o netradičních, alternativních a perspektivních zdrojích energií, jejich ekologickém využívání a dopadech energetiky na životní prostředí, vytvoření informačního centra pro nejširší okruh uživatelů pracovníci: Mühlbacher Jan Bělík Milan Novák Pavel

19 V004/ZCU715 Sledování a analýzy trendů v oblasti alternativních energetických zdrojů. Prohloubení poznatků týkajících se připojování obnovitelných zdrojů a jejich vlivu na síť. Analýza tvorby emisí ve stávajících energetických procesech a jejich vlivu na okolí. Aktualizace poznatků ohledně omezování emisí v energetice.

20 V004/ZCU715 Výstupy 2007 BUCHNER, CH., WIECZOREK, A., HARMEYER, E., WOBIG, H., MÜHLBACHER, J.: Ivestigation and optimalization on auxiliary system operation of HELIAS fusion reactor. Mezinárodní konference ISIE dokončení disertačních prací: Pavel Novák, Milan Nechanický.

21

22 Dílčí cíl V002 Optimalizace zařízení strojovny energetického bloku - turbína, kondenzátor, chladicí věže, olejové hospodářství, napáječka - s cílem dosažení maximální účinnosti a minimalizaci vlastní spotřeby zařízení i negativních dopadů na ekologii.

23 aktivity: ZCU702 - Podrobná analýza výsledků studie proudění ve stupních s prostorově tvarovanými lopatkami ZCU703 - Přelopatkování vzduchové turbiny pracovníci: Milčák Petr Polanský Jiří

24 V002/ZCU702 + ZCU703 Dosažené výsledky - proveden rozbor výsledků CFD simulací čtyř variant stupňů s prostorově tvarovanými rozváděcími lopatkami a porovnání s výsledky z experimentů (viz výzkumné zprávy z prosince 2006) - závěr z rozboru původní myšlenka testovat vliv různého tvarování RL vždy se stejnými OL, se jeví jako nesprávná je třeba také měnit OL a pohlížet na stupeň jako celek, nikoliv odděleně RL a OL - nutnost kompletního přelopatkování experimentální vzduchové turbíny

25 V002/ZCU702 + ZCU703 Prostorové tvarování lopatek ztráty v rozváděcím kole

26 V002/ZCU702 + ZCU703 Prostorové tvarování lopatek ztráty v oběžném kole

27 V002/ZCU702 + ZCU703 Přelopatkování vzduchové turbíny - v úzké spolupráci se ŠKODA POWER - nové profily rozváděcích i oběžných lopatek - upraven počet lopatek na 42 rozváděcích + 56 oběžných (CFD simulace 3RL + 4OL) - prostorově tvarované RL i OL RL - modifikovaný compound lean OL zkroucené

28 V002/ZCU702 + ZCU703 Výroba nového lopatkování - původní plán dokončit výrobu lopatek a montáž do konce 2007 se nepodaří dodržet problémy s výrobou CFD simulace - vytvořeny dvě sady výpočetních modelů s a bez modelováním proudění přes nadbandážovou ucpávku možnost porovnání rozdílů ve výsledcích + porovnání s experimentem - probíhá tvorba výpočetních sítí (plán cca 2,5mil buněk), do konce roku 2007 by měly být obě varianty rozpočítány

29 V002/ZCU702 + ZCU703 Výstupy prosinec 2006 MILČÁK, P. Měření na vzduchové turbině. Parní turbíny a jiné turbostroje 2007, Klub ASI TURBOSTROJE PLZEŇ, ŠKODA POWER a ZČU v Plzni, Plzeň, 2007 MILČÁK, P. Experimentální vývoj turbinových stupňů, vzduchová turbina. Referát ke státní doktorské zkoušce. ZČU v Plzni, červen 2007, 42 s. MILČÁK, P.; POLANSKÝ, J. Experimentální a numerická studie vlivu prostorového tvarování lopatek. Plzeň, 2006, 21 s. MILČÁK, P. Měření na vzduchové turbině VT400. Plzeň, 2006, 22 s.

30 V002/ZCU702 + ZCU703 Plán na dokončení výroby lopatkování, montáž a vyvážení rotoru - proměření proudových charakteristik, určení optimálního provozu pro další měření - stacionární proměření proudových polí za RL a OL - dále také (spíše rok 2009) měření pomocí CTA stacionárně, přechod k nestacionárnímu měření, měření rozložení tlaků po profilech, vliv šířky axiální mezery, parciální ostřik - příprava výroby rozváděcího kola s jinou roztečí (návrh ŠP) - dokončení CFD výpočtů, vyhodnocení + porovnání s experimentem, výpočet dalších variant - výzkumné zprávy, příspěvky na konferencích Energetické stroje 2008, Symkom 08, Milčák obhajoba PhD

31 aktivita: ZCU708 - Experimentální práce na rozevíraném difuzoru syntetický jet pracovníci: Hoznedl Michal Linhart Jiří Sedlák Kamil

32 V002/ZCU708 Dosažené výsledky - 2D a 3D numerické simulace proudění v jednoproudém výstupním hrdle, vliv vefukování - experimentální měření na modelu výstupního hrdla při různých drsnostech povrchu - vyprojektování mechanické a elektronické části syntetického jetu a jeho výroba

33 V002/ZCU708 Výstupy 2007 HOZNEDL, M. obhajoba disertační práce

34 V002/ZCU708 Plán na dokončení elektrického zařízení jetu a jeho instalace do vstupní části rozvíraného difuzoru - experimentální studie vlivu syntetického jetu na proudění v difuzoru, vizualizace proudění - numerická simulace syntetického jetu v rozvíraném difuzoru - proměření vlivu syntetické jetu na místo odtržení v rozvíraném difuzoru pomocí metody PIV

35 aktivita: ZCU709 - CFD výpočty vybraných partií průtočné části turbiny (regulační mezistěna celý stupeň) pracovníci: Hoznedl Michal Linhart Jiří Pacák Aleš Sedlák Kamil

36 V002/ZCU709 Dosažené výsledky - zapojení studentů do výzkumných projektů ve spolupráci se ŠKODA POWER a. s. J. Štěch: Proudění turbinovým stupněm regulační mezistěnou, vliv na účinnost stupně K. Sedlák: Výpočet proudění ve výstup. hrdle parní turbíny s vlivem syntetického jetu L. Jirka: Vliv turbulentních modelů na proudění v rovnotlakém a přetlakovém stupni

37 V002/ZCU709 Výstupy 2007 výzkumné zprávy pro ŠKODA POWER SEDLÁK, K. obhajoba diplomové práce ŠTĚCH, J. obhajoba diplomové práce

38 V002/ZCU709 Plán na zapojení studentů do výzkumných projektů P. Klesa: Numerické řešení proudění v zóně turbulizátoru paliv.článku včetně konfuzoru T. Syka: Proudění a sdílení tepla v maketě palivového článku vytápěného elektrickým proudem

39 Dílčí cíl V201 Výzkum prouděním vybuzených vibrací elementů energetických zařízení. Optimalizace zařízení s cílem eliminovat tyto nežádoucí vibrace.

40 aktivita: ZCU704 - Porovnávací výpočty pro různé geometrie a uspořádání trubkové řady, vytvoření vyhodnocovací metodiky pracovníci: Eret Petr Linhart Jiří Žitek Pavel

41 V201/ZCU704 Dosažené výsledky - experimentální studie sil působících na trubkovou řadu vybuzených vibracemi části trubkové řady - testování turbulentní modelů na vylepšené výpočtové síti - vytvořen vyhodnocovací program pro získání sil působících na trubkovou řadu a jeho aplikace - připraven k testování vyhodnocovací program pro zjišťování tekutinových koeficientů

42 V201/ZCU704 Výstupy 2007 ERET, P. obhajoba doktorské práce KŇOUREK, J. obhajoba doktorské práce ŽITEK, P.; LINHART, J. Zjišťování hydrodynamických vazebních sil ve vodním kanále s obtékanou trubkovou řadou s jednou trubkou kmitající pomocí CFD. In Power System Engineering, Thermodynamics and Fluid Flow V Plzni : Západočeská univerzita, s ISBN ŽITEK, P.; MILČÁK, P.; LINHART, J. Zjišťování hydrodynamických vazebních sil v trubkové řadě s jednou trubkovou kmitající. In. XXVI. Setkání kateder mechaniky tekutin a termomechaniky. Herbertov, ČVUT, 2007

43 V201/ZCU704 Plán na v rámci pokračujících numerických simulací bude provedeno porovnání vlivu výchylky buzené trubky; úprava geometrie s cílem snížení časové náročnosti výpočtu; příprava a testování nové vyhodnocovací metodiky; propočítání dalších variant (různé vstupní rychlosti, budící frekvence centrální trubky apod.) - příprava nových geometrií odpovídající plánovanému experimentu laboratořích KKE

44 aktivity: ZCU705 - Pokračující analýza chování aeroelastických systémů, interminentní chování nelineárních systémů ZCU706 - Návrh nových regulačních obvodů ZCU707 - Pokračování v měření aerodynamických vazebních koeficientů, lineární a nelineární parametry slabě tlumeného systému pracovníci: Klášterka Hynek Krivánka David Linhart Jiří

45 V201/ZCU705 + ZCU706 + ZCU707 Dosažené výsledky - rekonstrukce regulace nucených vibrací lopatkových maket - numerický výpočet suvné a torzní stability špičkových profilů posledního stupně turbíny 1000MW JE Temelín - měření suvných a torzních vazebních koeficientů mezi dvěma sousedními lopatkami v kaskádě při použití citlivých siloměrů

46 V201/ZCU705 + ZCU706 + ZCU707 Dosažené výsledky - identifikace systému vibrouzlů lopatkové kaskády - uvedení do provozu laserového, tedy bezdotykového snímače vibračních rychlostí

47 V201/ZCU705 + ZCU706 + ZCU707 Výstupy 2007 POLÍVKA, J.; KRIVÁNKA, D.; ŠVARNÝ, J. Identifikace poškozených vibrouzlů v lopatkové řadě. In Power System Engineering, Thermodynamics and Fluid Flow V Plzni : Západočeská univerzita, s ISBN KRIVÁNKA, D. Measurement in blade cascade flow. In Soutěžní přehlídka studentských a doktorských prací FST Plzeň : Západočeská univerzita, s ISBN KLÁŠTERKA, H.: Příspěvek k problematice výpočtu meze stability. Sborník Power System Engineering 2007, ZČU v Plzni, str KLÁŠTERKA, H.: The behaviour of a tube bundle near the stability limit. Journal Applied and Computational Mechanics, 1, (2007), University of West Bohemia, pp KLÁŠTERKA, H., KRIVÁNKA, D.: Aeroelastická analýza nelineárního kmitání turbínové lopatky. Sborník Interakce a zpětné vazby 2007, ÚTAVČR, Praha (v tisku). POLÍVKA, J. obhajoba diplomové práce MOCEK, O. obhajoba diplomové práce

48 V201/ZCU705 + ZCU706 + ZCU707 Plán na experimentální vyšetření tekutinových vazeb (vazebních koeficientů) mezi vibrujícími lopatkami v kaskádě -měření v aerodynamické trati s využitím nového laserového vibrometru a nových regulátorů frekvencí a amplitud vibrouzlů - numerický výpočet meze suvně-torzní nestability lopatkové kaskády s podporou experimentu

49 Dílčí cíl V202 Analýza systémů ventilace a odvodu spalin, výzkum a optimalizace ventilátorů pro provoz v energetice a systému čištění spalin.

50 aktivita: ZCU701 - Pokračování optimalizačních prací na ventilátorech typů AV9 a AV7 pracovníci: Kovařík Petr Kůs Michal Polanský Jiří

51 V202/ZCU701 Dosažené výsledky - vypracování metodiky vyhodnocování numerických simulací axiálních jednostupňových ventilátorů - zpracování aerodynamických charakteristik axiálního ventilátoru kompresorového typu AV7 pro ZVVZ v Milevsku - porovnání numerických výsledků s teoretickým návrhem ventilátoru

52 V202/ZCU701 Výstupy 2007 výzkumná zpráva pro ZVVZ Milevsko Publikace na konferenci ISAIF v Lyonu, 2007 Kapitola habilitační práce J. Polanského věnovaná metodice vyhodnocování Diplomová práce P. Hasmana : Stanovení aerodynamických charakteristik axiálního ventilátoru.

53 V202/ZCU701 Plán na příprava výpočtového modelu axiálního ventilátoru - vlastní výpočet několika variant nastavení lopatek ventilátoru - zpracování výsledků numerických simulací, stanovení aerodynamických charakteristik pro různá nastavení lopatek - tvorba výpočtového modelu radiálního ventilátoru - vlastní výpočet základní varianty - vypracování metodiky pro vyhodnocování numerických výsledků radiálních ventilátorů

54

55 Dílčí cíl V002 Optimalizace zařízení strojovny energetického bloku - turbína, kondenzátor, chladicí věže, olejové hospodářství, napáječka - s cílem dosažení maximální účinnosti a minimalizaci vlastní spotřeby zařízení i negativních dopadů na ekologii.

56 aktivita: ZCU710 - Simulace regulačních ventilů pro moderní energetické bloky pracovníci: Matas Richard Jirka Ladislav

57 V002/ZCU710 Neodlehčený ventil pro nadkritické parametry rotačně symetrický model Modely pro poměrný zdvih 0,15; 0,3; 0,4; 0,42 (cca buněk) 3D model Model pro poměrný zdvih 0,3 Simulace pro tlakové poměry: 0,97; 0,98; 0,99 Obsahuje 2,45 mil. buněk Simulace pro tlakové poměry od 0,88 do 0,99

58 Neodlehčený ventil pro nadkritické parametry 2,75E+07 V002/ZCU710 Rozložení tlaku po povrchu kuželky, (rovina X) 2,70E+07 2,65E+07 ε = 0,99 p [Pa] 2,60E+07 2,55E+07 ε = 0,98 ε = 0,97 3D model 2,50E+07 2,45E+07-0,09-0,07-0,05-0,03-0,01 0,01 0,03 0,05 0,07 0,09 r [m] Izočáry celkových tlaků na 3D modelu (H/D = 0,3, ε = 0,98, rovina X Proudnice v rovině řezu směrovými otvory

59 V002/ZCU710 Odlehčený ventil pro nadkritické parametry řešení periodického segmentu ventilu 60 stacionární výpočet s navazující nestacionární simulací zjištění míst s nestacionaritami tlakový poměr p 2 /p 0 = 0,3, dále 0,2 a 0,5 nenávrhové režimy při rozběhu stroje varianty pouze s průtokem odlehčovacím systém i s průtokem přes hlavní kuželku

60 V002/ZCU710 Odlehčený ventil pro nadkritické parametry rozložení tlaku tvar odlehčovacího systému a rychlostní pole při zdvihu hlavní kuželky 5%

61 V002/ZCU710 Výstupy 2007 Jirka, L.: Výpočtová studie proudění páry regulačním ventilem. Diplomová práce, Plzeň: ZČU, 2007 Jirka, L.; Matas, R.; Tajč, L. CFD simulace proudění páry o nadkritických parametrech regulačním ventilem. In Power System Engineering, Thermodynamics & Fluid Flow, Plzeň : Západočeská univerzita v Plzni, s ISBN Matas, R.: Numerická simulace proudění v odlehčovacím systému modelu regulačního ventilu parní turbíny pro nadkritické parametry páry. Výzkumná zpráva NTC, Plzeň rozpracováno

62 V002/ZCU710 Plán na 2008 Náhrada proudícího média pro nadkritické parametry dosavadní metodika náhrady páry vyhovuje pro běžně používané parametry, pro nadkritické parametry zatím málo zkušeností 2007/2008 Hledání co nejvhodnějšího modelu pro daný typ simulací tvorba výpočetní sítě, stacionární vs. nestacionární simulace, model turbulence (rng k-e, k-wsst, RSM, DES) 2008 konfrontace s experimentem - Petěrburg Řešení alternativních tvarů ventilů snaha o nalezení optimální kompromisního tvaru kužely, odlehčené a neodlehčené ventily, různé tvary kuželek 2008 Optimalizace průtoku systémem odlehčovací kuželky - podrobný model se zahrnutím vlivu štěrbin a přepouštěcích otvorů 2007/2008 Dále potřeba zpětné vazby ve ŠKODA Power a.s. další možné úlohy Optimalizace vstupního síta popř. celé vstupní části ventilu dle dohody Vliv rychlozávěrného ventilu na proudové pole ve ventilu regulačním dle dohody

63 aktivita: ZCU713 - Ověřování a aplikace modelu reálného plynu pro materiálové vlastnosti vodní páry pracovníci: Sedláček Jan

64 V002/ZCU713 Definice materiálových vlastností plynu jako reálného při numerických simulacích v programu FLUENT: - standardní: konstantní, v závislosti na teplotě, ideální plyn... - další možnosti = využití UDF - definice dílčích materiálových vlastností, - UDRGM (User Defined Real Gas Model) = připravená náhrada výchozího modelu materiálových vlastností obtížná specifikace všech požadovaných vlastností, - definice materiálových vlastností na základě specifikované závislosti hustoty na tlaku a teplotě (teoreticky jen pro kapaliny s malou stlačitelností) omezením je cp v závislosti jen na teplotě.

65 V002/ZCU713 Dosažené výsledky Vytvořena funkce UDF s algoritmy pro interpolaci zadaných tabulkových hodnot materiálových vlastností tekutiny v závislosti na tlaku a teplotě, Model aplikován a ověřován na víceatomových plynech, Připraveny tabulkové hodnoty páry pro aplikaci na modelu dýzy a regulačního ventilu, Do konce roku bude model ověřen na vybraných úlohách (ve spolupráci s R. Matasem).

66 V002/ZCU710 Výstupy 2007 Sedláček, J.: Ověřování a aplikace modelu reálného plynu pro materiálové vlastnosti vodní páry. Výzkumná zpráva ZČU NTC, 2007 (rozpracováno). Plán na 2008 srovnávací studie simulace proudění páry v regulačním ventilu při různých metodách definice materiálových vlastností páry.

67 Dílčí cíl V201 Výzkum prouděním vybuzených vibrací elementů energetických zařízení. Optimalizace zařízení s cílem eliminovat tyto nežádoucí vibrace.

68 aktivita: ZCU711 - Testování FEM softwarů se zaměřením na dynamickou analýzu rotujících systémů a jejich osvojení pracovníci: Morávka Štefan Tikal Bohuslav (Voldřich Josef)

69 V201/ZCU711 Ověření přesnosti rotační dynamické analýzy na jednoduchých geometrických 1d,2d,3d tělesech pomocí FEM systémů MARC, ANSYS, LS-DYNA. Výsledky budou vyhodnoceny i s ohledem na možnosti výpočtů reálných konstrukcí. Vypracování postupu pro získání rozsáhlých pomocných a výsledkových datových struktur FEM systémů pro další zpracování vlastními programy.

70 V201/ZCU711 Diskretizace vzhledem k rotujícímu souřadnicovému systému. q - zobecněné proměnné po diskretizaci metodou konečných prvků, Ω - úhlová rychlost olopatkovaného disku, M - matice hmotnosti, B - matice tlumení, G - gyroskopická matice, K - matice tuhosti, K g = Ω 2 K Ω +K T -příspěvek předepnutí (namáhání lopatek) do matice tuhosti, M-příspěvek z kinetické energie 1) Ověřování přesnosti řešení pro různě hrubé diskretizace a možnosti modelování uvedených matic v jednotlivých systémech. 2) Získání modální matice V vlastních tvarů úlohy z programového systému ANSYS (V je typu m x n, kde n je počet stupňů volnosti, m počet počítaných vlastních tvarů n až statisíce, m maximálně desítky)

71 V201/ZCU711 Testování programu ANSYS, ver.10.0 Multiphysics. vetknutý nosník: b = 35 mm h = 15 mm l = 460 mm materál: E = 2,1e5 Pa r = kg/m3 µ = 0,3 první frekvence analyticky (JV) = 56,07 Hz?? poř. element vlastní frekvence elem.type pozn stěny 2 mm Hz SOLID 45 8 uzlů x 3 DOF 2. 4-stěny 2 mm Hz SOLID 45 8 uzlů x 3 DOF, degenerovaný 3. 6-stěny 4 mm Hz SOLID 45 8 uzlů x 3 DOF 4. 4-stěny 4 mm 64,410 Hz SOLID 45 8 uzlů x 3 DOF, degenerovaný 5. 6-stěny 8 mm Hz SOLID 45 8 uzlů x 3 DOF 6. 4-stěny 8 mm Hz SOLID 45 8 uzlů x 3 DOF, degenerovaný 7. 6-stěny 4 mm Hz SOLID uzlů x 3 DOF, higher order 8. 4-stěny 4 mm Hz SOLID uzlů x 3 DOF, degener., higher order 9. 4-stěny 4 mm Hz SOLID uzlů x 3 DOF, kvadratic., higher order stěny 4 mm Hz SOLID uzlů x 3 DOF, (počítá rychle) stěny 4 mm Hz SOLID uzlů x 3 DOF degenerovaný, (počítá rychle) stěny 4 mm Hz SOLID uzlů x 3 DOF, kvadratický, higher order stěny 4 mm Hz SOLID uzlů x 3 DOF, degenerovaný, kvadratický, higher order stěny 4 mm Hz SOLID uzlů x 3 DOF, kvadratický, higher order 15. 2D nosník Hz BEAM3 2 uzly x 3 DOF 16. 3D nosník Hz BEAM4 2 uzly x 6 DOF 17. 3D nosník Hz s lineární násadou, shear torsional only Hz s kvadratic. násadou, shear torsional only (úplně stejné) Hz s kvadrat. násadou, shear torsional + transverze (vyšší se liší) BEAM188 2 uzly x 6 DOF, Timošenkův nosník

72 V201/ZCU711 Harmonický index 0 Harmonický index 1 Harmonický index 2 Harmonický index 4 Problematika vlastních čísel periodických systémů je složitější, zavádějí se harmonické indexy. Pro každý harmonický index náleží řada vlastních čísel. Problematika ověřována pro systém ANSYS. Příklady pro vybrané indexy:

73 V201/ZCU tis elementů 62 tis uzlů (tj. 186 tis DOF)

74 V201/ZCU711 Výstupy 2007 Š. Morávka (částečný podíl J.Voldřich) vypracovány postupy pro získání rozsáhlých datových struktur rotujících dynamických sestav ze systému ANSYS pro další zpracování vlastními programy, Š. Morávka vyzkoušena nadstavba Dynrot programu MATLAB od prof. Genty (Itálie), zaměření na vibrace olopatkovaných disků. Plán na 2008 Vlastní tvary a vlastní frekvence budou použity jako numerický vstup pro aktivitu A806, kde bude řešena optimalizace s cílem potlačení nežádoucích vibrací s respektováním kontaktního tření.

75 aktivita: ZCU712 - Matematické modelování vibrujících systémů s třecími tlumiči algoritmické rozpracování a implementace pracovníci: Voldřich Josef

76 V201/ZCU712 Rozpracování algoritmů pro hledání odezvy vibrujících systémů s třecími tlumiči ve frekvenční oblasti na základě iteračního přístupu k HB metodě. Linearizace třecího tlumiče jako nelineární vazby bude provedeno na základě experimentálních dat nebo microslip modelu třecího rozhraní. Implementace navržených algoritmů v programovém prostředí FORTRAN a ověření připraveného programu předpokládá import modální matice lineárního systému bez nelineárních vazeb z komerčních FEM systémů.

77 V201/ZCU712 Matematický zápis problému: M d 2 q/dt 2 + B dq/dt + K q + F(q, dq/dt) = f(t), kde F popisuje nelineární vazbu. Redukce počtu neznámých: q(t) = V u(t), q je vektor s n DOF, u vektor amplitud m vlastních tvarů V T MV d 2 u/dt 2 + V T BV du/dt + V T KV u + V T F(Vu, Vdu/dt) = V T f(t), tj. d 2 u/dt 2 + B du/dt + L u = V T f(t) - V T F(Vu, Vdu/dt), (#) kde L = diag{λ i } je diagonální matice s m vlastními čísly λ i, B = diag{2d i λ i }. 1) Implementace numerických postupů řešících (#) v jazyku FORTRAN. 2) Modelování nelineární vazby třecího tlumiče, tj. vhodná volba a realizace funkcionálu F.

78 1) Implementace numerických postupů řešících (#) v jazyku FORTRAN. - Připraven program TFRICTION - aplikována metoda Rungeho-Kutta 4. řádu - ověřování řešiče porovnáváním s benchmarky (např. úlohy s 1DOF) V201/ZCU712 2) Modelování nelineární vazby třecího tlumiče, tj. vhodná volba a realizace funkcionálu F.

79 V201/ZCU712 Výstupy 2007 J. Voldřich rozpracovány algoritmy pro nelineární odezvy vibrujících systémů s třecími tlumiči J. Voldřich zahájena implementace těchto algoritmů do prostředí FORTRAN J. Voldřich výzkumná zpráva ZČU NTC rozšíření o nové výsledky a poznatky. Plán na 2008 Metodika bude ověřena na numerických simulacích reálných lopatkových věnců.

80 Dílčí cíl V202 Analýza systémů ventilace a odvodu spalin, výzkum a optimalizace ventilátorů pro provoz v energetice a systému čištění spalin.

81 aktivita: ZCU714 - Modelování odvodu spalin jako vícefázového proudění pracovníci: Sedláček Jan Matas Richard

82 V202/ZCU714 Zaměření aktivity na metody modelování vícefázového proudění ve spalinovodech, tj. možnost simulace a vyhodnocování pohybu a koncentrace zejména diskrétní fáze různého typu a velikostí od 0,1μm do 100μm. Testovány modely implementované v programu FLUENT. Aplikace modelů na výpočty proudění vzdušniny s diskrétní fází v konkrétní části reálného spalinovodu a vyhodnocení realizovaných výpočtů.

83 V202/ZCU714 Výstupy 2007 Výzkumná zpráva ZČU NTC s výsledky realizovaných výpočtů a analýz (rozpracována). Plán na 2008 UDF pro vyhodnocování koncentrací prachu dle velikosti a případně dalších specifikovaných vlastností.