EVIDENČNÍ FORMULÁŘ. 3. Kategorie výsledku: ověřená technologie specializované mapy

Transkript

1 EVIDENČNÍ FORMULÁŘ 1. Tvůrce(i): Jméno a příjmení, titul: Jana Jablonská, Ing., Ph.D. Adresa bydliště: Šimáčková 1220, Ostrava - Mariánské Hory, Název zaměstnavatele: VŠB-TU Ostrava Sídlo zaměstnavatele: 17. listopadu 15, Ostrava Poruba, IČ zaměstnavatele: Oddělení/útvar: Katedra hydromechaniky a hydraulických zařízení Telefonní číslo/a: jana.rautova@vsb.cz Příspěvek tvůrce (slovně): Návrh a realizace 2D experimentálního zařízení k vzniku a vývoji kavitace. Podíl na řešení v %: Informace o projektu Název projektu v rámci kterého předkládaný výsledek vznikl: Příležitost pro mladé výzkumníky Evidenční číslo projektu přidělené poskytovatelem: CZ 1.07/2.3.00/ (číslo projektu pro potřeby OBD/RIV EE ) Doba řešení projektu: 3 roky Stručný popis projektu: Cílem projektu je podpora a zkvalitnění personálního zabezpečení výzkumu a rozvoj výzkumného potenciálu na VŠB-TUO. Projekt umožní rozšířit základnu vědecko-výzkumných týmů v návaznosti na strategické směry výzkumu definované VŠB-TUO: - suroviny, energetika a ekologie, - informační technologie, - nové materiály, konstrukce a technologie, - bezpečnostní výzkum, - konkurenceschopné strojírenství, - řízení, rozhodování a modelování ekonomických a finančních procesů. Tyto cíle umožňují zapojení do mezinárodních vědeckých a výzkumných struktur. Vědecké týmy mají přispět k posílení mobility, spolupráce a rozvoji vědy a výzkumu především prostřednictvím výuky školení, workshopů a dalších vzdělávacích aktivit k přenosu informací k cílovým skupinám projektu. 3. Kategorie výsledku: poloprovoz ověřená technologie prototyp certifikovaná metodika funkční vzorek software specializované mapy výzkumná zpráva 4. Název výsledku: Experimentální zařízení k vzniku a vývoji kavitace v 2D Lavalově dýze 5. Stručný popis výsledku (co je podstatou výsledku a co je v něm nové): Výsledkem je laboratorní zařízení pro vznik a vývoj kavitace v 2D Lavalově dýze. Bylo sestaveno zařízení, které umožní vizualizaci 2D oblasti, ve které vzniká kavitace. Dosavadní průzkumy se zabývaly prostorovými geometriemi a vznikem kavitace v nich. Není však zcela jasné, jestli je kavitace pouze na povrchu měřené oblasti nebo v celém průřezu. Proto je nutné pro další výzkum zvolit takovou geometrii, která umožní tyto nesrovnalosti vyjasnit. Byla sestavena Lavalová dýza, nerotačního tvaru, ve které bude možné přesně vizualizovat vznik a 1

2 vývoj kavitace pomocí experimentu a modelování. Následně je možné verifikovat s experimentálním měřením v rotační Lavalově dýze (3D Lavalova dýza). Při experimentálním měření na nerotační Lavalově dýze budou snímány tlaky, průtok a bude zachycena oblast kavitace (fotografie). Závěry lze následně porovnat s rotační Lavalovou dýzou a s numerickými výpočty obou případů. 6. Technické parametry výsledku (uveďte technické aj. parametry charakterizující výstup): Lavalova dýza: plocha průřezu S = m, rozměry průřezu 10 x 50 mm, délka 1040 mm, další rozměry viz obr. 2. Lavalova dýza bude zapojena do obvodu s těmito parametry: Zdroj tlakové energie (vícestupňové odstředivé čerpadlo): dopravní výška h = 62.6 m, průtok Q = 18.4 m 3.h -1, jmenovitý výkon P = 5.5 kw, jmenovité otáčky n = 2919 ot.min -1, pracovní kapalina: voda, objem nádrže V N = 800 dm Ekonomické parametry výsledku (např. roční zvýšení objemu výroby, zisku, exportu, atd.): Experimentální zařízení ve tvaru 2D Lavalovy dýzy představuje specifické laboratorní zařízení, které je určeno především pro studenty, upevnění představy o smyslu a principu tohoto měření, řešení diplomových a bakalářských prací a vědeckou činnost. V případě zájmu, lze zařízení také využívat ke komerčním účelům. 8. Oblast průmyslové využitelnosti výsledku: Průmyslová využitelnost Experimentální zařízení k vzniku a vývoji kavitace v 2D Lavalově dýze je charakterizováno určením poklesu tlaku v zúžené části zařízení. Je vhodné stanovit provozní podmínky, tzn. tlak a průtok čerpadla, kdy dochází ke vzniku kavitace ve 2D Lavalově dýze. Předpokládá se, že tyto provozní podmínky nebudou stejné jako při 3D Lavolově dýze, a to za předpokladu stejné plochy průřezu v nejužší části. Následně lze zkoumat oblast vývinu kavitace s ohledem na zvyšující se provozní podmínky, tj. tlak a průtok, vliv obsahu vzduchu ve vodě na kavitaci atd. Experimentální zařízení je jednoduše rozebíratelné, proto lze následně zkoumat vliv kavitace na různé geometrie, obtékání různých tvarů a podobně. Naměřené fyzikální veličiny (tlak a průtok) slouží jako vstupní data k numerické simulací prováděné pomocí software ANSYS Fluent. Výsledky experimentálního měření poskytují možnost verifikace definovaných matematických modelů kavitace vzájemné porovnání vyhodnocené kavitační oblasti. 9. Výkres (je-li nutný) na listu formátu A4, pokud možno na výšku, se vztahovými značkami označujícími jednotlivé prvky řešení (výkres by měl být proveden trvanlivými černými čarami, bez použití jiných barev a stínování): 2

3 ZT SR, M, PO PL K-O PR obr. 1 Model zařízení ZT závitové tyče, PL plexisklo, SR šrouby, M matice, PO podložky, K-O přechod mezi kruhovým a obdélníkovým průřezem, PR - příruba obr. 2 Výkres zařízení 3

4 Popis schématu: ZT závitové tyče, PL plexisklo, SR šrouby, M matice, PO podložky, K-O přechod mezi kruhovým a obdélníkovým průřezem, PR příruba, PP plastová deska, SI - silikon SR, PO PR K-O ZT LV M PL SI PP SI PL SR, PO obr. 3 Popis dílčích částí Popis zařízení Zařízení je sestaveno z plastových desek, které jsou sešroubovány a těsněny silikonovým tmelem. Jednotlivé díly jsou vyměnitelné z důvodu možnosti vložit mezi plexiskla jakýkoli tvar desky, popř. jiný díl. Spojené plastové desky jsou vloženy do přechodového kusu, který je přizpůsoben pro přechod z kruhového průřezu potrubí na obdélníkový průřez potrubí. Aby byla zajištěna těsnost mezi plastovými deskami a přechodovým kusem je nutné tyto díly stáhnout pomocí přírub a závitových tyčí. Na přechodový kus se připojí hadice a zajistí svorkou. Jelikož je zadní stěna (plexi) vyměnitelná, je možnost ji dát jako neprůhlednou a připojit k zařízení odběrná místa pomocí minimezek (pro tlak). Oba díly průsvitné budou sloužit pro měřící metody PIV, vysokorychlostní kamerou apod. Zařízení je rozebíratelné, variabilní a všestranně využitelné. 10. Seznam vztahových značek: Model Lavalovy dýzy ZT závitové tyče, PL plexisklo, SR šrouby, M matice, PO podložky, K-O přechod mezi kruhovým a obdélníkovým průřezem, PR příruba, PP plastová deska, SI silikon 11. Podpůrné dokumenty, např. texty, kresby, fotografie, grafy, náčrty, vývojové diagramy, data o výkonu, zprávy: obr. 3 Lavalova dýza nerotační pohled A 4

5 obr. 4 Lavalova dýza nerotační pohled B obr. 5 Lavalova dýza nerotační detail obr. 6 Přechod kruhového průřezu na obdélníkový obr. 7 Pohled z boční strany pohled B obr. 8 Pohled z boční strany pohled A obr. 9 Upevnění příruby Zapojení LD do obvodu - Využití měření tlaků a průtoků, sledování kavitace. Sycení vzduchem a sledování jak má vliv na kavitaci - Modelování v Matlab Sim hydraulic, Ansys Fluent 5

6 Umístění Lavalovy dýzy v obvodu výstup připojení Lavalovy dýzy do obvodu stojan směr proudění Lavalova dýza (2D) vstup připojení Lavalovy dýzy do obvodu obr. 10 Připojení zařízení do obvodu 6

7 hadice nádrž stojan Lavalova dýza (2D) elektromotor, připojený na frekvenční měnič kulový kohout na vypouštění z nádrže kulový kohout čerpadlo hadice kostka na vypouštění kapaliny z obvodu průtokoměr obr. 11 Umístění zařízení v obvodu 7

8 Modelování proudění obr. 12 Matematické modelování- tlak obr. 13 Matematické modelování- rychlost 8

9 Při modelování jsou použita vstupní data z měření. Zařízení je umístěno v laboratoři N108. Tvůrce(i) parafuje(í) každou stranu formuláře. V Ostravě dne Jméno a příjmení: Jana Jablonská Podpis:... Formulář odevzdejte ve dvou vyhotoveních: jedno v písemné podobě a jedno v elektronické podobě. 9