Master's Thesis

Design and realization of an aerodynamic tunnel for spraying nozzles

Final Thesis 5.63 MB Appendix 1.49 MB

Author of thesis: Ing. Ondřej Cejpek, Ph.D.

Acad. year: 2019/2020

Supervisor: prof. Ing. Jan Jedelský, Ph.D.

Reviewer: doc. Ing. Michal Jaroš, Dr.

Abstract:

Working conditions of atomizers in engineering applications differ from those in laboratory, where the atomizers are tested. The usage of a wind tunnel can simulate more realistic conditions. The wind tunnel is used to investigate the atomizers in cross and co-flowing air stream. The investigation of a spray in the wind tunnel can bring an insight into the spray behaviour in cross and co-flow. The present master thesis deals with a design of a small-scale, low-speed wind tunnel for the experiments with sprays created by the pressure swirl atomizer with spill-line in cross and co-flow conditions. Many wind tunnel designs were proposed; however, the most suitable wind tunnel design for spray study is an open type wind tunnel in blow down arrangement with closed test section. The wind tunnel is composed of several sections and components; each component is designed to obtain a good flow quality in the test section. The spray is investigated by using Phase Doppler anemometry (PDA), Laser Doppler anemometry (LDA), Particle image velocimetry (PIV), and by high–speed imaging. These optical techniques pose particular design requirements on the wind tunnel. A design procedure of small-scale, low-speed wind tunnel is described, and the flow quality in the test section is verified. Velocity of the flow in the test section is in the range from 0 m/s to 40 m/s with turbulent intensity below 0.7%. In the chapter 7, high–speed visualization of a spray in cross-flow is presented. The flowing air changes the breakup length, cone angle, and spray shape. The smallest droplets are carried away by the flow.

Keywords:

Small-scale, low-speed, wind tunnel, wind tunnel design, spray in cross-flow, pressure swirl atomizer

Date of defence

15.07.2020

Result of the defence

Defended (thesis was successfully defended)

znamkaAznamka

Grading

A

Process of defence

Student prezentoval svojí DP práci. Byly přečteny posudky vedoucího a oponenta a položeny otázky oponenta. Student zodpověděl dotazy oponenta. V rozpravě k DP byly položeny studentovi tyto otázky: prof. Jícha se zeptal na možnost změn intenzity turbulence pro potřeby dalších měření. prof. Pavelek se dotázal na vliv traverzování celého zařízení na měřený rychlostní profil. prof. Jícha se dotázal zdali byl zkoumán vývoj mezní vrstvy na stěnách aerodynamického tunelu? Doktor Fišer se zeptat jaké nové fenomény byly pozorovány při ověřovacích měřeních rozpadu spreje s využitím sestaveného tunelu. Student zodpověděl všechny položené dotazy.

Language of thesis

English

Faculty

Department

Study programme

Mechanical Engineering (M2I-P)

Field of study

Environmental Engineering (M-TEP)

Composition of Committee

doc. Ing. Jaroslav Katolický, Ph.D. (předseda)
prof. Ing. Miroslav Jícha, CSc. (místopředseda)
prof. Ing. Milan Pavelek, CSc. (člen)
prof. Ing. Jan Jedelský, Ph.D. (člen)
doc. Ing. Bc. Jan Fišer, Ph.D. (člen)
Ing. Stanislav Patočka, Ph.D. (člen)
Ing. Marian Formánek, Ph.D. (člen)

Supervisor’s report
prof. Ing. Jan Jedelský, Ph.D.

Pan Bc. Ondřej Cejpek se již během bakalářského studia zapojil do práce na výzkumných projektech na Energetickém ústavu a významně se podílel na experimentech prováděných v laboratoři sprejů. Při vedení studenta jsem měl možnost ocenit jeho samostatnost a schopnost si práci sám organizovat a realizovat. To mne vedlo k zadání rozsáhlé a velmi náročné práce, která byla současně podpořena výzkumným projektem a vyústila v nejkomplexnější diplomovou práci, jakou jsem dosud vedl. Zahrnovala etapy od rešerše přes návrh, konstrukci a realizaci až po zprovoznění tunelu, jeho optimalizaci a praktické zkoušky. Práci jsem s ohledem na její zaměření a potenciální význam nechal studenta zpracovat v AJ.
V takto komplexní práci byla řada parametrů, které bylo nutno již na počátku vhodně zvolit a zkombinovat, aby řešení nebylo příliš široké a nebylo nutné zvažovat příliš mnoho variant.
Práce byla náročná jak časově, tak technicky a svým rozsahem i charakterem překračuje rámec diplomové práce a tvoří rozsáhlejší inženýrské dílo. Student navíc prezentoval dílčí výsledky práce na vědeckých konferencích a byla podána PCT přihláška na patentovou ochranu díla.
Pro zachování kompaktnosti a rozumné délky práce nebyl prostor některé provedené činnosti a řešení podrobněji v práci dokumentovat. Z výsledné práce tak nejde snadno odhadnout množství času a práce, kterou student tématu věnoval.
V rešeršní části práce k řešené problematice byl student odkázán především na původní vědecké publikace v anglickém jazyce. Návrh i konstrukce tunelu vyžadovaly zvládnutí velkého rozsahu činností od studia problematiky jedno- a dvou-fázové mechaniky tekutin, přes konstrukci mechanismů, aplikaci pokročilých optických meřicích metod, řízení a regulaci, po analýzu a interpretaci naměřených dat. Student ukázal velmi dobré schopnosti se orientovat v širokém spektru problémů a spolupracovat s dalšími zapojenými studenty a pracovníky tak, aby dílo bylo možno realizovat.
Pan Bc. Cejpek postup práce s vedoucím dostatečně konzultoval a řídil se jeho pokyny. Při řešení volil adekvátní postupy a problému se věnoval do dostatečné hloubky a šíře. Výsledek je předpokladem pro pokračování ve vědecky zaměřeném studiu a práci.
Evaluation criteria Grade
Splnění požadavků a cílů zadání A
Postup a rozsah řešení, adekvátnost použitých metod A
Vlastní přínos a originalita A
Schopnost interpretovat dosažené výsledky a vyvozovat z nich závěry A
Využitelnost výsledků v praxi nebo teorii A
Logické uspořádání práce a formální náležitosti A
Grafická, stylistická úprava a pravopis B
Práce s literaturou včetně citací A
Samostatnost studenta při zpracování tématu A

Grade proposed by supervisor: A

Reviewer’s report
doc. Ing. Michal Jaroš, Dr.

Hodnocená diplomová práce se zabývá návrhem a realizací malého otevřeného aerodynamického tunelu pro laboratoř trysek OTTP EÚ. Rozsah zadání je vysoce nadstandardní, diplomantovi se však podařilo všechny zadané úkoly splnit velmi dobře. Vycházel přitom z rozsáhlé rešerše literárních zdrojů (celkem 85), týkajících se jak vlastní konstrukce tunelu, tak i principů optických měřicích metod, které v něm mají být používány, a atomizace kapalin tryskami. Na základě zjištěných a kriticky vyhodnocených poznatků vytvořil vlastní návrh tunelu, realizoval jej a podrobil rozsáhlému testování. Oceňuji zejména "ladění" některých komponent, jímž se podařilo výrazně zlepšit  provozní parametry tunelu. Závěrem je popsán a vyhodnocen modelový experiment vlivu příčného proudění na charakteristiky spreje generovaného tryskou.
Samotná práce je psána anglicky a má rovněž nadstandardní rozsah (101 stran), který je však zcela adekvátní šíři tématu. Text obsahuje pouze minimum pravopisných chyb, je srozumitelný, dobře strukturovaný a i po formální stránce zcela vyhovující. Jediný drobný nedostatek spatřuji v rozvržení některých obrázků a tabulek v textu - vzniklé volné plochy působí vizuálně neesteticky.
Celkově konstatuji, že zadané cíle byly dosaženy, práce splňuje všechna požadovaná kritéria, a proto ji doporučuji k obhajobě.
Evaluation criteria Grade
Splnění požadavků a cílů zadání A
Postup a rozsah řešení, adekvátnost použitých metod A
Vlastní přínos a originalita A
Schopnost interpretovat dosaž. výsledky a vyvozovat z nich závěry A
Využitelnost výsledků v praxi nebo teorii A
Logické uspořádání práce a formální náležitosti B
Grafická, stylistická úprava a pravopis B
Práce s literaturou včetně citací A
Topics for thesis defence:
  1. Jak je naměřená intenzita turbulence ovlivněna způsobem jejího měření (viz str. 70)?
  2. Uvedená ekonomická rozvaha nezahrnuje cenu odvedené práce. Jak autor odhaduje velikost této položky?
  3. Jak autor celkově hodnotí stavbu větrného tunelu svépomocí? Doporučil by ji i druhým, nebo by na základě získaných zkušeností příště preferoval zakoupení profesionální sestavy?

Grade proposed by reviewer: A

Responsibility: Mgr. et Mgr. Hana Odstrčilová