Master's Thesis

Cavitating flow in converging-diverging nozzle

Final Thesis 7.75 MB

Author of thesis: Ing. David Hlaváček

Acad. year: 2011/2012

Supervisor: doc. Ing. Pavel Rudolf, Ph.D.

Reviewer: Ing. David Štefan, Ph.D.

Abstract:

The master´s thesis deals with the flow induced by rotation of cavitating fluid in converging-diverging nozzle, which simulates the vortex rope in impeller of water turbines. Measurement is performed on an experimental circuit in laboratory. Results from experimental measurements are compared with CFD simulation of single and two-phase flow. The main focus is to compare the difference of hydraulic losses and shapes of cavitating structures identified in the experiment and in the simulation.

Keywords:

converging-diverging nozzle, cavitation, vortex

Date of defence

20.06.2012

Result of the defence

Defended (thesis was successfully defended)

znamkaAznamka

Grading

A

Language of thesis

Czech

Faculty

Department

Study programme

Mechanical Engineering (N2301-2)

Field of study

Fluid Engineering (M-FLI)

Composition of Committee

prof. Ing. Michal Varchola, CSc. (předseda)
prof. Ing. František Pochylý, CSc. (místopředseda)
doc. Ing. Miloslav Haluza, CSc. (člen)
doc. Ing. Jaroslav Štigler, Ph.D. (člen)
doc. Ing. Pavel Rudolf, Ph.D. (člen)
Ing. Aleš Skoták, Ph.D. (člen)
Ing. Zdeněk Mišta (člen)

Supervisor’s report
doc. Ing. Pavel Rudolf, Ph.D.

Diplomant se ve své diplomové práci zabývá výpočtovým modelováním kavitace v jádru víru, které vzniká za vírovým generátorem a srovnáním s experimentem. Jedná se o silně nelineární extrémně časově náročné výpočty. Prezentované výsledky tlakových ztrát dobře odpovídají hodnotám zjištěným experimentálně. Diplomant korektně prezentuje dva důležité závěry: 1. Pro výpočet silně zavířeného proudění je nutné použití modelu Reynoldsových napětí, nelze se spolehnout na klasické nebo modifikované modely typu k-epsilon, 2. Je důležité modelovat celou oblast včetně generátoru víru, není vhodné rozdělení na více výpočtových oblastí.
Jedinou připomínku mám k prezentaci výsledků. Bylo by vhodné pro jednoznačné označení provozního bodu důsledně používat kavitačního čísla sigma, které v sobě kombinuje jak vliv rychlosti, tak hodnoty statického tlaku v okruhu. Slovní popis „intenzivní“, „střední“ kavitace lze pomocí součinitele sigma jednoznačně kvantifikovat.
Diplomant ve své práci splnil všechny body zadání, po celou dobu pracoval aktivně, práce je přehledná a graficky na velmi dobré úrovni. Doporučuji DP k obhajobě.
Evaluation criteria Grade
Splnění požadavků a cílů zadání A
Postup a rozsah řešení, adekvátnost použitých metod C
Vlastní přínos a originalita B
Schopnost interpretovat dosažené vysledky a vyvozovat z nich závěry B
Využitelnost výsledků v praxi nebo teorii A
Logické uspořádání práce a formální náležitosti A
Grafická, stylistická úprava a pravopis A
Práce s literaturou včetně citací A
Samostatnost studenta při zpracování tématu B

Grade proposed by supervisor: B

Reviewer’s report
Ing. David Štefan, Ph.D.

Diplomová práce řeší aktuální problém experimentálního výzkumu kavitujícího proudění vyvolaného rotací kapaliny (konkrétně pomocí vírového generátoru a konvergentně-divergentní trysky), kde numerické výpočty s použitím i bez použití dvoufázového modelu jsou verifikovány pomocí experimentálních dat. V úvodní části autor prokázal, že je schopen do hloubky nastudovat teoretický základ popisující danou problematiku a následně ho využít k řešení. V hlavní části práce jsou vyhodnoceny výsledky měření a k nim příslušné numerické výpočty ze dvou různých experimentálních okruhů. Přes rozsáhlý popis numerických výpočtů (zejména kvality sítě) se autor může bohužel pouze domnívat, že výsledky mohou být z části ovlivněny právě kvalitou sítě, protože výpočty byly provedeny vždy pouze pro jeden typ sítě. Při vyhodnocení průměru kavitujícího jádra z horní trati a posouzení jeho velikosti vzhledem k průtoku, by bylo dobré uvážit i hodnotu Thomova kavitačního součinitele. V závěru je také uveden vliv tlakových pulzací na tlakovou ztrátu. Z hlediska stacionárních výpočtů a časově středěných experimentálních dat se domnívám, že by tomu tak být nemělo.
Diplomová práce je zpracovaná přehledně, má velmi dobrou grafickou i odbornou úroveň a  svými závěry nepochybně přispěla k objasnění některých problémů týkajících se zejména numerického modelování kavitujícího proudění tak, aby bylo dosaženo co nejlepší shody s experimentálním pozorováním. I když se jedná o složitou problematiku, měl jsem jen drobné připomínky, tudíž diplomovou práci doporučuji k obhajobě.
Evaluation criteria Grade
Splnění požadavků a cílů zadání A
Postup a rozsah řešení, adekvátnost použitých metod A
Vlastní přínos a originalita B
Schopnost interpretovat dosaž. vysledky a vyvozovat z nich závěry B
Využitelnost výsledků v praxi nebo teorii A
Logické uspořádání práce a formální náležitosti A
Grafická, stylistická úprava a pravopis A
Práce s literaturou včetně citací B
Topics for thesis defence:
  1. Při jakých režimech provozu Francisovy turbíny se lze setkat s přímým typem vírového copu?
  2. Jak si autor objasňuje omezení oblasti kavitace (kontur syté páry) při numerickém výpočtu v oblasti divergentní části trysky oproti experimentálnímu pozorování? A to zejména v případě výsledků horní tratě. A jak by se tento problém při výpočtu pokusil eliminovat?
  3. Jak by se daly pomocí Thomova kavitačního součinitele definovat režimy proudění (jednofázový, střední kavitace a intenzivní kavitace) použité při vyhodnocování výsledků? A jakých hodnot by jednotlivé režimy nabývaly?

Grade proposed by reviewer: A

Responsibility: Mgr. et Mgr. Hana Odstrčilová