Detail předmětu

Tekutinové stroje I

FSI-MS1Ak. rok: 2026/2027

Předmět je zaměřen na hydraulické návrhy a CFD výpočty průtočných částí hydraulických čerpadel a turbín, tj. oběžných kol, spirál, rozvaděčů atd. Dalším obsahem předmětu je seznámení se s chováním strojů při změně provozu, s kavitačními jevy, se vznikem axiální a radiální síly a s jejich eliminací. Je zaměřen na hydraulickou koncepci tekutinového stroje na zadané parametry.

Jazyk výuky

čeština

Počet kreditů

6

Garant předmětu

Ing. David Štefan, Ph.D.

Zajišťuje ústav

Energetický ústav (EÚ)

Vstupní znalosti

Student musí ovládat základy hydromechaniky, zejména část o základních principech práce tekutinových strojů. Dalším předpokladem je základní znalost 3D modelování v CAD prostředí a základní znalost problematiky CFD výpočtů.

Pravidla hodnocení a ukončení předmětu

Podmínky zápočtu : účast na cvičeních a vypracování zadaného návrhu a CFD výpočtu hydraulických částí lopatkového stroje.


Zkouška se skládá z písemné a ústní části.

Účast na cvičeních je povinná. Případná neúčast se nahrazuje dle domluvy s vyučujícím.

Učební cíle

Cíl předmětu je příprava posluchače na porozumění hydraulickému návrhu a CFD výpočtům základních částí tekutinového stroje (čerpadla, turbíny) a jejich dalších částí (spirály, rozvaděče), chování strojů při provozních změnách, vzniku kavitace, radiální a axiální síly, charakteristice tekutinového stroje.
Student porozumí základním principům hydraulického návrhu a CFD výpočtům tekutinového stroje.

Studijní opory

Základní literatura

Bednář, J.: Malé vodní elektrárny 2 - turbíny. SNTL, Praha, 1989. (CS)
Bláha, J., Brada, K.: Příručka čerpací techniky, ČVUT Praha,1997. (SK)
Čábelka, J.: Využitie vodnej energie I, SVTL,Bratislava,1958. (SK)
GÜLICH, Johann Friedrich, 2020. Centrifugal Pumps [online]. 4. Cham: Springer International Publishing. ISBN 978-3-030-14787-7. Dostupné z: doi:10.1007/978-3-030-14788-4 (EN)
Nechleba, M.,Druckmuller, M.: Vodní turbíny I, skripta VUT Brno. Brno 10/1990. (CS)
Nechleba, M.:Vodní turbiny, jejich konstrukce a příslušenství, SNTL, Praha, 1962. (CS)
Paciga, A., Strýček, O., Gančo, M.: Čerpacia technika, SNTL/ALFA, Praha,1984. (SK)
Strýček, O.:Hydrodynamické čerpadlá,skripta SVŠT Bratislava,Bratislava, 1988. (SK)

Zařazení předmětu ve studijních plánech

  • Program N-ETI-P magisterský navazující

    specializace FLI , 2 ročník, zimní semestr, povinný

  • Program N-SUE-P magisterský navazující 2 ročník, zimní semestr, povinně volitelný, je součástí profilujícího základu

Typ (způsob) výuky

 

Přednáška

39 hod., nepovinná

Vyučující / Lektor

Ing. David Štefan, Ph.D.

Osnova

  1. Rotující kanál a výpočet dopravní výšky oběžného kola
  2. Chování čerpadel při změně otáček. Návrh průměru a šířky oběžného kola. Návrh tvaru meridiánu a vstupní části oběžného kola.
  3. Konformní transformace a návrh střední čáry lopatky
  4. Stáčení oběžného kola, kavitační deprese a disipace.
  5. Návrh spirály a výstupního difuzoru
  6. Návrh radiálního a axiálního oběžného kola. Vícestupňová čerpadla – návrh vratného kola.
  7. Úplná 4-kvadrantová charakteristika čerpadla a výpočet čerpadla v brzdové oblasti. Turbína jako čerpadlo. Čerpadlo jako turbína.
  8. Turbíny – úvod. Francisova turbína. Kaplanova turbína.
  9. Peltonova turbína. Reverzní Francisova turbína – přečerpávací vodní elektrárna
  10. Charakteristické křivky turbíny. Hydrodynamické podobnost. Jednotkové hodnoty průtoku, otáček, momentu a výkonu.
  11. Hydraulická účinnost modelu a přepočet na prototyp.
  12. Kavitace ve vodních turbínách. Vírové copy v savce. Savka a její funkce.
  13. Rezerva – zvané přednáška z průmyslu.

Laboratorní cvičení

26 hod., povinná

Vyučující / Lektor

Ing. David Štefan, Ph.D.

Osnova

  1. Rozbor měrné energie odstředivého čerpadla. Vliv geometrie oběžného kola a lopatek. Vliv druhého členu Eulerovy čerpadlové rovnice (před-rotace proudu).
  2. Chování čerpadel při změně otáček. Výpočet disipace. Stáčení oběžného kola a úprava lopatek
  3. Návrh hydrauliky odstředivého čerpadla / turbíny – část 1. Výpočet základních rozměrů oběžného kola.
  4. Návrh hydrauliky odstředivého čerpadla / turbíny – část 2. Tvorba meridiálního řezu.
  5. Návrh hydrauliky odstředivého čerpadla / turbíny – část 3. Výpočet tvaru lopatek a tvorba 3D geometrie oběžného kola v rámci software Ansys BladeGen.
  6. Návrh hydrauliky odstředivého čerpadla / turbíny – část 4. Tvorba výpočetní sítě oběžného kola v rámci software Ansys TurboGrid. Výpočet tvaru spirály.
  7. Návrh hydrauliky odstředivého čerpadla – část 5. Tvorba výpočetní sítě spirály. Tvorba geometrie a výpočetní sítě vstupu do čerpadla.
  8. Nastavení a spuštění CFD výpočtu navrhnuté hydrauliky odstředivého čerpadla v prostředí Ansys CFX.
  9. Vyhodnocení výsledků CFD výpočtu odstředivého čerpadla / turbíny. Post-processing dat v rámci software CFD-Post.
  10. Výpočet axiální a radiální síly působící na oběžné kolo. Empirické odhady a způsob výpočtu pomocí CFD.
  11. Základní návrh lopatek axiálního čerpadla / turbíny
  12. Základní návrh tvaru meridiánu Francisovy turbíny s ohledem na rychloběžnost
  13. Zápočet – kontrola návrhu hydrauliky