diplomová práce

Návrh zařízení pro vytvoření superkavitace rotací kapaliny

Autor práce: Ing. Oliver Hamar

Ak. rok: 2023/2024

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

Oponent: Ing. Marek Balko

Abstrakt:

Predkladaná diplomová práca sa zaoberá experimentálnym a výpočtovým skúmaním novovybudovaného vírového generátora, ktorý je využívaný ako reaktor vírovej hydrodynamickej kavitácie, s cieľom preskúmať jeho potenciálnu využiteľnosť v projekte CaviPlasma. Experimentálne merania sú vykonané na existujúcom zariadení vírového generátora s cieľom určiť jeho hydraulické charakteristiky, doplnené o vizualizáciu vírivého prúdenia. Experimentálne zistenia sú porovnávané s CFD simuláciami dvojfázového kavitujúceho prúdenia v 3D doméne s využitím pokročilého hybridného modelu turbulencie SBES. Ďalej je prezentovaný návrh optimalizovanej geometrie vírového generátora, ktorý je preskúmaný s využitím CFD. Na záver sú pôvodná a optimalizovaná geometria porovnané.

Klíčová slova:

Hydrodynamická kavitácia, vírová kavitácia, vírivé prúdenie, HCR, CaviPlasma, CFD

Termín obhajoby

12.06.2024

Práce bude zveřejněna

11.06.2029

Výsledek obhajoby

obhájeno (práce byla úspěšně obhájena)

znamkaAznamka

Klasifikace

A

Průběh obhajoby

Student seznámil komisi s diplomovou prací Návrh zařízení pro vytvoření superkavitace rotací kapaliny. Uvedl hlavní motivaci k řešení problému. Popsal hydrodynamický kavitační reaktor, následně upřesnil vlastnosti vírového kavitačního reaktoru. Zmínil předpoklady vzniku vírového copu a obecně také kavitace. Uvedl hlavní hydraulické charakteristiky. Okomentoval vizualizaci vírového copu a nastavení CFD simulací. Na prvotní geometrii systému popsal parametry vírového copu vzešlé ze simulace. Uvedl efekt modifikované geometrie systému. Upřesnil vliv tlakového pole. Na dotaz oponenta objasnil využití SBES simulačního modelu, RANS a LES. Popsal oblasti simulované RANS a LES modelem. Objasnil volbu velikosti časového kroku. Upřesnil způsob výběru konkrétních pracovních bodů v CFD simulacích. Komisí byl tázán na volbu okrajových podmínek s ohledem na požadovanou shodu s experimentem. Zmínil vlastnosti experimentu a jeho zjednodušení.

Jazyk práce

angličtina

Fakulta

Fakulta strojního inženýrství

Ústav

Energetický ústav

Studijní program

Energetické a termofluidní inženýrství (N-ETI-P)

Specializace

Fluidní inženýrství (FLI)

Složení komise

prof. RNDr. Milada Kozubková, CSc. (předseda)
doc. Ing. Pavel Rudolf, Ph.D. (místopředseda)
doc. Ing. Vladimír Habán, Ph.D. (člen)
doc. Ing. Miloslav Haluza, CSc. (člen)
Ing. Aleš Skoták, Ph.D. (člen)
Ing. Lukáš Zavadil, Ph.D. (člen)
doc. Ing. Zdeněk Florian, CSc. (člen)

Posudek vedoucího
doc. Ing. Pavel Rudolf, Ph.D.

Student Oliver Hamar se ve své práci zabývá kavitací vyvolanou rotací kapaliny. Práce je psána anglicky, pečlivě, je vhodně a logicky členěna.

Problematika práce je složitá po stránce experimentální i výpočtové, přičemž obou se student zhostil velmi dobře. Především výpočtové simulace dvoufázového proudění s kavitací byly poměrně náročné s ohledem na obdržení věrohodného zkonvergovaného řešení.

Student svou práci konzultoval, pracoval průběžně a zodpovědně. Výsledky práce budou využity pro další výzkumnou činnost v oblasti hydrodynamické kavitace na odboru fluidního inženýrství V. Kaplana.

Práci doporučuji k obhajobě.
Kritérium hodnocení Známka
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 B
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

Známka navržená vedoucím: A

Posudek oponenta
Ing. Marek Balko

Student se ve své práci věnuje návrhu, experimentům a CFD výpočtům hydrodynamického vírového kavitačního reaktoru. V úvodní části uceleně shrnuje základní principy kavitace a modelování vírů s přihlédnutím k jejich využití pro svou práci. Celkové kvalitě textu ubírají drobné chyby a formátovací vady napříč prací, například „čtverce“ prázdných znaků v rovnicích na stranách 24 a 25, špatný křížový odkaz na straně 53 (Fig. 31 má být Fig. 33), nebo nepochopitelné řazení citací, které není řazeno podle prvního výskytu v textu ani podle abecedy (první citace v textu číslována [32]).

Druhá část práce je věnovaná experimentálnímu měření hydraulických charakteristik reaktoru. Celé měření i jeho zpracování bylo provedeno a popsáno velice pečlivě a profesionálně s rozumnou dávkou kritického zhodnocení dosažených výsledků, postupů měření i návrhů, jak překonat nedokonalosti experimentu. Jen bych doporučil u grafů Fig. 30, 32, 33 (a podobných typů) nepoužívat spojnicový typ grafu, který zhoršuje čitelnost výsledků.

Poslední kapitola je věnována výpočtovému modelování. Za touto kapitolou je vidět ohromné množství studentovy práce, které se odráží na kvalitě provedení výpočtů. Musím vyzdvihnout provedení meshování domény, které působí velice nadstandardně. Popis postupu výpočtů je proveden detailně, většinou jsou uvedeny důvody, proč student zvolil daná nastavení modelu a vyhodnocení. Vizualizace jsou provedeny s ohledem na možnost porovnání výsledků s experimenty. Student v celé práci prokazuje dobrou schopnost kritického myšlení při zhodnocování dosažených výsledků i návrhu řešení vzniklých problémů.

Cíle práce byly splněny a doporučuji tuto práci k obhajobě s hodnocením: A.
Kritérium hodnocení Známka
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 B
Otázky k obhajobě:
  1. V práci pracujete s modelem SBES. Mohl byste ukázat obrázek v kterých oblastech se počítal RANS a v kterých LES na základě Shielding function?
  2. Na základě čeho jste vybíral právě těchto šest pracovních bodů pro CFD výpočty?
  3. Proč jste volil časový krok právě 1·10^-5 s?

Známka navržená oponentem: A

Důvod odložení zveřejnění

Zveřejnění diplomové práce je v souladu s ustanovením § 47b odst. 4 zákona č. 111/1998 Sb., o vysokých školách, odloženo. Důvodem odložení zveřejnění je skutečnost, že diplomová práce obsahuje informace chráněné zvláštními právními předpisy (např. z.č. 527/1990 Sb. O vynálezech a zlepšovacích návrzích).

Odpovědnost: Mgr. et Mgr. Hana Odstrčilová