Tekutinové stroje I (FSI-MS1)

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.

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.

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.

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.

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.

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