Tekutinové stroje II (FSI-MS2)

Akademický rok 2026/2027
Garant: Ing. David Štefan, Ph.D.  
Garantující pracoviště: EÚ všechny předměty garantované tímto pracovištěm
Jazyk výuky: čeština
Typ předmětu: oborový předmět
Cíle předmětu:

Cílem předmětu je, aby student porozuměl základním pevnostním výpočtům a pevnostní kontrole tekutinového stroje (zejm. oběžného kola a spirály), návrhu základních částí (hřídele, ložisek.). Dalším cílem je, aby se student naučil provázání mezi CFD a FEM výpočty tekutinového stroje. Parciálním cílem je seznámit studenty s využitím 3D tisku pro rychlou aditivní výrobu hydraulických částí tekutinového stroje k experimentálním měřením.
Student dosáhne jistoty v pevnostní kontrole oběžných kol, spirál a hřídelů tekutinových strojů vyvinutých na zadané parametry.
Výstupy studia a kompetence:
 
Prerekvizity:

Základní výpočtové části pružnosti a pevnosti a části strojů. Základní znalosti CFD a FEM výpočtů.
Obsah předmětu (anotace):

Předmět je zaměřen na pevnostní kontrolu navrženého tekutinového stroje (hřídele, oběžného kola, ložisek, spirály) a celkovou konstrukci. Výuka kombinuje analytické výpočty s výpočty pomocí CFD a FEM analýz.
Metody vyučování:
 
Způsob a kritéria hodnocení:

Podmínky klasifikovaného zápočtu: účast na cvičení. Případná absence se nahrazuje dle dohody s vyučujícím. Vypracování zadaného projektu.
Vymezení kontrolované výuky a způsob jejího provádění a formy nahrazování zameškané výuky:
 
Typ (způsob) výuky:
    Přednáška  13 × 2 hod. nepovinná                  
    Laboratorní cvičení  13 × 1 hod. povinná                  
Osnova:
    Přednáška

  1. Pevnostní výpočet spirály s kruhem výztužných lopatek.

  2. Pevnostní výpočet lopatky rozvaděče. Výpočet rozváděcího ústrojí přetlakových turbín.

  3. Pevnostní výpočet hřídele hydraulických strojů a přírubového spoje.

  4. Pevnostní výpočet oběžného kola Francisovy turbíny.

  5. Pevnostní výpočet oběžného kola Kaplanovy turbíny. Přímoproudá turbína.

  6. Návrh geometrie oběžného kola a statorových částí čerpadla / turbíny pro pevnostní FEM analýzu čerpadla / turbíny

  7. Využití 3D tisku k aditivní výrobě hydraulických částí tekutinového stroje pro následné experimentální měření.

  8. Jednosměrná FSI analýza. Přenos dat (tlakové zatížení na oběžné kolo) z CFD analýzy do FEM analýzy.

  9. FEM výpočet. Vyhodnocení FEM výpočtu. Reakce do ložisek (uložení rotoru)

  10. Nestacionární CFD a FEM výpočty tekutinového stroje (čerpadla / turbíny)

  11. Dynamické zatížení rotoru čerpadla / turbíny.

  12. Odhad životnosti (Fatigue tool)

  13. Rezerva pro zvanou přednášku z průmyslu
    Laboratorní cvičení

  1. Pevnostní výpočet spirály vodní turbíny.

  2. Pevnostní výpočet rozváděcího kola.

  3. Pevnostní výpočet turbinového hřídele.

  4. Pevnostní výpočet oběžného kola Francisovy turbíny.

  5. Pevnostní výpočet oběžného kola Kaplanovy turbíny.

  6. Tvorba geometrie pro pevnostní FEM analýzu čerpadla / turbíny

  7. 3D tisk oběžného kola a experimentální měření

  8. Modální analýza rotoru čerpadla / turbíny

  9. 1-way FSI analýza. Přenos dat (tlakové zatížení na oběžné kolo) z CFD analýzy do FEM analýzy. Nastavení statické FEM analýzy. FEM výpočet. Vyhodnocení FEM výpočtu. Reakce do ložisek (uložení rotoru) – část 1.

  10. 1-way FSI analýza. Přenos dat (tlakové zatížení na oběžné kolo) z CFD analýzy do FEM analýzy. Nastavení statické FEM analýzy. FEM výpočet. Vyhodnocení FEM výpočtu. Reakce do ložisek (uložení rotoru) – část 2.

  11. Transientní analýza CFD -> FEM. Dynamické zatížení rotoru čerpadla / turbíny. Odhad životnosti (Fatigue tool) – část 1.

  12. Transientní analýza CFD -> FEM. Dynamické zatížení rotoru čerpadla / turbíny. Odhad životnosti (Fatigue tool) – část 2.

  13. Klasifikovaný zápočet
Literatura - základní:
1. Nechleba, M.:Vodní turbíny, jejich konstrukce a příslušenství, SNTL, Praha, 1962.
2. Štoll,Č., Kratochvíl, S., Holata, M.:Využití vodní energie, SNTL/ALFA, Praha, 1977.
3. Strýček, O.:Hydrodynamické čerpadlá,skripta SVŠT Bratislava, 1988, Bratislava
4. Lazarkiewicz, S., Troskolanski, A.: Impeller pumps,Wydawnictwa naukowo-techniczne, Varšava, 1965
5. Janíček, P.: Pružnost a pevmost I, skripta, Vysoká škola zemědělská v Brně, 1976
6. Janíček, P.: Pružnost a pevnost II,skripra, Vysoká škola zemědělská v Brně, 1976
7. Černoch, S.: Strojně - technická příručka, jedenácté vydání, SNTL Praha, 1959
8. Pevnostní výpočty v konstrukci vodních turbin a jejich příslušenství. Kolektiv vývojových konstruktétů DZ Blansko. ČKD Blansko 1956-1957
Zařazení předmětu ve studijních programech:
Program Forma Obor Spec. Typ ukončení   Kredity     Povinnost     St.     Roč.     Semestr  
N-ETI-P prezenční studium FLI Fluidní inženýrství -- kl 4 Povinný 2 2 L
C-AKR-P prezenční studium CLS Předměty letního semestru -- kl 4 Volitelný 1 1 L