diplomová práce

CFD simulace vibrací vyvolaných prouděním

Text práce 5.73 MB Příloha 21.25 MB

Autor práce: Ing. Radek Kubíček

Ak. rok: 2019/2020

Vedoucí: Ing. Jiří Buzík, Ph.D.

Oponent: Ing. Jiří Vondál, Ph.D.

Abstrakt:

Předkládaná diplomová práce se zaměřuje na vibrace trubky vyvolané prouděním. Jejím hlavním cílem a přínosem je analýza tuhosti trubky při kontaktu dvou trubek a následné užití obdržených hodnot a závislostí pro CFD simulace vybrané geometrie. Práci lze rozdělit do tří částí. První část se věnuje současnému stavu poznání v oblasti vibrací vyvolaných prouděním. Uvádí základní mechanismy vibrací a metody k jejich potlačení. Druhá část se zabývá stanovením tuhosti trubky o zvolené geometrii a to i při vzniku kolize s jinou trubkou. Závěrečná část demonstruje a vyhodnocuje aplikaci získaných charakteristik v CFD simulacích.

Klíčová slova:

Vibrace vyvolané prouděním, vírové uvolňování, Kármánová vírová stezka, turbulentní excitace, fluidně-elastická nestabilita, akustická rezonance, tepelný výměník, trubkový svazek, kontakt, numerické modelování proudění tekutin, uživatelem definovaná funkce.

Termín obhajoby

17.10.2019

Výsledek obhajoby

obhájeno (práce byla úspěšně obhájena)

znakmkaBznamka

Klasifikace

B

Průběh obhajoby

Byly zodpovězeny otázky oponenta závěrečné práce a doplňující otázky komise především na rozdíly mezi prací vedoucího práce a obhajovanou prací. Proběhlo vysvětlení motivace závěrečné práce a významu pro technologickou praxi. Dotaz na rozsah konzultací závěrečné práce, zodpovězeno. Dotaz na možné provedení výměníků tepla a svazku trubek (tzv. NTIW), zodpovězeno.

Jazyk práce

čeština

Fakulta

Ústav

Studijní obor

Procesní inženýrství (M-PRI)

Složení komise

doc. Ing. Jaroslav Jícha, CSc. (předseda)
prof. Ing. Petr Stehlík, CSc., dr. h. c. (místopředseda)
doc. Ing. Zdeněk Jegla, Ph.D. (člen)
Ing. Jaroslav Oral (člen)
Ing. Zdeněk Jůza, Ph.D., MBA (člen)

Posudek vedoucího
Ing. Jiří Buzík, Ph.D.

Diplomová práce se zabývá problematikou interakci dvou fází (pevné a tekuté) u jevu vibrací vyvolaných prouděním u tepelných výměníků. Úvodní rešeršní část obecně popisuje tepelné výměníky, jejich rozdělení a využití s faktory, které se přímo dotýkají vibrací vyvolaných prouděním.
V následující kapitole je proveden popis vibrací vyvolaných prouděním dle současného stavu poznání u osamocené trubky a u svazku trubek. V této kapitole oceňuji především snahu o pochopení pozadí problematiky.
Stěžejní část práce představuje stanovení tlumící konstanty a zjištění tuhostí při kontaktu dvou trubek. Kontakt dvou trubek vede k úlohám nelineárního charakteru. Tuhost při zatížení trubky a následná simulace kontaktu byla provedena za pomocí metody konečných prvků. Z této analýzy byla zjištěna závislost působící síly na průhyb trubky. Velmi oceňuji pečlivost při zpracování výsledků.
Poslední kapitola se zabývá samotnou CFD simulací s rozšířením o uživatelem definovanou funkci (UDF), která by zajistila vzájemnou obousměrnou interakci trubek a tekutiny. Na základě takto definované problematiky byly provedeny analýzy s osamocenou trubkou a s dvojicí trubek. Výsledky z těchto analýz byly konfrontovány s měřenými údaji.
V diplomové práci se vyskytlo několik chyb a nevhodných formulací. Je podstatné podotknout, že na zpracování předkládané práce měl diplomant dvounásobnou dobu.
Navzdory těmto nedostatkům velmi oceňuji pečlivost při tvorbě diplomové práce. Taktéž oceňuji výborný popis všech kroků, které zajišťují výbornou replikovatelnost. Diplomant splnil cíle práce v dostatečném rozsahu. Z těchto důvodů doporučuji tuto práci 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 A
Práce s literaturou včetně citací A
Samostatnost studenta při zpracování tématu C

Známka navržená vedoucím: A

Práce se zabývá vibracemi vznikajícími při obtékání trubek tekutinou. Cílem bylo zjistit možnosti počítačového modelování uvedeného děje a ověřit provedené simulace s experimenty. Chtěl bych autora ocenit, že se pustil do obtížného tématu spojujícího pevnostní analýzy s modelováním proudění. Autor se také zvládl vypořádat s problematikou uživatelsky definovaných funkcí (UDF) ve Fluentu, což je vcelku obtížná oblast zahrnující programování a práci s komplexními knihovnami. Grafická úprava práce je na dobré úrovni.

První část práce se zabývá rešerší všech možných druhů výměníků tepla. Není zde úplně jasná souvislost u některých typů výměníků se zaměřením práce, ale nejspíš doplňují celkový přehled. Následuje část zaměřená na vibrace vyvolané prouděním a vibrace trubkového svazku. Tato část se mi jeví jako značně problematická, protože je v podstatě přepsána z dizertační práce Jiřího Buzíka: Analýza cyklické únavy trubkového svazku vlivem proudění pracovního média. Nenašel jsem v textu zásadní rozšíření oproti zmiňované dizertační práci.

Další část se věnuje určení základních parametrů pro popis útlumu a tuhosti trubky a nelineárního chování při kontaktu trubky s pevnou překážkou. Tato část je zpracována dobře i s ověřením analytických výpočtů za pomoci jednoduchých MKP výpočtů nosníku.

Stěžejní částí měl být CFD výpočet se zahrnutím kmitání trubek. Tady bohužel autor poskytuje velmi málo informací o nastavení a také výsledcích simulací. Žádné informace nemáme o použitých materiálových modelech (hustota, viskozita, stlačitelnost, …). Použitá výška drsnosti 1,5·10-5 mm se mi zdá nerealisticky malá. Chybí ověření skutečné hodnoty y+ po provedení CFD výpočtu, což je zásadní parametr pro posouzení vhodné volby velikosti sítě. Také není jasné, jaká byla použita časová a prostorová diskretizace. Základní UDF pro pohyb trubky vlivem působících sil od tekutiny byl opět převzat s drobnými úpravami z dizertační práce Jiřího Buzíka, což by bylo záhodno zmínit a definovat vlastní přínos (úpravy). Významnější rozšíření UDF autor vypracoval pro nelineární kontakt trubky s překážkou a proměnný časový krok. Není zde jediný grafický výstup ze CFD analýzy (rychlostní pole, tlakové pole, apod.). Není ani přesněji popsaná pevná překážka do které by měla trubka při rozkmitání narážet. Na konec mi chybí především nějaké zásadnější porovnání s experimentem, nebo hodnotami z literatury, což byl jeden z bodů zadání. Autor jen krátce zmínil podobnost výsledné frekvence odtrhávajícího se proudu, ale nebyla provedena žádná validace predikovaného rozkmitu trubky.

Je velká škoda, že autor lépe nevypracoval závěrečnou část týkající se CFD výpočtů. S malým úsilím by mohla být práce na výrazně vyšší úrovni.
Kritérium hodnocení Známka
Splnění požadavků a cílů zadání E
Postup a rozsah řešení, adekvátnost použitých metod B
Vlastní přínos a originalita C
Schopnost interpretovat dosaž. výsledky a vyvozovat z nich závěry C
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

Známka navržená oponentem: C