Academic literature on the topic 'Vířivé proudění'

This work is focused on computational modelling of a flow in a burner. The main objective is to provide a complex comparison of the results obtained through several approaches to modeling, on different computational grids and also using different turbulence models. Experimental measurement data are used for validation. Numerically obtained data are compared to each other and to experimental data. The method of Proper-Orthogonal Decomposition is also applied on the calculated data. The greatest benefit of this work is providing a wider view on the swirling flow modeling in burners and the results obtained here will help to better understand the behavior of stated models for tasks of this kind and their potential for modelling combustion in furnaces.

The aim of the thesis is to put a transparent scaled PMMA model of the pressure swirl nozzle into operation, which includes, the selection of working fluids and the preparation of a test set to allow measurements using optical methods (LDA, PDA, PIV, high-speed visualization). The theoretical part describes the basic theory of atomization, optical measurement methods and deals with the problems of optical transition in optically complex systems. It also includes an extensive search for transparent liquids and materials of enlarged models that have been used in experiments, which often aim to match light refractive indices between these materials. In the practical part, attention is paid to the preparation of the test set and tests of chemical effects of several selected liquids on PMMA material are conducted, including a summary of experience with their use, as there was a permanent damage to the material. Several LDA measurements followed, using kerosene, p-cymene, 1-bromonaphthalene and water, evaluated the effect of the refractive index difference on the results. It turned out that no observable influence occurred if the refractive index difference between the nozzle material and the liquid was small. In addition, a visualization of internal flow through a high-speed camera was made. The practical part closes the static pressure measurement in the nozzle chamber, where the pressure ratio was measured on the walls of the chamber as well as on its axis. The measurement confirmed that the pressure on the chamber walls is constant and varies with the distance from the chamber axis.

The master thesis explores modelling fluid dynamics images in simulation software Star-CCM+ Version 8.04.007. Three proposed variants are modelled. The first variant describes modelling swirl diffusers, the second and third variant describe modelling wall diffusers. The results of modelling are processed in the form of scalar and vector arrays, which depict the velocity of flowing air, temperature and the age of air.

Tato disertační práce se zabývá experimentálním a numerickým výzkumem kavitace vyvolané rotací. Pro potřeby tohoto výzkumu byla využita transparentní osově symetrická Venturiho dýza, díky čemuž bylo možné zkoumat dynamiku kavitujícího proudění pomocí analýzy vysokorychlostních nahrávek.

Schopnost predikovat tepelné toky do stěn v oblasti spalování, konstrukce pecí a procesního průmyslu je velmi důležitá pro návrh těchto zařízení. Je to často klíčový požadavek pro pevnostní výpočty. Cílem této práce je proto získat kvalitní naměřená data na experimentálním zařízení a využít je pro validaci standardně využívaných modelů počítačového modelování turbulentního vířivého difúzního spalování zemního plynu. Experimentální měření bylo provedeno na vodou chlazené spalovací komoře průmyslových parametrů. Byly provedeny měření se pro dva výkony hořáku – 745 kW a 1120 kW. Z měření byla vyhodnocena data a odvozeno nastavení okrajových podmínek pro počítačovou simulaci. Některé okrajové podmínky bylo nutné získat prostřednictvím dalšího měření, nebo separátní počítačové simulace tak jako například pro emisivitu, a nebo teplotu stěny. Práce zahrnuje několik vlastnoručně vytvořených počítačových programů pro zpracování dat. Velmi dobrých výsledků bylo dosaženo při predikci tepelných toků pro nižší výkon hořáku, kde odchylky od naměřených hodnot nepřesáhly 0.2 % pro celkové odvedené teplo a 16 % pro lokální tepelný tok stěnou komory. Vyšší tepelný výkon však přinesl snížení přesnosti těchto predikcí z důvodů chybně určené turbulence. Proto se v závěru práce zaměřuje na predikce vířivého proudění za vířičem a identifikuje několik problematických míst v použitých modelech využívaných i v komerčních aplikacích.

A burner is very important device in process furnaces that significantly affect the production of emissions during the combustion process. One of the key things in development of the modern low-NOX burners is the evaluation of flow field downstream of an axial blade swirler inside the burner. The computational fluid dynamics (CFD) is often used to predict the attributes of the flow. Predicted values should be validated with measurement. It is the reason why the velocity fields for several choosen swirlers were measured. The hot wire anemometry was choosen and the dual-sensor probe was used during the measurement. The data can be then used for CFD validation. This thesis describes procedure of measurement set-up. The experimental facility was designed according to the anemometry method. The new probe traversing system was designed, which provides desired accuracy. Five different swirlers were measured. Large data set, need for customized post-processing and control over calculation procedures lead to new software design. For each swirler the velocity profiles were gathered and the swirl numbers calculated. That final data were transferred in to graphical format. Uncertainty of measured data was calculated. Results show counter-rotating flow in some areas closed to the swirler. Some drawbacks of current measurement set-up are discussed. Based on the thesis reader can obtain the information and knowledge for consequent measurements of swirl burners velocity profiles.

Pracovní podmínky atomizérů v reálných operacích v průmyslu a zemědělství se liší od podmínek laboratorních, ve kterých jsou atomizéry testovány. Částečné přiblížení k realističtějším podmínkám nám může poskytnout použití větrného tunelu. Větrný tunel se používá k simulaci okolního proudění. Studium spreje ve větrném tunelu nám poskytne realističtější představu o chování spreje. Tato diplomová práce se zabývá návrhem malého, nízko rychlostního větrného tunelu pro experimenty s tlakovými vířivými tryskami s obtokem v příčném a podélném proudění. Existuje mnoho typů větrných tunelů, ale jako nejvhodnější typ byl zvolen otevřený, výtlačný větrný tunel s uzavřenou testovací sekcí. Výhodou jsou jeho kompaktní rozměry, ochrana částí tunelu před kapičkami spreje a poměrně jednoduchý návrh. Konstrukce větrného tunelu se skládá z několika částí, každá část je zkonstruována tak, aby bylo dosaženo co nejlepší kvality proudu v testovací sekci. Sprej je zkoumán pomocí optických metod Fázové Dopplerovské anemometrie (PDA), Laserové Dopplerovské anemometrie (LDA), Integrální laserová anemometrie (PIV) a pomocí vysokorychlostního záznamu. Tyto optické metody kladou speciální požadavky na konstrukci tunelu, především na konstrukci testovací sekce, která musí umožňovat optický přístup ke spreji a musí být pro tyto měřící techniky uzpůsobena. Rychlost v testovací sekci se pohybuje v rozmezí 0 až 40 m/s s intenzitou turbulence pod 0,7 %. V závěru práce je ukázka vizualizace spreje, v příčném proudění, pomocí vysokorychlostní kamery. Okolní proudění mění rozpadovou vzdálenost spreje, úhel kužele spreje i jeho tvar. Dochází k vymývání menších kapek, které jsou unášeny okolním proudem.

Tato práce se zabývá studií Simplex a SR verze původní trysky používané ve spalovací komoře malého proudového motoru. Pro lepší porozumění procesu rozprašování byl vyroben transparentní model obou trysek v měřítku 10:1. Tvorba spreje u tlakové vířivé trysky je komplexní proces dvoufázového proudění. Vnitřní a vnější proudění bylo zkoumáno pomocí Laserového Dopplerovského Anemometru a vysokorychlostní kamery při vstupních tlacích p = 0.5, 1.0 a 1.5 MPa s použitím kerosinu a p-Cymenu. Z hlediska vnitřního proudění byla provedena charakteristika vzdušného jádra a zkoumán vliv různých SFR hodnot na délku a průměr jádra. Dále byly objasněny rychlostní profily společně s jejich fluktuačními složkami vzhledem k Reynoldsovu číslu a použité kapalině. Také jednoduchý numerický model byl vyvinut k odhadu vnitřního proudění pomocí trackování částic. V případě vnějšího proudění byl zkoumán vliv vstupního tlaku na rozpadovou vzdálenost spreje a úhel kužele spreje.

Tlakové vířivé trysky (TVT) jsou používané v mnoha aplikacích, kde je potřebná velká plocha kapek nebo kde povrch musí být nanesen kapalinou, např. spalování, sprejové chlazení nebo nanášení barev. Parametry spreje z TVT jsou úzce spojené s jejich vnitřním prouděním. Obtokové trysky vylepšují koncepci klasických TVT přítomností otvoru, skrz který může kapalina odtékat zpět do nádrže. Díky této koncepci je možné regulovat vstřikovací množství kapaliny změnou průtoku tímto otvorem, zatímco se ve vířivé komůrce udržuje vysoký tlak, který zaručí dobrou kvalitu spreje. Obtokové trysky byly historicky málo prozkoumány a jejich vnitřní proudění nebylo studováno téměř vůbec. V této práci je popsáno vnitřní proudění několika obtokových trysek jak experimentálně, tak numericky. Tato data jsou následně korelována s měřenými vlastnostmi spreje. Výsledky ukazují, že přidání obtokového otvoru silně ovlivní vnitřní proudění i v případech, kdy obtokem neproudí žádná kapalina. V některých případech se vůbec nezformuje vzdušné jádro a tím se destabilizuje výtok z trysky, čímž vznikne nestabilní sprej. Mimoosé obtokové otvory generují a stabilizují vzdušné jádro, což pomáhá formovat kapalinovou stěnu a vysoce kvalitní sprej. Nicméně některé konfigurace změnily charakter rozpadu kapalinové stěny, což se projevilo i na kvalitě spreje. Navíc regulační schopnost a stabilita spreje závisí na vzdálenosti obtokových otvorů od osy vířivé komůrky. Na závěr byla upravena neviskózní teorie, která analyticky popisuje vnitřní proudění v TVT, tak aby byla aplikovatelná i na obtokové trysky. Pomocí tohoto přístupu byla odvozena teoretická predikce výtokového součinitele a velikosti vzdušného jádra v závislosti na obtokovém poměru (SFR). Zároveň byly pro obtokové trysky upraveny empirické korelace původně odvozené pro TVT. Tato práce přináší nový vhled k porozumění vnitřního proudění obtokových trysek a její výsledky najdou uplatnění při jejich návrhu.

The goal of this master thesis is to create a simplified model of an actual swirl diffuser using CFD (Computational Fluid Dynamics) simulation, so that it would be easy to calculate (would have a simple geometry, a proper mesh and would enable quick definition of the model’s boundary conditions) and would also create an airflow pattern in space as close to reality as possible. In the process a CFD model with a certain geometry was created. Subsequently, various model settings were tested. Calculation results were compared with the results of the experimental measurement done using the PIV method.