EVIDENČNÍ FORMULÁŘ 1. Tvůrce(i): Jméno a příjmení, titul: Adresa bydliště: Název zaměstnavatele: Sídlo zaměstnavatele: IČ zaměstnavatele: Oddělení/útvar: Telefonní číslo/a: Příspěvek tvůrce (slovně): Podíl na řešení v %:
Jana Jablonská, Ing., Ph.D. Šimáčková 1220, Ostrava - Mariánské Hory, 70900 VŠB-TU Ostrava 17. listopadu 15, Ostrava – Poruba, 708 33 61989100 Katedra hydromechaniky a hydraulických zařízení - 338 +420 597 324 269
[email protected] E-mail: Návrh a realizace 2D experimentálního zařízení k vzniku a vývoji kavitace. 100
2. Informace o projektu Název projektu v rámci kterého předkládaný výsledek vznikl: Příležitost pro mladé výzkumníky
Evidenční číslo projektu přidělené poskytovatelem: CZ 1.07/2.3.00/30.0016 (číslo projektu pro potřeby OBD/RIV EE2.3.30.0016)
Doba řešení projektu: 3 roky
Stručný popis projektu: Cílem projektu je podpora a zkvalitnění personálního zabezpečení výzkumu a rozvoj výzkumného potenciálu na VŠB-TUO. Projekt umožní rozšířit základnu vědecko-výzkumných týmů v návaznosti na strategické směry výzkumu definované VŠB-TUO: - suroviny, energetika a ekologie, - informační technologie, - nové materiály, konstrukce a technologie, - bezpečnostní výzkum, - konkurenceschopné strojírenství, - řízení, rozhodování a modelování ekonomických a finančních procesů. Tyto cíle umožňují zapojení do mezinárodních vědeckých a výzkumných struktur. Vědecké týmy mají přispět k posílení mobility, spolupráce a rozvoji vědy a výzkumu především prostřednictvím výuky školení, workshopů a dalších vzdělávacích aktivit k přenosu informací k cílovým skupinám projektu.
3. Kategorie výsledku: poloprovoz ověřená technologie prototyp certifikovaná metodika
funkční vzorek software specializované mapy výzkumná zpráva
4. Název výsledku: Experimentální zařízení k vzniku a vývoji kavitace v 2D Lavalově dýze
5. Stručný popis výsledku (co je podstatou výsledku a co je v něm nové): Výsledkem je laboratorní zařízení pro vznik a vývoj kavitace v 2D Lavalově dýze. Bylo sestaveno zařízení, které umožní vizualizaci 2D oblasti, ve které vzniká kavitace. Dosavadní průzkumy se zabývaly prostorovými geometriemi a vznikem kavitace v nich. Není však zcela jasné, jestli je kavitace pouze na povrchu měřené oblasti nebo v celém průřezu. Proto je nutné pro další výzkum zvolit takovou geometrii, která umožní tyto nesrovnalosti vyjasnit. Byla sestavena Lavalová dýza, nerotačního tvaru, ve které bude možné přesně vizualizovat vznik a
1
vývoj kavitace pomocí experimentu a modelování. Následně je možné verifikovat s experimentálním měřením v rotační Lavalově dýze (3D Lavalova dýza). Při experimentálním měření na nerotační Lavalově dýze budou snímány tlaky, průtok a bude zachycena oblast kavitace (fotografie). Závěry lze následně porovnat s rotační Lavalovou dýzou a s numerickými výpočty obou případů.
6. Technické parametry výsledku (uveďte technické aj. parametry charakterizující výstup):
Lavalova dýza: plocha průřezu S = 5.10-4 m, rozměry průřezu 10 x 50 mm, délka 1040 mm, další rozměry viz obr. 2. Lavalova dýza bude zapojena do obvodu s těmito parametry: Zdroj tlakové energie (vícestupňové odstředivé čerpadlo): dopravní výška h = 62.6 m, průtok Q = 18.4 m3.h-1, jmenovitý výkon P = 5.5 kW, jmenovité otáčky n = 2919 ot.min-1, pracovní kapalina: voda, objem nádrže VN = 800 dm3.
7. Ekonomické parametry výsledku (např. roční zvýšení objemu výroby, zisku, exportu, atd.): Experimentální zařízení ve tvaru 2D Lavalovy dýzy představuje specifické laboratorní zařízení, které je určeno především pro studenty, upevnění představy o smyslu a principu tohoto měření, řešení diplomových a bakalářských prací a vědeckou činnost. V případě zájmu, lze zařízení také využívat ke komerčním účelům.
8. Oblast průmyslové využitelnosti výsledku: Průmyslová využitelnost „Experimentální zařízení k vzniku a vývoji kavitace v 2D Lavalově dýze“ je charakterizováno určením poklesu tlaku v zúžené části zařízení. Je vhodné stanovit provozní podmínky, tzn. tlak a průtok čerpadla, kdy dochází ke vzniku kavitace ve 2D Lavalově dýze. Předpokládá se, že tyto provozní podmínky nebudou stejné jako při 3D Lavolově dýze, a to za předpokladu stejné plochy průřezu v nejužší části. Následně lze zkoumat oblast vývinu kavitace s ohledem na zvyšující se provozní podmínky, tj. tlak a průtok, vliv obsahu vzduchu ve vodě na kavitaci atd. Experimentální zařízení je jednoduše rozebíratelné, proto lze následně zkoumat vliv kavitace na různé geometrie, obtékání různých tvarů a podobně. Naměřené fyzikální veličiny (tlak a průtok) slouží jako vstupní data k numerické simulací prováděné pomocí software ANSYS Fluent. Výsledky experimentálního měření poskytují možnost verifikace definovaných matematických modelů kavitace vzájemné porovnání vyhodnocené kavitační oblasti.
9. Výkres (je-li nutný) na listu formátu A4, pokud možno na výšku, se vztahovými značkami označujícími jednotlivé prvky řešení (výkres by měl být proveden trvanlivými černými čarami, bez použití jiných barev a stínování):
2
ZT SR, M, PO
K-O PL PR
obr. 1 Model zařízení ZT – závitové tyče, PL – plexisklo, SR – šrouby, M – matice, PO – podložky, K-O – přechod mezi kruhovým a obdélníkovým průřezem, PR - příruba
obr. 2 Výkres zařízení
3
Popis schématu: ZT – závitové tyče, PL – plexisklo, SR – šrouby, M – matice, PO – podložky, K-O – přechod mezi kruhovým a obdélníkovým průřezem, PR – příruba, PP – plastová deska, SI - silikon
SR, PO M PR
K-O
LV
ZT
PL SI PP SI PL SR, PO
obr. 3 Popis dílčích částí Popis zařízení Zařízení je sestaveno z plastových desek, které jsou sešroubovány a těsněny silikonovým tmelem. Jednotlivé díly jsou vyměnitelné z důvodu možnosti vložit mezi plexiskla jakýkoli tvar desky, popř. jiný díl. Spojené plastové desky jsou vloženy do přechodového kusu, který je přizpůsoben pro přechod z kruhového průřezu potrubí na obdélníkový průřez potrubí. Aby byla zajištěna těsnost mezi plastovými deskami a přechodovým kusem je nutné tyto díly stáhnout pomocí přírub a závitových tyčí. Na přechodový kus se připojí hadice a zajistí svorkou. Jelikož je zadní stěna (plexi) vyměnitelná, je možnost ji dát jako neprůhlednou a připojit k zařízení odběrná místa pomocí minimezek (pro tlak). Oba díly průsvitné budou sloužit pro měřící metody PIV, vysokorychlostní kamerou apod. Zařízení je rozebíratelné, variabilní a všestranně využitelné.
10. Seznam vztahových značek: Model Lavalovy dýzy ZT – závitové tyče, PL – plexisklo, SR – šrouby, M – matice, PO – podložky, K-O – přechod mezi kruhovým a obdélníkovým průřezem, PR – příruba, PP – plastová deska, SI – silikon
11. Podpůrné dokumenty, např. texty, kresby, fotografie, grafy, náčrty, vývojové diagramy, data o výkonu, zprávy:
obr. 3 Lavalova dýza nerotační – pohled A
4
obr. 4 Lavalova dýza nerotační – pohled B
obr. 5 Lavalova dýza nerotační – detail
obr. 6 Přechod kruhového průřezu na obdélníkový
obr. 7 Pohled z boční strany – pohled B
obr. 8 Pohled z boční strany – pohled A
obr. 9 Upevnění příruby
Zapojení LD do obvodu -
-
Využití – měření tlaků a průtoků, sledování kavitace. Sycení vzduchem a sledování jak má vliv na kavitaci Modelování v Matlab Sim hydraulic, Ansys Fluent
5
Umístění Lavalovy dýzy v obvodu výstup připojení Lavalovy dýzy do obvodu
stojan
Lavalova dýza (2D)
směr proudění
vstup připojení Lavalovy dýzy do obvodu obr. 10 Připojení zařízení do obvodu
6
nádrž
hadice
stojan
Lavalova dýza (2D) elektromotor, připojený na frekvenční měnič
kulový kohout
kulový kohout na vypouštění z nádrže
čerpadlo kostka na vypouštění kapaliny z obvodu
hadice
průtokoměr
obr. 11 Umístění zařízení v obvodu
7
Modelování proudění
obr. 12 Matematické modelování- tlak
obr. 13 Matematické modelování- rychlost
8
Při modelování jsou použita vstupní data z měření. Zařízení je umístěno v laboratoři N108.
Tvůrce(i) parafuje(í) každou stranu formuláře. V Ostravě dne 19.12.2013 Jméno a příjmení: Jana Jablonská
Podpis: .........................................
Formulář odevzdejte ve dvou vyhotoveních: jedno v písemné podobě a jedno v elektronické podobě.
9
