Vyhodnocování smykového napětí na stěně pomocí elektrodifuzní metody

Bc. Václav HARRANDT

Diplomová práce

Evaluation of the wall shear stress with the electro-diffusion method

Anotace:

Předložená práce se zaobírá analytickým rozborem teorie elektrodifuzní metody. Práce si klade za cíl rozšířit vztahy vyjadřující přenos hmoty samostatné obdélníkové sondy, z nichž je možné získat veličiny popisující hydrodynamiku systému v podobě smykového napětí na stěně, na případ dvou sériově řazených sond v bezprostřední blízkosti. Předpokládá se idealizace taková, že sondy nejsou vodivě spojeny, aby mohlo být uvažováno měření oběma sondami současně. Výchozím vztahem je rovnice přenosu hmoty pro proudící tekutinu, jež je řešena pro speciální případ kolmého nátoku na příčnou hranu sondy. Posléze je sestavováno řešení pro případ obecného nátoku, u něhož analytické řešení koncentračního pole není známo, a proto je zapotřebí přenos hmoty vyjadřovat za pomoci zbezrozměrněného koeficientu přestupu hmoty. Z odvozených vztahů vyplývá, že druhá sériově řazená sonda je významně ovlivňována tvorbou koncentračního úplavu za sondou první. Dále pro dosažení širokého intervalu parametrů uvažovaných měřících sond, jež vykazují vysokou citlivost měřící aparatury na změnu nátokového úhlu proudící kapaliny, bylo zjištěno, že při měření oběma sondami naráz je vhodné užívat uspořádání s co nejkratší podélnou délkou druhé sériově řazené sondy vzhledem k celkovému součtu podélných délek obou dvou sond. Současně se pro geometrický návrh sond jeví jako vhodné dosáhnout minimální velikosti poměru délek stran první sériově řazené sondy a naopak pro sondu druhou poměr délek jejích stran maximalizovat. Odvozené vztahy jsou numericky ověřeny výpočtem koncentračního pole v simulační doméně v rámci programu OpenFOAM.

Abstract:

Presented thesis is dealing with analytical analysis of electro-diffusion method theory. The aim of this thesis is to extend mathematical formulas which are expressing mass transfer of a single rectangular probe, from which is possible to evaluate quantities describing hydrodynamics of system in form of wall shear stress, to the case of two probes in immediate vicinity. For idealization, it is assumed that the probes are not conductively connected so measuring with both probes at the same time can be considered. The initial formula is the mass transport equation for flowing fluid, which is solved for special case of perpendicular flow on transversal edge of the probe. The solution is formed for the case of arbitrary flow orientation for which the analytical solution of concentration field is not known and that is the reason for the need of evaluating mass transfer with the help of dimensionless mass transfer coefficient. From the derived expressions, it was found that the second serial probe is significantly influenced by formation of concentration wake by the first probe. To obtain wide range of parameters of measuring probes which are very sensitive to change of angle at which the fluid is flowing on them was found that when we are measuring with both probes at the same time it is optimal to use configuration in which the axial length of the second probe is much shorter than the sum of axial lengths of both probes. For the geometry of probes is appropriate to use minimal ratio of sides of the first probe and to maximize the ratio of sides of the second probe. Derived relationships are verified by computation of concentration field in simulation domain in software OpenFOAM.

Klíčová slova

smykové napětí, elektrodifuzní metoda, přenos hmoty, mezní vrstva, Sherwoodovo číslo

Jazyk práce: čeština

Datum vytvoření / odevzdání či podání práce: 6. 5. 2022

Zveřejnit od: 31. 12. 2999

Obhajoba závěrečné práce

• Vedoucí: doc. Ing. Jaromír Havlica, Ph.D.

UNIVERZITA JANA EVANGELISTY PURKYNĚ V ÚSTÍ NAD LABEM

Přírodovědecká fakulta

Magisterský studijní program / obor:
Počítačové modelování ve vědě a technice / Počítačové modelování ve vědě a technice