Vícefázové proudění v hydraulických systémech

Tomáš Polášek

Disertační práce

Multiphase Flow in Hydraulic Systems

Anotace:

Disertační práce se zabývá numerickými simulacemi vícefázového proudění a experimentálním stanovením statických charakteristik při proudění oleje přes škrticí ventil, u kterého docházelo ke vzniku kavitace. V průběhu experimentu jsou pořizovány fotografické snímky, které slouží k vizuálnímu posouzení proudění a verifikaci provedených numerických simulací v ANSYS Fluent. Intenzita vzniku a vývinu kavitačních oblastí je ovlivňována dvěma faktory. Kavitační oblast je posilována při zvyšování rychlosti proudění v úzké mezeře škrticího ventilu. A zároveň kavitační oblast je potlačována při zvyšování výstupního tlaku v úplavu ventilu. Disertační práce se rovněž zabývá experimentálním stanovením množství uvolněného plynu v důsledku vzniku kavitace na škrticím ventilu. V závislosti na vytvořené kavitaci je monitorována uvolněná plynná fáze, která je unášena do sestaveného testovacího zařízení. Tímto způsobem je možné stanovit koncentraci uvolněných vzduchových bublin v souvislosti s různými intenzitami kavitace. Pro stanovení koncentrace uvolněného plynu jsou využity 2 měřicí techniky, které jsou založeny na metodě optické a akustické. Optická metoda je založena na snímání určité oblasti proudění v testovacím zařízení prostřednictvím vysokorychlostní kamery. Pro realizování akustické metody je využito komerčně dostupné zařízení Akustický bublinkový spektrometr od firmy Dynaflow, které je založeno na vyslání krátkých akustických signálů přes měřenou směs. Výstupy z experimentu jsou následně doplněny do výstupů numerických simulací vícefázového proudění s implementovaným kavitačním modelem.

Abstract:

The dissertation thesis deals with numerical simulations of multiphase flow and experimental determination of static characteristics during oil flow through the throttle valve where cavitation occurred. Photographic images are taken during the experiment to visually evaluate a flow and verify numerical simulations that are performed in ANSYS Fluent. The intensity of the formation and development of cavitation areas are influenced by two factors. The cavitation region is amplified when the flow velocity is increased in the narrow gap of the throttle valve. Simultaneously, the cavitation region is suppressed when the downstream pressure of the valve is increased. The dissertation thesis also deals with the experimental determination of the amount of released gas due to cavitation at the throttle valve. Depending on the formed cavitation, the released gas phase is entrained into the assembled test device where bubbles are monitored. In this way, it is possible to determine the concentration of the released air bubbles in relation to different intensities of cavitation. Two measurement techniques are used to determine the concentration of the released gas which are based on the optical and acoustic method. The optical method is based on sensing the particular area of a flow in the test device using the high-speed camera. To implement the acoustic method, the commercially available device called Acoustic Bubble Spectrometer from Dynaflow company is used. This device is based on sending short acoustic signals through the measured mixture. The outputs of the experiment are then added into the outputs of numerical simulations of multiphase flow with the implemented cavitation model.

Klíčová slova

vícefázové proudění, optická metoda, akustická metoda, vzduchové bubliny, histogram bublin, kavitace, ANSYS Fluent, simulace, hydraulický olej

Keywords

multiphase flow, optical method, acoustic method, air bubbles, bubbles histogram, cavitation, ANSYS Fluent, simulation, hydraulic oil

Jazyk práce: čeština

Datum vytvoření / odevzdání či podání práce: 12. 7. 2023

Obhajoba závěrečné práce

• Obhajoba proběhla 10. 11. 2023
• Vedoucí: Lumír Hružík
• Oponent: Pavel Rudolf, Tomáš Blejchař, Miloš Müller

VŠB – Technická univerzita Ostrava

Fakulta strojní

Doktorský studijní program / obor:
Strojní inženýrství / Řízení strojů a procesů