Řešené úlohy

Vyhledávání

Analýza proudění v dezénu pneumatiky »

design/2014/resene-ulohy/5.jpgZadání úlohy a motivace:

Aquaplanning je jev, který vzniká na mokré vozovce při vyšších rychlostech vozidla. Jeho vznik význačně ovlivňuje profil dezénu pneumatiky. Dochází ke ztrátě kontaktu mezi vozovkou a pneumatikou vlivem vody, která je dezénem špatně odváděna. Vozidlo je pak neovladatelné a vše může vyústit až ve vážnou nehodu.

Vzniku aquaplanningu zabraňuje především správný tvar a hloubka dezénu. Proto je nutné znát komplexní proudové pole v drážkách dezénu a na základě tohoto navrhnout jejich správný tvar.

Řešení úlohy:

Ve výpočtech byly užity modely několika vyráběných pneumatik a ty byly mezi sebou porovnávány s ohledem na vznik aquaplanningu. Při posuzování výsledků byl brán ohled na korektní simulaci v oblastech, kde může dojít k negativním jevům jako je odtržení, ucpání a recirkulaci proudění.

Výsledky výpočtu a přínos pro zákazníka:

Na základě získaných výsledků lze vyhodnotit nebezpečnost různých typů pneumatik a popřípadě navrhnout změny. Úloha prokázala schopnost řešit proudění ve složitých geometriích, jako jsou spirálky, kanálky různých tvarů atd. a možnost porovnávání různých tvarů produktů. Není pak nutná výroba prototypů a provádět složité experimentální měření pro následné zhotovení optimálního tvaru. Při užití metod CFD je zřejmá celková úspora nákladů a s možností studia produktů v mnoha variantách.

Použitý software:

Software použitý pro přípravu sítě: ANSYS Gambit
Software použitý pro výpočet: ANSYS FLUENT

Analýza tvaru přední masky vozidla »

design/2014/resene-ulohy/1.jpgZadání úlohy a motivace:

Cílem této analýzy bylo porovnání různých tvarů chladících mřížek s ohledem na hmotnostní průtok vzduchu po průchodu mřížkou při různých rychlostech vozidla.

Řešení úlohy:

Úloha byla zkoumána pro různé režimy uzavření/otevření střechy, z důvodů zmapování komfortu posádky při různých nastaveních střechy.

Výsledky výpočtu a přínos pro zákazníka:

Simulace potvrdila předpoklad, že největší průtok propouští mřížka s rovnými žebry a s největší výstupní průmětovou plochou. Profilování žeber a jejich náklon průtok spíše snižují. Vyššího průtoku za mřížkou lze tedy dosáhnout zvětšením výstupní plochy mřížky a to zmenšením počtu žeber nebo zmenšením jejich sklonu a samozřejmě zvětšením samotného rámečku mřížky.

Úlohu je možné také rozšířit na analýzu průtoků v celé ochlazované oblasti za mřížkou s ohledem na chlazení agregátů motoru a následnou optimalizací tvaru mřížky.Výpočet simuluje ofukování samostatné mřížky v aerodynamickém tunelu.

Použitý software:

Software použitý pro přípravu sítě: ANSYS FLUENT Meshing, TGrid
Software použitý pro výpočet: ANSYS FLUENT

Analýza účinku proudu v Kaplanově turbíně »

design/2014/resene-ulohy/9.jpgZadání úlohy a motivace:

Cílem této analýzy bylo predikovat nežádoucí jevy v průtočné části Kaplanovy turbíny pro vybrané parametry vodního díla. Byla řešena komplexní geometrie stroje obsahující přiváděcí kanál, lopatkovou část i sací troubu s vývarem.

Řešení úlohy:

Úloha byla zkoumána pro několik tokových režimů daných natočením rozváděcí a oběžné mříže, tak zvanými lopatkovými vazbami.

Výsledky výpočtu a přínos pro zákazníka:

 

Podařilo se nalézt kritická místa na zařízení, odhalení vírových struktur, odtržení proudu a především určení vhodného postupu pro navazující řešení. Výsledkem analýzy je konstatování, že nestacionární víry nemají výrazný vliv na amplitudu sil působící na lopatky oběžného kola a ukazuje se, že stroj je z proudového hlediska navržen korektně.

Použitý software:

Software použitý pro přípravu sítě: ANSYS TurboGrid, ANSYS ICEM CFD, GridPro
Software použitý pro výpočet: ANSYS CFX

CFD analýza deflektoru a zpětné klapky chladícího okruhu JE »

Zadání úlohy a motivace:

Deflektor proudu je prvek vložený před čočku, který vyvolává přídavný moment na čočce. Cílem projektu bylo pro zadané provozní podmínky navrhnout nástavec na čočce pro dosažení přídavného momentu, který ji bude udržovat v plovoucí poloze bez ovládacího mechanismu a zamezí tak zvýšení tlaku na výtlaku čerpadla vlivem škrcení, tak aby nedošlo k vypnutí čerpadla při zvýšení tlaku nad tuto mez. Klapka se musí sama zavřít při výpadku čerpadla, aby se nepoškodila ložiska a asynchronní elektromotor.

Řešení úlohy:

Samotný výpočet probíhal v několika etapách. Nejprve byla provedena citlivostní analýza tvaru deflektoru ve 2D. V další etapě byla provedena validace natáčecího deflektoru ve 3D a určena optimální poloha pevného deflektoru.

Výsledky výpočtu a přínos pro zákazníka:

 

Výsledkem byl návrh optimální polohy a tvaru vloženého deflektoru proudu pro dosažení přídavného momentu, který udržel klapku v plovoucí poloze bez ovládacího mechanismu v případě havarijního stavu výpadku čerpadla.

Použitý software:

Software použitý pro přípravu sítě: ANSYS Gambit
Software použitý pro výpočet: ANSYS FLUENT

Komplexní pevnostní analýza odstředivky pro chemický průmysl »

Zadání úlohy a motivace:
 

design/2014/resene-ulohy/28.png

Cílem analýz je optimalizovat konstrukci odstředivky a tak, aby byly splněny dovolené limity napětí, deformací a frekvenčních pásem a zároveň došlo k úspoře materiálu převážně z nerezové oceli či speciálních slitin.

 

 

Řešení úlohy:

Jedná se o rozsáhlý výpočet celé řady konstrukčních uzlů, jako je statická analýza bubnu zatíženého otáčkami a tlakem produktu, statická analýza rotoru zatíženého nevývažkem produktu v bubnu, modální analýza k určení vlastních frekvencí a kritických otáček rotoru, pevnostní analýza vyhrnovacího mechanismu, analýza zavíracího mechanismu víka statoru a predikce nastavení podložek čepů dveří pro snadné uzavření a komplexní statická a dynamická analýza statoru odstředivky uloženého společně s přídavnou deskou na pružných tlumicích členech a zatíženého rotujícím nevývažkem produktu v bubnu.
 

Výsledky výpočtu a přínos pro zákazníka:

Simulace odhalily problematická místa konstrukce a umožnily jejich změnu již ve fázi úvodního návrhu odstředivky ještě před přípravou výrobní dokumentace a zvýšily tak celkovou kvalitu konstrukce. Zároveň umožnily zjednodušit konstrukční a výrobní provedení dílů a tedy i výsledné výrobní náklady odstředivky.
 

Použitý software:

Software použitý pro výpočet:  ANSYS Professional NLS

Analýza byla prováděna ve spolupráci se společností SULTRADE Praha, spol. s r.o., renomovaným výrobcem chemických a farmaceutických odstředivek. 

Komplexní výpočet proudění vysokotlakým stupněm parní turbíny se vstupem z přetěžovacího ventilu »

Zadání úlohy a motivace:

Cílem studie je komplexní výpočet proudění jeden a půl stupněm vysokotlakého dílu parní turbíny se vstupem od přetěžovacího ventilu se zaměřením na tento vstup a jeho možný vliv na nesymetrii proudu v kole.

Řešení úlohy:

Pro posouzení vlivu nesymetrie proudění bylo nutno modelovat celé kolo (všechny lopatky) bez uvažování možné periodicity. Dále byla modelována varianta bez vstupu z přetěžovacího ventilu a obě varianty porovnány. Proudění bylo definováno jako stacionární s uvažováním vlivu stlačitelnosti páry. 

Výsledky výpočtu a přínos pro zákazníka:

 

Výstupem tohoto projektu byl rozbor proudění a posouzení rozložení veličin v kanále vstupu, sil na lopatkách celého kola, celkový vliv na ztráty a účinnosti. Účinek vstupu od přetěžovacího ventilu v porovnání obou variant není významný.

Použitý software:

Software použitý pro přípravu sítě: ANSYS Gambit
Software použitý pro výpočet: ANSYS CFX

Kontrolní výpočet pevnosti a seizmické odolnosti zpětné klapky »

Zadání úlohy a motivace:

vProvést kontrolní výpočet pevnosti a seizmické odolnosti zpětné klapky pro jaderné elektrárny podle norem NTD ASI-sekce III a VTP87.

Řešení úlohy:

Výpočet pevnosti je proveden pro jednotlivé projektové přechodové režimy (PR) popisující změnu pracovní látky u ventilů s reaktorem VVER 440MW podle norem. Jsou provedeny výpočty nestacionárních teplotních polí, které se vyskytují v příslušných PR. Z vypočtených teplotních polí jsou vybrány časové okamžiky, ve kterých jsou zaznamenány největší teplotní gradienty. Dále jsou provedeny napěťové analýzy pro příslušné PR.

Výpočet seizmické odolnosti je stanoven na základě velikosti první vlastní frekvence. Modální analýzou je zjištěna první vlastní frekvence. Protože je vyšší než 33 Hz, je výpočet seizmické odolnosti proveden staticky a model je zatížen silami vyplývajícími ze zrychlení.

Výpočetní síť je tvořena metodou Hexa-dominant programem ANSYS Meshing tak, aby byla dodržena podmínka min. 3 elementy po tloušťce stěny tělesa.

Posouzení ventilu na statickou pevnost a seizmickou odolnost je provedeno v řezech linearizací napětí (nástroj postprocessingu), ve kterých se vyhodnocuje membránové a ohybové napětí. Výsledné napětí pro jednotlivé kategorie napětí se porovnává s limity stanoveny normou.

Výsledky výpočtu a přínos pro zákazníka:

Všechny předepsané limity pro statickou pevnost a seizmickou odolnost tělesa zpětné klapky jsou splněny. Klapka splňuje požadavky podle norem a výrobce může zpětné klapky dodávat

Použitý software:

Software použitý pro přípravu modelu a sítě: ANSYS DesignModeler, ANSYS Meshing

Software použitý pro přípravu modelu a sítě: ANSYS Mechanical

Tento článek je zveřejněn s laskavým svolením společnosti: MPower Engineering, a.s.

Návrh trakčního elektromotoru »

Zadání úlohy a motivace:

Cílem této úlohy bylo navrhnout asynchronní generátor pro vodní elektrárnu. Generátor musel splňovat podmínku danou jmenovitým výkonem, otáčkami, napětím, frekvencí a vnějším průměrem statoru s ohledem na umístění generátoru v elektrárně.

Řešení úlohy:

Pro návrh konstrukčního uspořádání generátoru byl použit analytický program vytvořený na pracovišti TechSoft Engineering. Tento návrhový program spolupracuje s programem ANSYS RMxprt, ve kterém proběhla optimalizace navržených geometrických parametrů a kontrolní výpočet charakteristik generátoru. Navržený generátor byl následně podrobněji simulován s ohledem jak na rozložení elektromagnetického pole a ztrát pomocí MKP programu ANSYS Maxwell, tak i s ohledem na jeho chlazení v ANSYS Mechanical a ANSYS Fluent.

Výsledky výpočtu a přínos pro zákazníka:

 

Výsledkem této úlohy bylo konstrukční uspořádání asynchronního generátoru, který splňuje výkonové požadavky zákazníka a je optimální s ohledem na maximální možnou účinnost. Zákazníkem standardně používaný návrhový postup generátoru byl nahrazen návrhovým programem TSE, který umožňuje efektivně navrhnout několik vhodných konstrukčních uspořádání a ty následně optimalizovat.
Navazující simulace navrženého generátoru v ANSYS Maxwell a ANSYS Mechanical/Fluent umožňuje provést detailní kontrolu stěžejních parametrů generátoru (rozložení magnetického pole, rozložení ztrát a způsob chlazení).

Použitý software:

Konstrukční návrh generátoru: Návrhový program TSE
Kontrolní výpočty, návrh vinutí a optimalizace konstrukce: ANSYS RMxprt, Optimetrics
Detailní analýza elektromagnetického pole a ztrát: ANSYS Maxwell
Teplotní analýza: ANSYS Mechanical, ANSYS Fluent

Návrh tvaru posuvné střechy automobilu »

Zadání úlohy a motivace:

V této úloze bylo úkolem navrhnout možné tvary aerodynamických spoilerů střešního plátěného okna, při výběru modifikace byl brán ohled na komfort posádky, především na odstranění nepříjemných pocitů z rychlé jízdy a turbulence v úrovni hlavy, také nebyla opomenuta estetická působivost a aerodynamická čistota tvaru.

Řešení úlohy:

Úloha byla zkoumána pro různé režimy uzavření/otevření střechy, z důvodů zmapování komfortu posádky při různých nastaveních střechy.

Výsledky výpočtu a přínos pro zákazníka:

Na základě simulací byl nalezen optimální tvar spoileru tak, aby negativní vlivy od tohoto prvku byly na řidiče a posádku co nejmenší. Z analýz vyšla také kritická rychlost, při které vznikají nežádoucí efekty na posádku, jako je aerodynamický hluk atd.

Použitý software:

 

Software použitý pro přípravu sítě: ANSYS FLUENT Meshing, TGrid
Software použitý pro výpočet: ANSYS FLUENT

 

Odprášení v ocelárenské hale I – návrh odsávací štěrbiny »

Zadání úlohy a motivace:

Cílem této analýzy bylo navrhnout odsávací štěrbinu v potrubí na střeše světlíku. Štěrbina by měla umožňovat rovnoměrné odsávání po celé její délce, přičemž odtah odsátého vzduchu v potrubí nad štěrbinou je pouze na jedné straně. Rozložení průtoku po délce štěrbiny ve světlíku použít v následné analýze pro optimalizaci procesů odprášení v pecní hale ocelárny při různých provozních režimech. Popis je uveden v dalším úloze: Odprášení v ocelárenské hale II – optimalizace procesů odprášení.

Řešení úlohy:

Na střeše pecní haly jsou umístěny akumulační světlíky, které v případě vsázky a odpichu v peci, musí zachytit výron plynů a prachových částic. Odsávané množství vzduchu a prachu musí být dostatečné a rovnoměrné po celé délce světlíku, aby nedocházelo k šíření nebo usazování plynů a částic v pecní hale.
Pecní hala obsahuje celkem 4 pece a nad každou pecí je umístěn jeden světlík. Na střeše každého světlíku je umístěno odsávací potrubí, které je se světlíkem propojeno štěrbinou. Protože špičkou střechy prochází nosníky krovu, musela být štěrbina rozdělena na dvě.

Požadované rovnoměrné rozložení průtoku podél štěrbiny je důležitých faktorem pro odprášení v pecní hale. Návrh změny tvaru a šířky štěrbiny musel tento faktor zohledňovat. O náročnosti správného návrhu štěrbiny vypovídá také to, že celková délka potrubí je 40 m, průřez 2,8 x 2,9 m a odsávané množství 500 000 Nm3/hod je jednou stranou potrubí.

Výsledky výpočtu a přínos pro zákazníka:

 

Požadovaný parametr rovnoměrnosti průtoku ± 6% po celé délce se podařilo docílit změnou šířky štěrbiny mezi jednotlivým výztužnými žebry. Tato žebra byla také využita pro snížení tlakové ztráty usměrněním proudu při výstupu ze štěrbiny do odtahového potrubí.
Na sloupcovém grafu je uvedeno rozložení průtoku po délce štěrbiny pro původní štěrbinu s konstantní šířkou (hnědá barva), rozdíl průtoku mezi začátkem a koncem potrubí je 22x. Dále je na obrázku uvedeno požadované rozložení průtoku ± 6% pro upravenou štěrbinu (modrá barva). Změny šířky štěrbiny jsou znázorněny červenou čarou.
Simulace umožnila provést několik návrhů uspořádání a tvaru štěrbiny, které by nejlépe vyhověly požadovaným parametrům. Vzhledem ke specifickým podmínkám technické realizace (krovy střechy, délka potrubí a odsávané množství) bylo provedeno několik návrhů, které zákazníkovi umožnily vybrat nejméně finančně náročné řešení se zachování požadovaných parametrů.
Rozložení průtoku po délce štěrbiny bylo použito pro navazující analýzy, která umožnila optimalizovat náklady na běh zařízení – odsávání při různých provozních podmínkách.

Použitý software:

Software použitý pro přípravu sítě: ANSYS Gambit, ANSYS Meshing, ANSYS TGrid
Software použitý pro výpočet: ANSYS FLUENT

Odprášení v ocelárenské hale II – optimalizace odvětrávání »

Zadání úlohy a motivace:

Cílem této analýzy bylo optimalizovat proces odprášení v celé ocelárenské hale se čtyřmi tandemovými pecemi. Nad každou pecí je umístěn světlík s nezávislým odsáváním vzduchu s prachem o průtoku 500 000 Nm3/hod. Optimalizace doby běhu a kombinování jednotlivých odsávání vede k výrazné úspoře nákladů – ke snížení spotřeby elektrické energie.
Optimalizace procesu odprášení navazuje na úlohu: Odprášení v ocelárenské hale I – návrh odsávací štěrbiny. V této úloze byl řešen návrh tvaru štěrbiny ve světlíku pro rovnoměrné odsávání po celé délce štěrbiny. Rozložení průtoku bylo použito jako okrajová podmínka odsávání v každém světlíku.

Řešení úlohy:

Vytvořený výpočetní model obsahoval celou pecní halu ocelárny se čtyřmi tandemovými pecemi, nad nimi umístěnými světlíky a se všemi otevřenými vraty nebo okny. Do modelu byly také zahrnuty všechny vnitřní konstrukce, které omezují proudění plynů a prachu, tj. jeřáby, pojezdové dráhy, všechny masivní nosníky, tandemové pece a rozdílná úroveň podlah haly.

Výsledky výpočtu a přínos pro zákazníka:

 

Do optimalizačního procesu byly zahrnuty různé provozní režimy pecí a návrh běhu odsávacích zařízení. Pro takto zvolené kombinace režimů byla sledována účinnost odsávání (sedání prachu zpět do haly a šíření plynů od pece do dalších oblastí haly). Např. pro běžící odsávání Ods1, Ods2, Ods3 a Ods4 byly v provozu pece:

  • Pece P4 a P2 odpich, pec P3 vsázka,
  • Pece P1 a P3 odpich, pec P2 vsázka,
  • Pece P4 a P1 odpich, pec P2 vsázka.
 

Výsledkem těchto provozních simulací je návrh efektivního běhu odsávacích zařízení, které umožní snížit náklady na provoz zařízení. Na fotografiích je uvedeno porovnání původního stavu a stavu s odsávání. Odtahové potrubí na světlíku je obarveno zeleně.

Použitý software:

Software použitý pro přípravu sítě: ANSYS Modeler, ANSYS Meshing, ANSYS TGrid
Software použitý pro výpočet: ANSYS FLUENT

Optimalizace elektromagnetického aktuátoru výhybky »

Zadání úlohy a motivace:

Cílem úlohy byla optimalizace parametrů elektromagnetického aktuátoru (počet závitů cívky a tvar jádra aktuátoru) za účelem zvýšení jeho tažné síly a snížení času závěru.

Řešení úlohy:

Úloha byla řešena jako transientní se zahrnutím mechanického pohybu jádra. Byly zkoumány různé varianty aktuátoru, které vyhovovaly předem definovaným omezením (hmotnost a rozměry zařízení).

Výsledky výpočtu a přínos pro zákazníka:

VŘešení úlohy probíhalo v programu ANSYS Maxwell. Pro tvorbu výpočetní sítě byl využit autoadaptivní generátor sítě, který je součástí programu. ANSYS Maxwell dále disponuje různými optimalizačními nástroji – parametrické a citlivostní studie, metody pro minimalizaci/maximalizaci cílové funkce.
Program ANSYS Maxwell dále umožnil do elektromagnetického výpočtu zahrnout celou řadu efektů, které mají vliv na pohyb jádra aktuátoru – nelineární materiálové vlastnosti, efekty vířivých proudů, efekty elektromagnetické indukce.
Pomocí parametrické studie byly navrženy optimální hodnoty sledovaných parametrů aktuátoru, které vedly ke snížení času závěru až o 25 % a ke vzrůstu tažné síly působící na pohyb jádra o 64 %. Optimální varianta aktuátoru měla nižší počet závitů cívky, což vedlo k nižší spotřebě mědi při výrobě tohoto zařízení a v důsledku ke snížení výsledné ceny aktuátoru.

Použitý software:

Příprava výpočetního modelu a simulace: ANSYS Maxwell

[/design/2014/resene-ulohy/21.jpg]

Optimalizace parní turbíny »

Zadání úlohy a motivace:

Cílem tohoto projektu je tvarová optimalizace rozváděcí a oběžné lopatky nízkotlakého stupně parní turbíny pomocí natáčení profilů po výšce a tangenciálního náklonu rozváděcí lopatky. Cílovou funkcí je maximální termodynamická účinnost stupně při zachování hmotnostního průtoku a reakce v patní části lopatky.

Řešení úlohy:

Optimalizace je zajištěna pomocí programů ANSYS FLUENT – CFD solver, Sculptor – morpher výpočetní sítě a iSIGHT – optimalizační nástroj. Pro optimalizaci jsou použity metody DOE a aproximace a gradientní metoda LSGRG2.

 

Ve výpočetním modelu je zahrnut i vliv tvarových změn na následující stupeň, tzn., že zvýšená účinnost se projeví na turbíně jako celku a ne pouze u optimalizovaného stupně.  

Výsledky výpočtu a přínos pro zákazníka:

 

Výsledkem optimalizace je zvýšení termodynamické účinnosti stupně o více než 1% a zachování hmotnostního průtoku a rekce na patě.

Použitý software:

Software použitý pro přípravu sítě: GridPro
Software použitý pro výpočet: ANSYS FLUENT

Optimalizace sacího ústrojí vysavače »

Zadání úlohy a motivace:

Cílem tohoto projektu byla analýza proudění stávajícího uspořádání a následný návrh tvarových úprav jednotlivých částí kompletního sacího ústrojí se všemi jeho součástmi a výstupní oblastí kolem vinutí elektromotoru pro dosažení maximální účinnosti stroje a sacího efektu.

Řešení úlohy:

Ve výpočetním modelu byl zahrnut vliv stlačitelnosti proudícího vzduchu. Úloha byla řešena pro různé provozní režimy proudění definované hmotnostním průtokem vzduchu.

Výsledky výpočtu a přínos pro zákazníka:

 

Ze studie vzešel návrh řešení ústrojí vysavače, který odstranil negativní vlivy v ústrojí. Nový návrh vykazuje vyšší sací podtlak a také vyšší účinnost. Došlo ke změně počtu rozváděcích lopatek a změně jejich křivostí. Také se ukázalo, že je možné elektromotor odlehčit snížením kroutícího momentu na rotujících částech. Celkově tedy došlo ke zlepšení stávajícího řešení agregátu.

Dále bylo také možno posoudit pomocí produktů ANSYS nejen sací a výkonovou část vysavače, ale i chlazení elektromotoru vysavače.

Použitý software:

Software použitý pro přípravu sítě: ANSYS Gambit, ANSYS TGrid
Software použitý pro výpočet: ANSYS FLUENT

Optimalizace tvaru zadní části automobilu »

Zadání úlohy a motivace:

Cílem úlohy je nalézt optimální tvar sklonu a šířky okna pátých dveří u automobilu. Optimální tvar je posuzován na základě minimalizace aerodynamického odporu a vztlaku na zadní nápravě.

Spotřebované palivo a množství vznikajících zplodin při jízdě automobilu závisí na jeho jízdním odporu. Odpor závisí na typu vozidla, resp. na jeho vnějším tvaru.

Řešení úlohy:

Optimalizace je zajištěna pomocí programu Sculptor, kde jsou prováděny tvarové modifikace metodou morphing. Optimální tvar sklonu a šířky okna pro minimální aerodynamický odpor je opačný než u tvaru s minimálním vztlak.

Problém je nutné řešit komplexně, tj. minimalizaci aerodynamického odporu společně s minimalizací vztlaku na zadní nápravě. Konečný návrh geometrie pátých dveří zahrnuje vliv obou kritérií.

Výsledky výpočtu a přínos pro zákazníka:

Došlo ke snížení aerodynamického odporu o 2,1 % a vztlaku na zadní nápravě o 41 %. Snížením těchto vlastností dochází ke zlepšení jízdních vlastností vozidla a snížení spotřeby.

Použitý software:

 

Software použitý pro přípravu sítě: ANSYS FLUENT Meshing, TGrid
Software použitý pro výpočet: ANSYS FLUENT

 

Výpočet plastického přetvoření kuželky uzavíracího ventilu »

Zadání úlohy a motivace:

Cílem výpočtu je určit úroveň plastické deformace kuželky uzavíracího ventilu v závislosti na deformaci kuželky, protože na nových kusech ventilů byly při nízkocyklovém zatěžování zaznamenány trhlinky.

Řešení úlohy:

Výpočet plastického přetvoření kuželky je proveden statickou nelineární analýzou. 3D model kuželky je zjednodušen na 2D axisymetrický model. Materiál kuželky je definován bilineárním isotropním modelem plasticity. Kontaktní rozhraní mezi kuželkou a dosedací plochou je nastaveno na kontakt bez tření a je řízen kontaktní formulací Augmented Lagrange. Výpočet uvažuje velké deformace.

Výpočetní síť je tvořena axisymetrickými 2D elementy. V okolí kontaktu je síť zjemněna.

Výsledky výpočtu a přínos pro zákazníka:

Simulace plastického chování kuželky potvrdila předpoklad přítomnosti značných plastických deformací. Na základě výpočtu může zákazník optimalizovat tvar a velikost kuželky a tím předcházet vzniku trhlinek.

 

Použitý software:

Software použitý pro přípravu sítě: ANSYS DesignModeler, ANSYS Meshing

Software použitý pro výpočet: ANSYS Mechanical

Výpočet byl proveden společností GCE s.r.o s technickou podporou TechSoft Engineering.

Výpočet externí aerodynamiky automobilu »

Zadání úlohy a motivace:

Spočítat pole proudových veličin při obtékání jedoucího automobilu vzduchem (externí aerodynamika včetně proudění do motorového prostoru).

Řešení úlohy:

Úloha je řešena jako výpočet ustáleného nestlačitelného turbulentního proudění čtyř-rovnicovým turbulentním modelem RANS. Model detailně postihuje odtržení vzduchu od povrchu kapoty, proudění pod vozidlem a v motorovém prostoru a vytvoření úplavu za vozidlem. Tlakovou ztrátu a proudění výměníky v motorovém prostoru simulují numerické náhrady.

Velikost výpočetních sítí se pohybuje v rozmezí cca 100-200 mil. buněk.

Vyhodnocením tlaků a smykového tření na stěnách všech částí vozidla je určena celková působící síla, kterou lze rozložit do jednotlivých složek (odpor a vztlak). Do silových účinků je zahrnut i příspěvek sil působících vlivem změny hybnosti na výměnících v motorovém prostoru.

Výsledky výpočtu a přínos pro zákazníka:

Při výpočtu silových účinků a průtoků měřícími rovinami se odchylka numerických výsledků od experimentálního měření pohybuje v řádu do 3%.

CFD výpočty umožňují zákazníkovi rychle posoudit nové konstrukční úpravy na exteriéru vozu a vyhodnotit jejich vliv na odporové a vztlakové síly.

Použitý software:

Software použitý pro přípravu sítě: ANSYS FLUENT Meshing, TGrid
Software použitý pro výpočet: ANSYS FLUENT

Výpočet nízkotlakého dílu parní turbíny »

Zadání úlohy a motivace:

Tento projekt je zaměřen na proudění páry v nízkotlaké části parní turbíny 1 000 MW, výpočetní oblast zahrnuje 5 NT stupňů se 3 odběry páry.

Řešení úlohy:

Kompletní nízkotlaká část je simulována v programu ANSYS CFX s párou řešenou jako reálné médium podle databáze IAPWS. Výpočetní síť je vytvořena automatickou metodou ATM v programu ANSYS TurboGrid.

Výsledky výpočtu a přínos pro zákazníka:

 

Cílem bylo nejen kvalitní řešení, ale i rychlé řešení v délce 2 týdnů. Výsledkem stacionární numerické simulace je rozložení fyzikálních veličin v jednotlivých stupních, např. entropie, Machova čísla, rychlostí atd. Součástí výstupu jsou také integrální hodnoty např. polytropická účinnost každého stupně a reakce.

Použitý software:

Software použitý pro přípravu sítě: ANSYS TurboGrid
Software použitý pro výpočet: ANSYS CFX

Výpočet odmrazování čelního skla automobilu »

Zadání úlohy a motivace:

Kvalitativně a kvantitativně popsat časový průběh odmrazování předního skla automobilu (interní aerodynamika).

Špatně průhledné výhledové plochy automobilu ohrožují bezpečnost jak posádky, tak chodců a okolo jedoucích automobilů. Vhodným tvarem defrostové mřížky lze zajistit rovnoměrné a rychlé odmrazení čelního skla.

Řešení úlohy:

Úloha je řešena jako nestacionární výpočet proudění ohřátého vzduchu uvnitř kabiny. Odmrazení vrstvy ledu je popsáno změnou skupenství led-voda vlivem přestupu a vedení tepla čelním sklem.

Velikost výpočetních sítí se pohybuje v rozmezí cca 10-20 mil. buněk.

Výsledkem je časový průběh objemového zlomku ledu na ploše čelního skla automobilu.

Pro posouzení dané konfigurace mřížky je vyhodnocena procentuální míra průhlednosti standardně definovaných výhledových ploch řidiče a spolujezdce.

Výsledky výpočtu a přínos pro zákazníka:

Numerické výsledky jsou ve shodě s experimentálními výsledky z klima komory (vizuální posouzení).

CFD výpočty umožňují zákazníkovi rychle posoudit nové konstrukční návrhy přístrojových desek a ventilačních mřížek a vyhodnotit jejich vliv na průběh odmrazování čelního skla.

Použitý software:

Software použitý pro přípravu sítě: ANSYS FLUENT Meshing, TGrid
Software použitý pro výpočet: ANSYS FLUENT

Výpočet proudění v regulačním ventilu parní turbiny »

Zadání úlohy a motivace:

Při zkušebním provozu 1000 MW parní turbíny se vyskytly problémy ve vstupním ústrojí do vysokotlaké části turbíny. Jednalo se o intenzivní hluk a vibrace potrubí, tyto nežádoucí děje byly způsobeny vysokofrekvenčními vibracemi páry. Jako zdroj vysokofrekvenčních vibrací byly odhaleny regulační ventily před vysokotlakou částí. Tento jev je zcela nežádoucí a bylo potřeba jej odstranit.

Řešení úlohy:

Výpočet proudění byl řešen na zjednodušeném periodickém segmentu v programu ANSYS FLUENT pro původní a modifikované konstrukční řešení regulačního ventilu. Ve výpočetním modelu byl zahrnut vliv stlačitelnosti proudícího vzduchu.

Výsledky výpočtu a přínos pro zákazníka:

 

Výpočty v programu ANSYS FLUENT objasnily mechanismus vzniku pulsací a na základě těchto znalostí byla navrhnuta modifikace ventilů. Nový tvar ventilů snížil pulzace mnohonásobně, u vysokých frekvencí až 19x.

Na základě CFD simulací je možné navrhovat optimální tvar regulačních ventilů parních turbín a tím předcházet nežádoucím jevům při provozu a následným nákladným odstraňovacím procesům.

Použitý software:

Software použitý pro přípravu sítě: ANSYS Gambit, ANSYS TGrid
Software použitý pro výpočet: ANSYS FLUENT

Výpočet proudění vzduchu v kabině automobilu »

Zadání úlohy a motivace:

Porozumění dějům, které se odehrávají v interiéru automobilu, je důležité pro udržení tepelného komfortu posádky během jízdy vozidla při různých povětrnostních podmínkách (teplo, zima, sucho, vlhko s kondenzací vody na skle, sluneční svit, apod.).

CFD simulace těchto úloh slouží k ověření chování navržených výstupů vzduchů (ofukovačů) a jejich poloh v kabině. Důležitá je také analýza rozvodů vzduchu ukrytých pod palubní deskou vozidla, protože vlivem zástavby pod palubní deskou mohou být rozvody tvarově nesymetrické v právě a levé polovině, a tím také dělení vzduchu může být nesymetrické.

Řešení úlohy:

Pro řešení byly vybrány dva typické uživatelské režimy a to režim vytápění a režim větrání. Sledováno bylo zejména rozložení teplot na povrchu figurín a intenzity proudů v jejich blízkosti. Výpočtová oblast neobsahovala pouze figuríny ale i přívody a odvody klimatizace a veškeré komponenty interiéru, které význačně ovlivňují proudění.

Výsledky výpočtu a přínos pro zákazníka:

Výsledkem je grafické zpracování proudění vzduchu v interiéru pro oba režimy. Proudění má symetrický tvar, tzn. řidič i spolujezdec jsou ofukováni stejně, volant proudění výrazně nenarušuje.

Na základě teplotních výpočtů lze obecně říci, že nejvyšší teploty zůstávají ve spodní polovině interiéru, tzn. prostoru pro nohy, a nejlépe je chlazena obličejová část posádky.

Metody CFD pomáhají rychle a s velkou přesností navrhnout rozmístění i tvar větrání, aby se posádka vozidla cítila co nejpříjemněji.

Použitý software:

Software použitý pro přípravu sítě: ANSYS FLUENT Meshing, TGrid
Software použitý pro výpočet: ANSYS FLUENT

Zámek oběžné lopatky nízkotlakého stupně parní turbíny – predikce nízkocyklové životnosti »

Zadání úlohy a motivace:

Závěsy oběžných lopatek nízkotlakých stupňů parních turbín jsou za provozu namáhány především nízkocyklovým režimem opakovaných startů a odstávek turbíny, kde dominantním silovým účinkem působícím na závěs oběžných lopatek, je odstředivá síla.
Cílem analýzy bylo optimalizovat tvar stromečkového závěsu oběžných lopatek nízkotlakého stupně parní turbíny tak, aby výsledná únavová životnost byla maximální při dodržení podmínek technologie výroby.

Řešení úlohy:

Optimalizace byla provedena na zjednodušeném modelu závěsu lopatky. Proměnné parametry geometrického modelu byly: poloměr zaoblení kořene zubu zámku lopatky a úhel sklonu kontaktních/dosedacích ploch závěsu. Pro každou uvažovanou variantu byla pomocí MKP vypočtena amplituda plastických deformací v kořeni zubu závěsu. Při výpočtu byl uvažován Chabocheův kinematický model zpevnění materiálu. Predikce životnosti, resp. počtu zatěžovacích cyklů do lomu byla provedena podle SWT kritéria.

Výsledky výpočtu a přínos pro zákazníka:

Výsledkem provedených simulací bylo stanovení optimálních hodnot zvolených parametrů (rozměrů) závěsu oběžné lopatky s ohledem na únavovou životnost. Dosažené výsledky bylo možné díky jednoduchému tvaru analyzovaného modelu závěsu oběžných lopatek experimentálně potvrdit a tím numerický model verifikovat a to jak s ohledem na přípravu výpočetního modelu (diskretizace geometrického modelu, aplikace okrajových podmínek a zatížení a provedení simulace), tak i s ohledem na použité materiálové vlastnosti a postupy predikce životnosti.
Takto verifikované výpočetní postupy a metody je možné následně použít při predikci životnosti skutečných závěsů oběžných lopatek parních turbín a tím minimalizovat provádění experimentálních zkoušek, které jsou jak časově, tak i finančně náročné.

 

Použitý software:

Vytvoření parametrického geometrického modelu: ANSYS DesignModeler

Výpočet namáhání materiálu závěsu oběžných lopatek: ANSYS Mechanical

Optimalizace tvaru: PragTic/ANSYS Fatigue Module/ANSYS nCode DesignLife Predikci únavové životnosti: ANSYS Mechanical/APDL + vlastní APDL skript

Parní turbína

Zámek oběžných lopatek vysokotlakého stupně parní turbíny – predikce růstu únavových trhlin »

Zadání úlohy a motivace:

Závěsy oběžných lopatek vysokotlakých stupňů parních turbín jsou za provozu namáhány především vysokocyklovým režimem vyvolaným časově proměnnými silami od proudění vodní páry, jejichž poměrně malé amplitudy jsou superponovány na odstředivé sílové účinky.
Cílem bylo analyzovat nebezpečná místa konstrukce, otvory pro čepy v zámcích lopatek, vzhledem k možnosti iniciace a případného dalšího šíření únavové trhliny.

Řešení úlohy:

Východiskem byl MKP výpočet distribuce napjatosti v otvorech a výpočet hodnot faktoru intenzity napětí K na modelových čtvrtkruhových trhlinách. Při simulacích bylo uvažováno namáhání od odstředivých sil při ustálené rotaci rotoru s úhlovou frekvencí 50 Hz a dýzové buzení od pracovního media s frekvencí 1600 Hz.
Na dosažené výsledky MKP výpočtů byly následně aplikovány teorie únavy materiálu (posouzení možnosti iniciace únavových trhlin) a lomové mechaniky (posouzení možnosti šíření iniciované únavové trhliny).
Posouzení možnosti iniciace únavových trhlin, resp. výpočet únavového poškození byl proveden pomocí speciálního programu PragTic, který byl vyvinut na Fakultě strojní ČVUT v Praze. Byla použita nově vyvinutá kritéria (Integrální kriterium a Kriterium kritické roviny) dle Papugy s hybridní formulací únavového parametru.
Analýza šíření únavové trhliny vycházela z předpokládané iniciační trhliny čtvrtkruhového tvaru v otvoru závěsu lopatky. Umístění modelové trhliny v otvoru pro čep bylo poplatné poloze maximálního radiálního napětí, přičemž předpokládaný směr šíření byl uvažován kolmý na dominantní složku napjatosti (radiální napětí indukované ustálenou rotací). Pro posouzení možnosti růstu únavové trhliny byla provedena numerická simulace podle zvoleného analytického modelu šíření trhliny (NASA FLAGRO).

Výsledky výpočtu a přínos pro zákazníka:

Z provedené analýzy možnosti iniciace únavových trhlin plyne, že v geometricky ideálních otvorech pro čepy nebude docházet k iniciaci únavových trhlin. Simulace šíření trhliny byly provedeny podle analytického modelu šíření pro iniciační trhliny o velikostech 0.1 až 5 mm. Výsledky simulací ukázaly, že k relevantnímu rozvoji trhliny dochází až pro počet cyklů, které výrazně převyšují návrhovou životnost zámků lopatek.

 

Použitý software:

Vytvoření geometrického modelu: ANSYS DesignModeler

Výpočet namáhání materiálu závěsu oběžných lopatek: ANSYS Mechanical

Predikci únavové životnosti – iniciace únavových trhlin: PragTic/ANSYS Fatigue Module/ANSYS nCode DesignLife Predikci únavové životnosti – růst únavových trhlin: vlastní skript (model NASA FLAGRO)