PÁRAL, F. Optimalizace proudnice pro požární sport [online]. Brno: Vysoké učení technické v Brně. Fakulta strojního inženýrství. 2019.

Posudek vedoucího

Fialová, Simona

Bakalářská práce se zabývá tématem návrhu proudnice pro požární sport. Kromě vysvětlení techniky a základních požadavků na tento typ zařízení je zaměřena zejména na optimalizaci. Rešeršní část obsahuje všechny komerčně dostupné typy proudnic a analyzuje jejich výhody a nevýhody v praktickém použití. Větší část práce je věnována analýze skutečných jevů, které v těchto proudnicích probíhají a to použitím matematických simulací v komerčně dostupném softwaru Ansys Fluent. Zde je třeba vyzdvihnout velikou píli studenta, který si sám nastudoval použití softwaru ke tvorbě výpočetní sítě a prováděl výpočty proudění včetně analýzy použitelnosti jednotlivých modelů turbulencí. Tato činnost zcela převyšuje rámec studia bakalářského programu a student se jí zhostil s nevídaným zapálením. Všechny dostupné proudnice namodeloval a na základě získaných rychlostních a tlakových polí nalezl jejich slabá místa. Využitím softwaru k modelování proudění a pochopením fyzikálních zákonitostí proudění dokázal navrhnout vlastní geometrii proudnice, která se chyb ostatních vyvarovala a rychlostní a tlaková pole zajišťují hladký průtok kapaliny. Společně s teoretickým návrhem proudnice student vypracoval výrobní dokumentaci a nechal model vyrobit na 3D tiskárně. Tento také prakticky vyzkoušel a potvrdil výhodu hladkých průběhů tlakových polí na zpětný ráz. Díky velké časové náročnosti výpočtů se nedostal dál se stabilizací výstupního proudu, ale už v závěru bakalářské práce možnosti stabilizace dobře okomentoval a stanovil i další náplň vhodnou k dopracování v rámci práce diplomové. Výstupem vlastní práce je také funkční vzorek a užitný vzor na danou geometrii. Bakalářská práce je na vynikající úrovni, naprosto vystihující zadání a více než splňující vytyčené cíle. Také formální úprava a využití dostupné literatury je adekvátní obsahové náplni práce. Bakalářskou práci doporučuji k obhajobě.

Posudek oponenta

Klas, Roman

V úvodu práce se bakalant zabýval problematikou hasičského sportu, popisem soutěžní tratě, jednotlivých komponent a rešerší vyráběných proudnic. Je možné říci, že zmíněný popis byl dostatečně detailní, ale v některých ohledech se až přespříliš zabýval rozborem soutěžních disciplín. Bylo by v té souvislosti vhodné pokusit se rozšířit rešeršní část např. o případné zahraniční výrobky, byť není zcela zřejmé, do jaké míry je hasičský sport specifikem ČR. V navazující části týkající se analýzy stávajících tvarů proudnic využil student CFD simulace s řešičem ANSYS Fluent. V analýze sledoval především kontury rychlostí a rozložení tlaků v proudnici. Na podkladě rozboru proudového pole poté bakalant přistoupil k prvotnímu návrhu a k základní optimalizaci proudnice. V analýze použité metody řešení sice přesahují běžné znalosti studentů třetího ročníku FSI, ale i tak je nutné zmínit některé nedostatky, kterých by bylo vhodné se v případném dalším rozboru vyvarovat. Simulovaná úloha byla řešena jako stacionární, přestože jedním z kritérií návrhu proudnice byla eliminace zpětných rázů, které by svou podstatou měly spadat do oblasti nestacionárního proudění. I když je zřejmá a pochopitelná idea posouzení vhodnosti návrhu na základě průběhů časově nezávislých statických tlaků, z hlediska komplexního řešení úlohy by bylo do budoucna vhodné nestacionární děje uvažovat. Ostatně i na podkladě základního matematicko fyzikálního modelu síly působící na obtékané či protékané těleso mající podobu věty o změně hybnosti s či bez uvažování nestacionárních dějů, lze vliv jednotlivých fyzikálních veličin a nestacionarit na velikost síly působící na hasičskou proudnici pozorovat. V samotné CFD simulaci bývá nastavení úlohy, kvalita a struktura výpočetní sítě rozhodující z hlediska věrnosti dosažených výsledků. Zvolený model turbulence k- SST sice dává dobrou predikci separace proudu a zavíření, ale jeho korektní použití je podmíněno velikostí parametru wall y+, jehož hodnota by měla být menší než jedna nebo na základě zkušeností maximálně na úrovni pět až sedm. Bylo sice uvedeno, že výpočetní síť byla testována vzhledem k neměnnosti dosahovaných výsledků, ale to může znamenat pouze to, že k iniciaci odpovídajícího proudění v dané oblasti zatím nedošlo. Rovněž není dostatečně zřejmé, jak vypadala vstupní oblast do proudnice, na které by se měla nacházet okrajová podmínka pressure inlet. Okrajové podmínky mohou negativně ovlivnit proudění v oblasti, protože ve svém základním nastavení nerespektují skutečný charakter proudového pole. Proto se doporučuje umístění okrajových podmínek ve vzdálenosti alespoň deseti až patnáctinásobku hydraulického průměru od výpočetní oblasti. Je však nutné zmínit, že vzhledem k velikosti vstupního tlaku na úrovni 1.8MPa, může být případná chyba nevhodně umístěné vstupní podmínky menší. Pozice výstupní okrajové podmínky je vzhledem k výtoku kapaliny do atmosféry akceptovatelná. S okrajovými podmínkami souvisí i volba jejich typu. Bylo uvedeno, že ve 2D simulaci byla pro osu symetrie použita podmínka axis a podmínka či podmínky symmetry v 3D simulaci. Význam podmínky symmetry v 3D simulaci není zřejmý. V hydraulickém profilu kruhového průřezu nemá opodstatněný a v případě neúplné 3D simulace s uvažováním např. poloviny průřezu zase chybí důvodný předpoklad o jiném než rotačně symetrickém proudění. Rozdíl mezi 2D a 3D simulací by tak neměl být prakticky žádný. Je také na škodu, že v závěru zmíněná výroba a testování proudnice nebyly v práci detailně popsány např. na úkor úvodního popisu hasičského sportu. Vytknout lze také některé neúplnosti v popisu hydraulických parametrů, kdy z přiložených vyobrazení není zřejmé, zda prezentované rychlosti jsou axiální, radiální či absolutní, tlaky statické nebo totální. Bylo by přínosné zvážit i zachycení vektorového pole absolutních rychlostí místo pouhých kontur. Po formální stránce však práce obsahuje jen mizivé množství pravopisných chyb a je také dobře strukturovaná. Bakalářskou práci proto doporučuji k obhajobě.

eVSKP id 116997