ŠVAŇHAL, R. Vírové struktury s kavitujícím jádrem [online]. Brno: Vysoké učení technické v Brně. Fakulta strojního inženýrství. 2010.

Posudek vedoucího

Rudolf, Pavel

Autor DP se zabývá vznikem a chováním kavitující struktury v jádru víru. Jde o část výzkumu aktuálně probíhajícího na Odboru fluidního inženýrství V. Kaplana, který se týká vírového copu v sacích troubách vodních turbín. V úvodu autor rozebírá proč je důležité se daným jevem zabývat a kde jsou výsledky využitelné. Tato kapitola by mohla být obsažnější, včetně rozboru již provedených měření na savkách turbín (např. práce Resigy, Ciocana a dalších). Důležitá je kapitola týkající se analýzy dvourozměrného rychlostního a tlakového pole. Autor správně sestavuje systém základních diferenciálních rovnic pro popis daného problému a dále zavádí nezbytné předpoklady a zjednodušení. Je prezentováno k jakému poklesu tlaku na ose válcové sací trouby dochází v závislosti na rozložení tangenciální (obvodové) složky rychlosti. Důsledkem poklesu tlaku je vznik oblasti vyplněné nasycenými parami. Stěžejní část DP je věnována rozboru spektrálních vlastností proudění s kavitující vírovou strukturou na základě experimentálního výzkumu. Zaměřuje se na frekvenční rozsah od 0 Hz až do 100 kHz. Je nutné zdůraznit, že se jedná o první výsledky, které byly pro tak široký frekvenční rozsah doposud měřeny. S tím jsou spojeny i problémy, které jsou v práci zadokumentovány. Např. rušení na velmi vysokých frekvencích vlivem frekvenčního měniče a dalších elektrických zařízení. Autor se snaží i o detekci frekvencí způsobených rotací oběžného kola i frekvencí lopatkových. I tak jsou spektra poměrně hodně zašuměněná, bez výrazných peaků. Nicméně se projevuje velmi nízká frekvence (blízká frekvenci vírového copu v sací troubě vodní turbíny) s velkou pravděpodobností způsobená nestabilitou vírového proudění. Budoucí výzkum se bude muset soustředit na zpřesnění experimentální metody (např. filtrace ruchů) a důkladnější analýzu dalších významnějších frekvencí. Výsledky CFD analýz jsou, vzhledem k rozsahu zadání, prezentovány spíše okrajově s použitím jednodušších modelů turbulence a pouze pro stacionární proudění. Nicméně potvrzují vznik kavitující struktury kvalitativně odpovídající experimentální vizualizaci. Diplomant ve své práci splnil všechny body zadání. Diplomovou práci doporučuji k obhajobě. Připomínky: - rychlost vypočítaná dle vztahu (2.3) je vyjádřena špatně - na str. 29 by mělo být v závorce uvedeno: (dle rovnice kontinuity a rovnice Bernoulliho) - na str.32 by mělo být správně napsáno, že se vyskytují i významné frekvence vyšší než 30 kHz (graf 3), ale tyto jsou již způsobeny elektrickým rušením. - úvaha na str. 34 o vzniku kavitace je chybná. Při zjišťování poklesu tlaku v důsledku axiální rychlosti je nutné vycházet z Bernoulliho rovnice, nikoli ze vztahu na str. 34 dole Dotazy: Myslíte, že je možné za použití komerčních CFD programů zjistit i velmi vysoké frekvence (v řádu tisíců hertzů) související s kmitáním kavitující vírové struktury, které byly zaznamenány experimentálně?

Posudek oponenta

Štigler, Jaroslav

Student pracoval na velmi zajímavém a aktuálním tématu. Postup řešení by se dal podle jeho diplomové práce rozdělit do následujících kroků Teoretická část - v této části se zabývá objasněním jevu kavitace, výpočtem změny tlaku v radiálním směru u víru pro různé modely víru. Experimentální část - v této části jsou prezentovány výsledky měření tlakových pulsací vyvolaných kavitujícím jádrem víru. Numerické modelování - v této částí je proveden pokus o dvoufázové modelování proudění s kavitujícím jádrem víru. V postupu řešení mi chybí zmínka o rešerši ohledně daného problému. Jestli už někdo podobnou problematiku řešil, případně s jakým výsledkem. V teoretické části se student dopustil matematických chyb při vyjadřování kritické rychlosti z Bernoulliho rovnice. (str. 15). Dále se zabývá změnou tlaku u víru v radiálním směru. Je škoda, že nebyl mezi použitými modely víru zahrnut také model víru založený na definovaném rozložení hustoty vířivosti v jádru víru. Tento model je velice blízký modelu víru podle Lamb-Oseena, ale má výhodu v tom, že je možné najít analytické řešení počítaných integrálů. Experimentální část je díky nevhodnému značení měřených tlaků mírně nepřehledná. Celkem byly měřeny tlaky na čtyřech místech. V tabulkách i v textu se však tyto místa rozlišují pouze indexem 1 a 2, to je trochu matoucí. V kapitole j 5.3 se objevují nejasné úvahy o poklesu tlaku vlivem axiální rychlosti. Je zajímavé jak má na vyhodnocování frekvenčně amplitudové charakteristiky vliv měřítko v ose kde je vynášena frekvence. Z uvedených grafů je patrné, že pro nižší frekvence je výhodnější používat logaritmické měřítko. Část kde se student zabývá numerickým modelováním proudění s kavitujícím vírovým jádrem je poměrně stručná. Je třeba vyzvednou, že se podařilo toto proudění namodelovat jako dvoufázové. V textu se objevují různé překlepy, ale jinak je práce po grafické stránce na dobré úrovni. Z uvedené diplomové práce vyplývá, že daný problém byl řešen narychlo. Jednotlivé oblasti řešení by vyžadovaly důkladnější zpracování. Závěrem je možné říci, že přes již zmíněné nedostatky, autor této práce prokázal schopnost řešit zadaný problém na dobré úrovni, a to jak z pohledu teoretického, experimentálního tak i s využitím numerického modelování proudění. Proto souhlasím, po úspěšné obhajobě a úspěšném absolvování státní závěrečné zkoušky, s udělením titulu inženýr.

eVSKP id 29630