MRAČEK, P. Vliv počtu a polohy výztužných lopatek na charakteristiku Francisovy turbíny [online]. Brno: Vysoké učení technické v Brně. Fakulta strojního inženýrství. 2022.
Student se věnoval diplomové práci velmi pečlivě. Jeho přínos je odpověď na to, jak se chová vazba vzájemné polohy výztužných a rozváděcích lopatek v návrhovém (optimálním) bodě turbiny, která z pevnostních důvodů výztužné lopatky potřebuje. Využitelnost v praxi je vysoká, zejména při výzkumu hydrauliky proudění v rozvaděči s předřazenou lopatkovou mříží výztužných lopatek. Práce je na velmi dobré grafické a textové úrovni. Diplomant splnil zadání práce a já ji doporučuji k obhajobě.
| Kritérium | Známka | Body | Slovní hodnocení |
|---|---|---|---|
| Splnění požadavků a cílů zadání | A | ||
| Postup a rozsah řešení, adekvátnost použitých metod | A | ||
| Vlastní přínos a originalita | A | ||
| Schopnost interpretovat dosažené výsledky a vyvozovat z nich závěry | A | ||
| Využitelnost výsledků v praxi nebo teorii | A | ||
| Logické uspořádání práce a formální náležitosti | A | ||
| Grafická, stylistická úprava a pravopis | A | ||
| Práce s literaturou včetně citací | B | ||
| Samostatnost studenta při zpracování tématu | A |
Diplomová práce je zaměřena na studium možnosti zlepšení energetických parametrů Francisovy turbíny, především hydraulické účinnosti, změnou vzájemného pootočení dvou stacionárních lopatkových mříží, a to mříže výztužných a mříže rozváděcích lopatek. Dále byl zkoumán vliv počtu výztužných lopatek na hydraulické ztráty, analyzovány byly varianty 20 a 10 výztužných lopatek. Z praktických důvodů byly zvoleny reálné profily lopatkových mříží instalovaných na Francisově turbíně VE Lipno I. V úvodu se autor zabývá důležitostí využití potenciálu vodní energie a popisuje funkci a hlavní komponenty Francisovy turbíny všeobecně a dále parametry vodní elektrárny Lipno I. Následuje výčet rovnic popisujících turbulentní proudění. Pro analýzu geometrie bylo zvoleno konstantní úhlové otevření rozváděcích lopatek 20°, což odpovídá pracovnímu bodu nad optimem charakteristiky při maximálním výkonu turbíny. Následně autor přistupuje k popisu přípravy geometrie pro výpočtový model. Pro CFD analýzu v programu Ansys Fluent byl zvolen 2D výpočtový model jednoho lopatkového kanálu s využitím periodických okrajových podmínek. Výpočtová oblast je uvažována s určitým přesahem před výztužné a za rozváděcí lopatky. Pro prvkování byl využit program Ansys Meshing, výpočtová oblast byla manuálně rozdělena na několik podoblastí pro zaručení kvalitní po částech strukturované výpočetní sítě. Dvourozměrná úloha umožnila zajistit velmi kvalitní výpočetní síť při rozumném počtu výpočtových buněk, čehož diplomant plně využil. Výpočty proběhly v měřítko prototypu, takže jsou na výpočetní síť kladeny výrazně vyšší nároky. Okrajové podmínky byly určeny z hodnoty spádu a výkonu turbíny VE Lipno I. Pro analýzu velikosti hydraulických ztrát byla provedena stacionární simulace s krokem pootočení lopatkové mříže rozváděcích lopatek 2° a s následným zjemněním tohoto kroku v oblasti minimálních hydraulických ztrát, to vše pro dva různé počty výztužných lopatek. Maximální rozdíl ve ztrátách mezi jednotlivými variantami pootočení a počtu lopatek činil cca. 0,2 %. Z důvodu zlepšení konvergence a realističtějšího podchycení úplavů za lopatkami se diplomant rozhodl provést nestacionární simulace proudění. Kromě zvýšení analyzovaných ztrát se podařilo velice pěkně namodelovat Karmánovu vírovou stezku za oběma lopatkami. Základně zvolený model turbulence SST k- však tento nestacionární děj při určitých konfiguracích zatlumil, což bylo vyřešeno použitím hybridního modelu SBES. Grafické zobrazení výsledků je velmi názorné. S využitím výsledků nestacionární simulace bylo vyhodnoceno cyklické zatížení rozváděcí lopatky způsobené průchodem Karmánových vírů. Fluktuace zatěžovací síly na rozváděcí lopatku dosahovala hodnot až ±4% své hodnoty, což je poměrně hodně. Pomocí FFT analýzy byly určeny frekvence a amplitudy zatížení jak od stezky za výztužnou, tak od stezky za rozváděcí lopatkou.
| Kritérium | Známka | Body | Slovní hodnocení |
|---|---|---|---|
| Splnění požadavků a cílů zadání | A | ||
| Postup a rozsah řešení, adekvátnost použitých metod | B | ||
| Vlastní přínos a originalita | B | ||
| Schopnost interpretovat dosaž. výsledky a vyvozovat z nich závěry | B | ||
| Využitelnost výsledků v praxi nebo teorii | B | ||
| Logické uspořádání práce a formální náležitosti | B | ||
| Grafická, stylistická úprava a pravopis | B | ||
| Práce s literaturou včetně citací | B |
eVSKP id 140633