Modelování vtokových vírů

Abstract

V diplomové práci jsou shrnuty základní pravidla návrhu čerpacích jímek. Dále byly rozebrány matematické modely vírů a metody k jejich určování a vizualizaci. Následně se autor zaměřil na numerické modelování pomocí CFD metod. Jsou zde rozebrány základní poznatky o jednofázovém a dvoufázovém modelování pomocí metody Volume of Fluid s aplikací na hladinové víry v programu OpenFOAM a ANSYS Fluent. Dále se autor v práci zaměřuje na rešerši vhodných turbulentních modelů a porovnání jejich výsledků na jednoduchém verifikačním příkladu. V práci byla úspěšně verifikována jednofázová metoda na určování délky vzduchového jádra hladinového víru. Na stejném příkladu byla verifikována i dvoufázová simulace v programu OpenFOAM a ANSYS Fluent. Výsledky obou řešičů a metod byly mezi sebou porovnány. Dosažené poznatky byly použity k návrhu experimentální nádrže s geometrii podobnou průmyslovým čerpacím jímkám. Byla vytvořena mapa výskytů hladinových vírů pro různé provozní body. Jeden provozní bod s výskytem vírů byl přepočítán jednofázovou a dvoufázovou metodou. Bylo dosaženo pouze částečné shody experimentu s numerickým modelem.This paper covers information research of basic design rules of industrial wet sumps. It describes mathematical models of vortices and method for their identification and visualization. Then the author focuses on CFD modeling of surface vortices with single phase and multiphase approach with Volume of Fluid method. Basic principles of multiphase CFD modelling in OpenFOAM and ANSYS Fluent are given. Description and benchmarking of suitable turbulence models is also present. The single phase and multiphase approach were successfully validated for a simple test case of bathtub surface vortex. Satisfactory agreement with experimental data was achieved. The accuracy and behavior of both solvers were compared between each other. This gives us useful tool for evaluation of inflow condition and danger of surface vortex occurrence in wet sumps. The acquired knowledges were used to design an experimental test case with geometry similar to industrial wet sump. A map of surface vortex occurrence has been created for different operating points. One of the operating point has been used for numerical simulation (both single phase and multiphase). Partial agreement with experimental observation has been achieved.