This thesis is devoted to the design of hydraulic retarder, with emphasis on CFD simulation. The thesis is based on simulation of flow in hydraulic retarder with included transformation of heat. The generation of heat at breaking with hydraulic retarder significantly influences amount of created moment. With use of simulations the anticipated breaking moment emerging on break of a spinning wheel from the design is verified. A group of brake models, in which the hydraulic break belongs to, is introduced in the beginning chapters. This following chapter focuses on design of simulation model that corresponds with the process of breaking. Simple 1D mathematical model for filling the brake with oil using compressed air is introduced.

Ventilation systems for depositories have certain specifics. Their main objective is to provide safe environment for preserving unique cultural or other valuable objects that are being stored for extensive time periods. The economical aspect of the operation should be taken into ac-count and the ventilation system adjusted accordingly. This project also incorporates ventila-tion of secondary areas. Ventilation system is subsequently assessed in terms of indoor air quality (CFD simulation) and energetic requirements (program TRNSYS). Air quality in depositories is evaluated using age of air parameter. The qualitative and quanti-tative outcomes are obtained. Possible measures are then suggested to improve the air quality. The objective of energy simulation is to evaluate overall energy required for a year of opera-tion of main air handling units. In addition, estimation of energy requirements for heating and cooling are made for the whole building. The results are compared and more simulations are carried out in order to lower overall energy consumption.

The master’sthesis deals with numerical modelling of aerodynamic noisewhich arisesinside of the carcabin. In the first part ofthe thesis simplified model of geometry of the car and of the inside acoustic pressure arecreated. After that numerical analysis of created models of geometry are doneandvarious models of turbulenceare discussed. The results of these CFD simulationswhere then used for changing the model of geometry of the wing mirror. Outputs of these simulations were used for solving the numerical analysis of noise in the car cabin.

Tento projekt se zabývá optimalizací chladicích kanálků nového vrtáku navrženého společností SECO Tools pro obrábění titanové slitiny Ti-6Al-4V. Cílem tohoto projektu je optimalizovat průměr a polohu chladicích kanálků na hřbetu tak, aby se snížila teplota vrtáku a tím i životnost nástroje. Nový vrták je použit pro provedení vrtacích zkoušek s použitím konvenční řezné kapaliny (emulze s 7% koncentrací) při tlaku 40 barů. Získané výsledky jsou porovnány s výsledky získanými pomocí dostupného standardního vrtáku od společnosti SECO Tools pro vrtání obrobku Ti-6Al-4V. Teplotní CFD model je vytvořen pro různé hodnoty vstupních tlaků kapaliny pomocí turbulentího modelu k- SST a tepelného zatížení vypočítaného na základě vrtacích zkoušek. Výsledky pro standardní a prototypové vrtáky jsou navzájem porovnávány, s ohledem na průtok, teplotu vrtáku, rychlost kapaliny a přenos tepla do MWF. Následně je model použit k ověření optimalizovaných návrhů.

The task of this master´s thesis is an evaluation of warm-air heating system in a low energy family house from the viewpoint of thermal comfort during winter season. The CFD simulation using CCM+ code was used for this purpose. The environment parameters in the central living room were evaluated for two variants – with underfloor heating and without it. The thermal comfort was evaluated using indices according ČSN EN ISO 7730 standard.

The aim of this thesis is to provide research into turbocharger regulation, and analyze the force load of vanes in the VNT mechanism of Garrett turbocharger by CFD simulation. In the thesis there is one model with two different mesh densities. It describes the relevance of supercharging vehicle engines and the kinds of supercharging aggregates in the introduction. Then, the thesis is divided into two chapters. The first chapter provides research, describing primary principle of supercharging, turbocharger construction and kinds of air regulation. The practical part of the thesis solves the force load of VNT mechanisms. It was necessary to optimalize the 3D Garrett turbocharger model, create two meshes with different element densities, specify boundary conditions and analyse the results of both cases. A general description of solved problems, comparison of results of force load vanes and propose simplifying and verifying the CFD calculation are included in the conclusion.

Directional control valves are widely used in hydraulic systems to control the flow direction and the flow rate. In order to design an actuator for such a valve a preliminary analysis of forces acting on the spool is necessary. The dominant axial force is the so called steady flow force, which is analysed within this study. For this purpose a 2/2-way spool valve with a sharp control edge was manufactured and investigated. CFD simulations were carried out to visualize the fluid flow inside the valve. The measured and simulated axial forces and pressure drops across the test valve are compared and show good qualitative correlation. However, the simulated values of axial forces are in average by 32 % lower compared with the measured ones. Therefore, the components of the axial force were scrutinized revealing a dominancy of the pressure force acting on ring areas in the spool chamber. Although CFD simulations are preferably used to save resources, the results of this study emphasise the importance of the experiments.

The works aimed at the further development and validation of models for CFD codes. For this reason, the new thermal-hydraulic test facility TOPFLOW was erected and equipped with wire-mesh sensors with high spatial and time resolution. Vertical test sections with nominal diameters of DN50 and DN200 operating with air-water as well as steam-water two-phase flows provided results on the evaluation of flow patterns, on the be¬haviour of the interfacial area as well as on interfacial momentum and heat transfer. The validation of the CFD-code for complex geometries was carried out using 3D void fraction and velocity distributions obtained in an experiment with an asymmetric obstacle in the large DN200 test section. With respect to free surface flows, stratified co- and counter-current flows as well as slug flows were studied in two horizontal test channels made from acrylic glass. Post-test calculations of these experiments succeeded in predicting the slug formation process. Corresponding to the main goal of the project, the experimental data was used for the model development. For vertical flows, the emphasis was put on lateral bubble forces (e.g. lift force). Different constitutive laws were tested using a Multi Bubble Size Class Test Solver that has been developed for this purpose. Basing on the results a generalized inhomogeneous Multiple Size Group (MUSIG) Model has been proposed and implemented into the CFD code CFX (ANSYS). Validation calculations with the new code resulted in the conclusion that particularly the models for bubble coalescence and fragmentation need further optimisation. Studies of single effects, like the assessment of turbulent dissipation in a bubbly flow and the analysis of trajectories of single bubbles near the wall, supplied other important results of the project.

Ziel der Arbeiten war die Weiterentwicklung und Validierung von Modellen in CFD-Codes. Hierzu wurde am FZD die thermohydraulische Versuchsanlage TOPFLOW aufgebaut und mit räumlich und zeitlich hochauflösenden Gittersensoren ausgestattet. Vertikale Teststrecken mit Nenndurchmessern von DN50 bzw. DN200 für Luft/Wasser- sowie Dampf/Wasser-Strömungen lieferten Ergebnisse zur Entwicklung von Strömungsformen, zum Verhalten der Zwischenphasengrenzfläche sowie zum Wärme- und Impulsaustausch zwischen den Phasen. Die Validierung des CFD-Codes in komplexen Geometrien erfolgte anhand von 3D Gasgehalts- und Geschwindigkeitsfeldern, die bei Umströmung eines asymmetrischen Hindernisses auftreten, das in der Teststrecke DN200 eingebaut war. Im Hinblick auf Strömungen mit freier Oberfläche untersuchte das FZD in zwei horizontalen Acrylglas-Kanälen geschichtete Zweiphasenströmungen im Gleich- bzw. Gegenstrom sowie Schwallströmungen. Bei den Nachrechnungen dieser Versuche gelang die Simulation der Schwallentstehung. Entsprechend des Projektziels wurden die experimentellen Ergebnisse zur Modellentwicklung genutzt. Bei vertikalen Strömungen stand die Wirkung der lateralen Blasenkräfte (z.B. Liftkraft) im Vordergrund. Zum Test unterschiedlicher Modellansätze wurde hierzu ein Mehrblasenklassen-Testsolver entwickelt und genutzt. Darauf aufbauend wurde ein neues Konzept für ein Mehrblasenklassenmodell, das Inhomogene MUSIG Modell erarbeitet und in den kommerziellen CFD Code CFX (ANSYS) implementiert. Bei Validierungsrechnungen zeigte sich, dass vor allem die Blasenkoaleszenz- und -zerfallsmodelle weiter optimiert werden müssen. Untersuchungen zu Einzeleffekten, wie z.B. die Abschätzung von Turbulenzkoeffizienten und die Analyse der Trajektoren von Einzelblasen in unmittelbarer Wandnähe, lieferten weitere wichtige Ergebnisse des Projekts.

Aufgrund der CO2-Neutralität regenerativ erzeugter Kraftstoffe rücken diese vermehrt in den Fokus der Forschung. Einen Kraftstoff mit signifikanten Vorteilen stellt hierbei das Biogas dar. Ein bis zu 30 % geringerer CO2-Ausstoß im Vergleich zu langkettigen Kraftstoffen und ein höherer Wirkungsgrad sind hier zu nennen. Daneben besteht Biogas aus 50 % - 75 % Methan und hat dadurch einen um 45 % geringeren Heizwert als Ottokraftstoffe. Zusätzlich liegt es bereits gasförmig vor und kann somit nicht zur Innenkühlung des Motors beitragen. Dies zusammen führt zu einem signifikanten Leistungsverlust bei der Verwendung als Kraftstoff. Um diesem Leistungsverlust entgegenzuwirken, müssen großvolumige Verbrennungsmotoren eingesetzt werden. Dies steht aber nicht nur im Widerspruch zur ressourcenschonenden und energiesparenden Herstellung, sondern hat auch bezogen auf den mobilen Einsatz negative Auswirkungen auf die zu bewegende Masse und folglich auf das Emittierte CO2. Eine Vielzahl an Maßnahmen wurde bereits zur Steigerung der Leistung bei gleichbleibendem oder auch sinkendem Hubraum betrieben. Hier sind vor allem neue Einspritz- und Aufladesysteme zu nennen. Eine weitere Möglichkeit stellt die Reduzierung der Arbeitstakte dar. Ein Viertaktmotor benötigt für ein Arbeitsspiel zwei Kurbelwellenumdrehungen, ein Zweitaktmotor hingegen eine. So können innerhalb der gleichen Zeit doppelt so viele Arbeitsspiele stattfinden und somit die Leistung deutlich gesteigert werden. Schnelllaufende Zweitaktmotoren haben aber bedingt durch das verbreitete Konzept der Umkehrspülung einen erhöhten Ausstoß an unverbrannten Kohlenwasserstoffen. Diese werden zum einen während des offenen Ladungswechsels, wenn Ein- und Auslassschlitze im unteren Totpunkt geöffnet sind, und zum anderen, wenn der Einlass bereits verschlossen und der Auslass noch geöffnet, ist emittiert. Der Vergleich verschiedener Motorkonzepte zeigt, dass der Doppelkolbenmotor arbeitend nach dem Zweitaktprinzip den Ausstoß an unverbrannten Kohlenwasserstoffen signifikant reduzieren könnte. Beim Doppelkolbenmotor teilen sich zwei vertikal angeordnete Zylinder einen Brennraum. Der eine Zylinder beinhaltet im unteren Totpunkt die Einlass- der andere die Auslassschlitze. Die jeweiligen Kolben werden über ein Zollerpleuel bestehend aus Haupt- und Nebenpleuel mit der Kurbelwelle verbunden. Dieser spezielle Pleuel ermöglicht das Vorrauseilen des Auslasskolbens und verhindert somit den für andere Konzepte typischen Ausstoß von unverbrannten Kohlenwasserstoffen bei bereits geschlossenen Einlass- und noch geöffneten Auslassschlitzen. Die Verluste während des offenen Ladungswechsels sollen durch die Trennwand der beiden Zylinder reduziert werden. Dieses Konzept wurde von Prof. Dr.-Ing Frank Rieg übernommen und in Form eines Prototyps umgesetzt. Mit modernster Motorregelung am Prüfstand auf der einen und Simulationssoftware auf der anderen Seite soll das Potential des Motorkonzeptes untersucht werden. Besonderes Augenmerk liegt hierbei auf der Abbildung und Optimierung des Ladungswechsels unter Zuhilfenahme eines numerischen Strömungssimulationsmodells. Ziel ist es, die Querschnittsflächen wie auch Anstellwinkel der Ein- und Auslassschlitze zu optimieren. Dabei sollen der Spüldruck sowie die Spülverluste möglichst klein und gleichzeitig die Zylinderfüllung mit Frischgas möglichst groß sein. Danach erfolgt der Vergleich der Simulationsergebnisse am Prototypen und die Gegenüberstellung mit einem Viertaktmotor der gleichen Hubraumklasse.