Tato práce se zabývá studií Simplex a SR verze původní trysky používané ve spalovací komoře malého proudového motoru. Pro lepší porozumění procesu rozprašování byl vyroben transparentní model obou trysek v měřítku 10:1. Tvorba spreje u tlakové vířivé trysky je komplexní proces dvoufázového proudění. Vnitřní a vnější proudění bylo zkoumáno pomocí Laserového Dopplerovského Anemometru a vysokorychlostní kamery při vstupních tlacích p = 0.5, 1.0 a 1.5 MPa s použitím kerosinu a p-Cymenu. Z hlediska vnitřního proudění byla provedena charakteristika vzdušného jádra a zkoumán vliv různých SFR hodnot na délku a průměr jádra. Dále byly objasněny rychlostní profily společně s jejich fluktuačními složkami vzhledem k Reynoldsovu číslu a použité kapalině. Také jednoduchý numerický model byl vyvinut k odhadu vnitřního proudění pomocí trackování částic. V případě vnějšího proudění byl zkoumán vliv vstupního tlaku na rozpadovou vzdálenost spreje a úhel kužele spreje.

Pracovní podmínky atomizérů v reálných operacích v průmyslu a zemědělství se liší od podmínek laboratorních, ve kterých jsou atomizéry testovány. Částečné přiblížení k realističtějším podmínkám nám může poskytnout použití větrného tunelu. Větrný tunel se používá k simulaci okolního proudění. Studium spreje ve větrném tunelu nám poskytne realističtější představu o chování spreje. Tato diplomová práce se zabývá návrhem malého, nízko rychlostního větrného tunelu pro experimenty s tlakovými vířivými tryskami s obtokem v příčném a podélném proudění. Existuje mnoho typů větrných tunelů, ale jako nejvhodnější typ byl zvolen otevřený, výtlačný větrný tunel s uzavřenou testovací sekcí. Výhodou jsou jeho kompaktní rozměry, ochrana částí tunelu před kapičkami spreje a poměrně jednoduchý návrh. Konstrukce větrného tunelu se skládá z několika částí, každá část je zkonstruována tak, aby bylo dosaženo co nejlepší kvality proudu v testovací sekci. Sprej je zkoumán pomocí optických metod Fázové Dopplerovské anemometrie (PDA), Laserové Dopplerovské anemometrie (LDA), Integrální laserová anemometrie (PIV) a pomocí vysokorychlostního záznamu. Tyto optické metody kladou speciální požadavky na konstrukci tunelu, především na konstrukci testovací sekce, která musí umožňovat optický přístup ke spreji a musí být pro tyto měřící techniky uzpůsobena. Rychlost v testovací sekci se pohybuje v rozmezí 0 až 40 m/s s intenzitou turbulence pod 0,7 %. V závěru práce je ukázka vizualizace spreje, v příčném proudění, pomocí vysokorychlostní kamery. Okolní proudění mění rozpadovou vzdálenost spreje, úhel kužele spreje i jeho tvar. Dochází k vymývání menších kapek, které jsou unášeny okolním proudem.

Tlakové vířivé trysky (TVT) jsou používané v mnoha aplikacích, kde je potřebná velká plocha kapek nebo kde povrch musí být nanesen kapalinou, např. spalování, sprejové chlazení nebo nanášení barev. Parametry spreje z TVT jsou úzce spojené s jejich vnitřním prouděním. Obtokové trysky vylepšují koncepci klasických TVT přítomností otvoru, skrz který může kapalina odtékat zpět do nádrže. Díky této koncepci je možné regulovat vstřikovací množství kapaliny změnou průtoku tímto otvorem, zatímco se ve vířivé komůrce udržuje vysoký tlak, který zaručí dobrou kvalitu spreje. Obtokové trysky byly historicky málo prozkoumány a jejich vnitřní proudění nebylo studováno téměř vůbec. V této práci je popsáno vnitřní proudění několika obtokových trysek jak experimentálně, tak numericky. Tato data jsou následně korelována s měřenými vlastnostmi spreje. Výsledky ukazují, že přidání obtokového otvoru silně ovlivní vnitřní proudění i v případech, kdy obtokem neproudí žádná kapalina. V některých případech se vůbec nezformuje vzdušné jádro a tím se destabilizuje výtok z trysky, čímž vznikne nestabilní sprej. Mimoosé obtokové otvory generují a stabilizují vzdušné jádro, což pomáhá formovat kapalinovou stěnu a vysoce kvalitní sprej. Nicméně některé konfigurace změnily charakter rozpadu kapalinové stěny, což se projevilo i na kvalitě spreje. Navíc regulační schopnost a stabilita spreje závisí na vzdálenosti obtokových otvorů od osy vířivé komůrky. Na závěr byla upravena neviskózní teorie, která analyticky popisuje vnitřní proudění v TVT, tak aby byla aplikovatelná i na obtokové trysky. Pomocí tohoto přístupu byla odvozena teoretická predikce výtokového součinitele a velikosti vzdušného jádra v závislosti na obtokovém poměru (SFR). Zároveň byly pro obtokové trysky upraveny empirické korelace původně odvozené pro TVT. Tato práce přináší nový vhled k porozumění vnitřního proudění obtokových trysek a její výsledky najdou uplatnění při jejich návrhu.

This doctoral thesis is focused on hydraulic design of axial turbine by CFD and FEM analyses. The results are runners with nonuniform cascades. Nonuniform runners consist of blades with different axial positions, blades with different pitch angles in runner or indifferent blades. Each runner is designed with respect to 3D printing by FDM or SLS technology and hydraulic measuring. The analyses of the excitation frequencies, modal analysis, shape of the turbine operating range, maximal efficiency, output parameters and cavitation properties are emphasized.

The goal of this diploma thesis is to design a new shape of the draft tube, which will be easier to manufacture while maintaining good strength and hydraulic properties. First part of this thesis is devoted to the formulation of the problem, description of the swirl turbine, principle of operation, the basic variants of arrangement, also the function of the draft tube, its efficiency and other formulas. In the second part of this thesis is a CFD and strength analysis of the original design, also a new design is proposed and the possibility of optimization using ANSYS Fluent Adjoint solver.

Diplomová práce se zabývá experimentální studií vlastností spreje z několika malých tlakových vířivých trysek používaných ve spalovacích komorách proudových motorů. Po desetiletí byla snaha zlepšit jejich rozprašovací charakteristiky a stále jsou možnosti, které nebyly téměř prozkoumány. Výzkum byl proveden za použití různých geometrií jednotlivých dílů trysky za účelem zjištění jejich vlivu na sprej. Byl použit různý počet vstupních portů (2, 3 a 4), různé vířivé komůrky (kulová, kuželová, konvexní, nízká kuželová) a rozdílné návrhy obtokového otvoru (osové, mimosové). Důraz byl kladen na posouzení stability spreje, kde pulzující sprej negativně ovlivňuje provozní charakteristiky spalovací komory. Vlastnosti spreje byly proměřeny fázovým dopplerovským analyzátorem, cirkulární homogenita byla hodnocena mechanickým paternátorem a rozpad kapaliny byl vizualizován pomocí jednoduchého laserového stínografu.

The flow pattern in the uphill teeming process has been found to be closely related to the quality of ingots and further to affect the yield of ingot production, which is crucial for the steel making process. The formation of non-metallic inclusion and entrapment of mold flux has been considered to be affected by the flow pattern in the gating system and molds by many previous researchers. The aim of this study is to investigate the flow pattern of steel in the gating system and molds during the initial filling stage. In addition, to study the utilization of swirl blade implemented at the bottom of the vertical runner on the improvement of initial filling condition in the mold. A three dimensional model of two molds gating system for 6.2 ton ingots from Scana Steel was adopted in the present work. A reduced geometry model including one mold and a runner, based on the method from previous researchers, was also used for comparison with the current more extensive model. Moreover, a reduced geometry model including one swirl blade and a runner was simulated to find effects of an increased-length vertical runner on the flow pattern improvement at the vertical runner outlet. Flow pattern, hump height and wall shear stress were respectively studied. A reduced geometry with homogenous inlet conditions fails to describe the fluctuating conditions present as the steel enters the mold. However, the trends are very similar when comparing the (hump height-surface height) evolution over time. The implementation of swirl blades gives a chaotic initial filling condition with a considerable amount of droplets being created when steel enters the molds during the first couple of seconds. However, a more calm filling condition with less fluctuation is achieved at the molds after a short while. Moreover, the orientation of the swirl blades affects he flow pattern of the steel. A proper placement of a swirl blade improves the initial filling conditions. The utilization of swirl blades might initially result in larger hump height. However, it gives fewer fluctuations as the casting proceeds. In the model without swirl blades, the maximum wall shear stress fluctuates with a descending trend as the filling proceeds. An implementation of swirl blades can decrease and stabilize the wall shear stress in the gating system. A special attention should be made in choosing refractory at the center stone, the horizontal runner near center stone and the vertical runner at the elbow. This is where the wall shear stress values are highest or where the exposure times are long. / QC 20120203

This thesis deals with turbulent flows in 90 degree curved pipes of circular cross-section. The flow cases investigated experimentally are turbulent flow with and without an additional motion, swirling or pulsating, superposed on the primary flow. The aim is to investigate these complex flows in detail both in terms of statistical quantities as well as vortical structures that are apparent when curvature is present. Such a flow field can contain strong secondary flow in a plane normal to the main flow direction as well as reverse flow. The motivation of the study has mainly been the presence of highly pulsating turbulent flow through complex geometries, including sharp bends, in the gas exchange system of Internal Combustion Engines (ICE). On the other hand, the industrial relevance and importance of the other type of flows were not underestimated. The geometry used was curved pipes of different curvature ratios, mounted at the exit of straight pipe sections which constituted the inflow conditions. Two experimental set ups have been used. In the first one, fully developed turbulent flow with a well defined inflow condition was fed into the pipe bend. A swirling motion could be applied in order to study the interaction between the swirl and the secondary flow induced by the bend itself. In the second set up a highly pulsating flow (up to 40 Hz) was achieved by rotating a valve located at a short distance upstream from the measurement site. In this case engine-like conditions were examined, where the turbulent flow into the bend is non-developed and the pipe bend is sharp. In addition to flow measurements, the effect of non-ideal flow conditions on the performance of a turbocharger was investigated. Three different experimental techniques were employed to study the flow field. Time-resolved stereoscopic particle image velocimetry was used in order to visualize but also quantify the secondary motions at different downstream stations from the pipe bend while combined hot-/cold-wire anemometry was used for statistical analysis. Laser Doppler velocimetry was mainly employed for validation of the aforementioned experimental methods. The three-dimensional flow field depicting varying vortical patterns has been captured under turbulent steady, swirling and pulsating flow conditions, for parameter values for which experimental evidence has been missing in literature. / QC 20120425

Indiana University-Purdue University Indianapolis (IUPUI) / This dissertation focuses on quantification of submicroscopic iron of different sizes, mineral abundance and grain size of lunar soils using Hapke's radiative transfer model. The main objective is to explore implications of these results for assessing the relative importance of solar wind implantation versus micrometeorite impacts for lunar space weathering as well as three hypotheses (solar wind deflection, comet impact and dust transport) for swirl formation on the Moon. Results from this study can help to make connections between ordinary chondritic meteorites and asteroids, and put physical and chemical constraints on heating processes in the early solar system.

No description available.