Detail předmětu

Tekutinové stroje I

FSI-MS1 Ak. rok: 2025/2026 Zimní semestr

Předmět je zaměřen na hydraulické návrhy průtočných částí čerpadel a turbin, tj. oběžných kol, spirál, rozvaděčů, seznámení se s chováním strojů při změně provozu, s kavitačními jevy, se vznikem axiální a radiální síly a s jejich eliminací. Je zaměřen na hydraulickou koncepci tekutinového stroje na zadané parametry.

Jazyk výuky

čeština

Počet kreditů

6

Garant předmětu

doc. Ing. Miloslav Haluza, CSc.

Zajišťuje ústav

Energetický ústav

Vstupní znalosti

Student musí ovládat základy hydromechaniky, zejména část o základních principech práce tekutinových strojů.

Pravidla hodnocení a ukončení předmětu

Podmínky zápočtu : účast a písemné vypracování zadaných výpočtových postupů u vybraných zadání.
Zkouška se skládá z písemné a ústní části.
Účast na cvičeních je povinná. Příp. neúčast se nahrazuje zadáním zvláštního úkolu.

Učební cíle

Cíl předmětu je příprava posluchače na porozumění hydraulickému návrhu základních částí tekutinového stroje (čerpadla, turbiny) a jejich dalších částí (spirály, rozvaděče), chování strojů při provozních změnách, vzniku kavitace, radiální a axiální síly, charakteristice tekutinového stroje.
Student porozumí základním principům kvalitního hydraulického návrhu tekutinového stroje.

Použití předmětu ve studijních plánech

Program N-SUE-P: Výpočtové simulace pro udržitelnou energetiku, magisterský navazující, povinně volitelný

Program N-ETI-P: Energetické a termofluidní inženýrství, magisterský navazující
specializace FLI: Fluidní inženýrství, povinný

Typ (způsob) výuky

 

Přednáška

39 hod., nepovinná

Osnova


  1. Rotující kanál a výpočet dopravní výšky oběžného kola

  2. Chování čerpadel při změně otáček. Návrh průměru a šířky oběžného kola. Návrh tvaru meridiánu a vstupní části oběžného kola.

  3. Konformní transformace a návrh střední čáry lopatky

  4. Stáčení oběžného kola, kavitační deprese a disipace.

  5. Návrh spirály a výstupního difuzoru

  6. Návrh radiálního a axiálního oběžného kola. Vícestupňová čerpadla – návrh vratného kola.

  7. Úplná 4-kvadrantová charakteristika čerpadla a výpočet čerpadla v brzdové oblasti. Turbína jako čerpadlo. Čerpadlo jako turbína.

  8. Turbíny – úvod. Francisova turbína. Kaplanova turbína.

  9. Peltonova turbína. Reverzní Francisova turbína – přečerpávací vodní elektrárna

  10. Charakteristické křivky turbíny. Hydrodynamické podobnost. Jednotkové hodnoty průtoku, otáček, momentu a výkonu.

  11. Hydraulická účinnost modelu a přepočet na prototyp.

  12. Kavitace ve vodních turbínách. Vírové copy v savce. Savka a její funkce.

  13. Rezerva – zvané přednáška z průmyslu.

Laboratorní cvičení

26 hod., povinná

Osnova


  1. Rozbor měrné energie odstředivého čerpadla. Vliv geometrie oběžného kola a lopatek. Vliv druhého členu Eulerovy čerpadlové rovnice (před-rotace proudu).

  2. Chování čerpadel při změně otáček. Výpočet disipace.

  3. Stáčení oběžného kola a úprava lopatek

  4. Návrh hydrauliky odstředivého čerpadla – část 1. Výpočet základních rozměrů oběžného kola.

  5. Návrh hydrauliky odstředivého čerpadla – část 2. Tvorba meridiálního řezu.

  6. Návrh hydrauliky odstředivého čerpadla – část 3. Výpočet tvaru lopatek a tvorba 3D geometrie oběžného kola v rámci software Ansys BladeGen.

  7. Návrh hydrauliky odstředivého čerpadla – část 4. Tvorba výpočetní sítě oběžného kola v rámci software Ansys TurboGrid. Výpočet tvaru spirály.

  8. Návrh hydrauliky odstředivého čerpadla – část 5. Tvorba výpočetní sítě spirály. Tvorba geometrie a výpočetní sítě vstupu do čerpadla.

  9. Nastavení a spuštění CFD výpočtu navrhnuté hydrauliky odstředivého čerpadla v prostředí Ansys CFX.

  10. Vyhodnocení výsledků CFD výpočtu odstředivého čerpadla. Post-processing dat v rámci software CFD-Post.

  11. Výpočet axiální a radiální síly působící na oběžné kolo odstředivého čerpadla. Empirické odhady a způsob výpočtu pomocí CFD.

  12. Základní návrh lopatek axiálního čerpadla/turbíny

  13. Základní návrh tvaru meridiánu Francisovy turbíny s ohledem na rychloběžnost