Tato práce se zabývá rotačními zařízeními používanými v průmyslu. V
teoretické části této práce byla provedena rešerše dosavadních poznatků
na téma rotačních zařízení. Následně bylo uvedeno rozdělení těchto zaří-
zení, používaná paliva, principy konstrukce a základní mechanismy přenosu
tepla, ze kterých vyplývají modelovací přístupy. V praktické části byla zjiš-
těna provozní data vybrané rotační sušičky z provozu Lovochemie a.s. Na
základě těchto poznatků byl vytvořen model pomocí metody diskrétních
prvků doplněný integrálním modelem bilancí tepla, který byl testován na
daném parametrickém prostoru pomocí numerických simulací. Výsledky
těchto simulací byly interpretovány ve fyzikálním kontextu a porovnány
s provozními daty. Byla navržená nová prostorová charakteristika pokrytí
příčné části rotační sušičky. V závěru praktické části byly provedeny výpo-
čty ohřevu sušičky bez granulárního materiálu pomocí výpočetní dynamiky
tekutin.
Anotace v angličtině
This study deals with rotary devices used in industry. In the theoretical
part of this work, a review of existing knowledge on rotary devices was
conducted. Subsequently, the classification of these devices, the fuels used,
the principles of construction, and the basic mechanisms of heat transfer,
from which modeling approaches emerge, were outlined. In the practical
part, operational data of a selected rotary dryer from the operation of Lo-
vochemie a.s. were collected. Based on these findings, a model was created
using the discrete element method supplemented by an integral model of
heat balance, which was tested in a given parameter space through nu-
merical simulations. The results of these simulations were interpreted in a
physical context and compared with operational data. A new spatial cha-
racteristic of the coverage of the cross-sectional part of the rotary dryer
was proposed. In conclusion of the practical part, calculations of the dryer
heating without granular material were conducted using computational
fluid dynamics.
Klíčová slova
Metoda diskrétních prvků (DEM), rotační sušička, granulární materiál, bilance tepla a hmoty, výpočetní dynamika tekutin (CFD)
Klíčová slova v angličtině
Discrete element method (DEM), rotary dryer, granular mate-
rial, heat and mass balance, computational fluid dynamics (CFD)
Rozsah průvodní práce
106
Jazyk
CZ
Anotace
Tato práce se zabývá rotačními zařízeními používanými v průmyslu. V
teoretické části této práce byla provedena rešerše dosavadních poznatků
na téma rotačních zařízení. Následně bylo uvedeno rozdělení těchto zaří-
zení, používaná paliva, principy konstrukce a základní mechanismy přenosu
tepla, ze kterých vyplývají modelovací přístupy. V praktické části byla zjiš-
těna provozní data vybrané rotační sušičky z provozu Lovochemie a.s. Na
základě těchto poznatků byl vytvořen model pomocí metody diskrétních
prvků doplněný integrálním modelem bilancí tepla, který byl testován na
daném parametrickém prostoru pomocí numerických simulací. Výsledky
těchto simulací byly interpretovány ve fyzikálním kontextu a porovnány
s provozními daty. Byla navržená nová prostorová charakteristika pokrytí
příčné části rotační sušičky. V závěru praktické části byly provedeny výpo-
čty ohřevu sušičky bez granulárního materiálu pomocí výpočetní dynamiky
tekutin.
Anotace v angličtině
This study deals with rotary devices used in industry. In the theoretical
part of this work, a review of existing knowledge on rotary devices was
conducted. Subsequently, the classification of these devices, the fuels used,
the principles of construction, and the basic mechanisms of heat transfer,
from which modeling approaches emerge, were outlined. In the practical
part, operational data of a selected rotary dryer from the operation of Lo-
vochemie a.s. were collected. Based on these findings, a model was created
using the discrete element method supplemented by an integral model of
heat balance, which was tested in a given parameter space through nu-
merical simulations. The results of these simulations were interpreted in a
physical context and compared with operational data. A new spatial cha-
racteristic of the coverage of the cross-sectional part of the rotary dryer
was proposed. In conclusion of the practical part, calculations of the dryer
heating without granular material were conducted using computational
fluid dynamics.
Klíčová slova
Metoda diskrétních prvků (DEM), rotační sušička, granulární materiál, bilance tepla a hmoty, výpočetní dynamika tekutin (CFD)
Klíčová slova v angličtině
Discrete element method (DEM), rotary dryer, granular mate-
rial, heat and mass balance, computational fluid dynamics (CFD)
Zásady pro vypracování
Cílem této diplomové práce je zkoumání dynamiky částic granulárního materiálu v rotačních zařízeních (pecích, sušičkách, apod.) se zaměřením na vypracování metodických postupů pro analýzu dat a jejich interpretaci pomocí metody diskrétních prvků (DEM). Proveďte rešerši dosavadních poznatků na téma rotačních zařízení z hlediska jejich rozdělení a konstrukce. Zajistěte experimentální data na vybraném průmyslovém zařízení v Ústeckém kraji. Vytvořte funkční model vybraného zařízení a na vhodném parametrickém prostoru proveďte numerické simulace. Výsledky simulací použijte jako testovací prostředí pro interpretaci dat numerických a experimentálních výsledků. Při zpracování práce dodržujte závazné pokyny pro zpracování závěrečných prací.
Zásady pro vypracování
Cílem této diplomové práce je zkoumání dynamiky částic granulárního materiálu v rotačních zařízeních (pecích, sušičkách, apod.) se zaměřením na vypracování metodických postupů pro analýzu dat a jejich interpretaci pomocí metody diskrétních prvků (DEM). Proveďte rešerši dosavadních poznatků na téma rotačních zařízení z hlediska jejich rozdělení a konstrukce. Zajistěte experimentální data na vybraném průmyslovém zařízení v Ústeckém kraji. Vytvořte funkční model vybraného zařízení a na vhodném parametrickém prostoru proveďte numerické simulace. Výsledky simulací použijte jako testovací prostředí pro interpretaci dat numerických a experimentálních výsledků. Při zpracování práce dodržujte závazné pokyny pro zpracování závěrečných prací.
Seznam doporučené literatury
[1] BOATENG, Akwasi Acheampong. Rotary Kilns: Transport Phenomena and Transport Processes. ISBN: 9780128037805, Oxford; Elsevier, 2016.
[2] ANDREOTTI, Bruno, Y. Fortere. Granular Media Between Fluid and Solid. ISBN: 9781107034792, Polytech Marseille, 2013.
[3] LE GUEN, L. a HUCHET, F. Thermal imaging as a tool for process modelling: application to a flight rotary kiln. Online. Quantitative InfraRed Thermography Journal. 2020, roč. 17, č. 2, s. 79-95. ISSN 1768-6733. Dostupné z: https://doi.org/10.1080/17686733.2019.1611222. [cit. 2023-10-16].
[4] KOZAKOVIC, M.; HAVLICA, J.; LE GUEN, L.; PAREZ, S. a HUCHET, F. Recognition of the granular airborne portion in a flighted rotary drum. Online. Powder Technology. 2023, roč. 425. ISSN 00325910. Dostupné z: https://doi.org/10.1016/j.powtec.2023.118565. [cit. 2023-10-16].
Seznam doporučené literatury
[1] BOATENG, Akwasi Acheampong. Rotary Kilns: Transport Phenomena and Transport Processes. ISBN: 9780128037805, Oxford; Elsevier, 2016.
[2] ANDREOTTI, Bruno, Y. Fortere. Granular Media Between Fluid and Solid. ISBN: 9781107034792, Polytech Marseille, 2013.
[3] LE GUEN, L. a HUCHET, F. Thermal imaging as a tool for process modelling: application to a flight rotary kiln. Online. Quantitative InfraRed Thermography Journal. 2020, roč. 17, č. 2, s. 79-95. ISSN 1768-6733. Dostupné z: https://doi.org/10.1080/17686733.2019.1611222. [cit. 2023-10-16].
[4] KOZAKOVIC, M.; HAVLICA, J.; LE GUEN, L.; PAREZ, S. a HUCHET, F. Recognition of the granular airborne portion in a flighted rotary drum. Online. Powder Technology. 2023, roč. 425. ISSN 00325910. Dostupné z: https://doi.org/10.1016/j.powtec.2023.118565. [cit. 2023-10-16].
Přílohy volně vložené
-
Přílohy vázané v práci
ilustrace, grafy, tabulky
Převzato z knihovny
Ano
Plný text práce
Přílohy
Posudek(y) oponenta
Hodnocení vedoucího
Záznam průběhu obhajoby
Student předstoupil před komisi, seznámil ji se svojí diplomovou prací a odpověděl na otázky vedoucího a oponenta práce.
Otázky:
Na str. 41 uvádíte první Fourierův zákon (rovnice 3.4) a tvrdíte „První Fourierův zákon platí pro stacionární vedení tepla, to znamená, že teplo které vstoupí do materiálu z něj opět vystupuje“. Znamená to tedy, že rovnice 3.4 neplatí pro nestacionární přenos tepla? Dle mého názoru je rovnice 3.4 konstitutivní rovnicí spojující tok tepla a teplotu, která platí i pro nestacionární přenos. Tuto rovnici potřebujete, abyste mohl definovat rovnici kontinuity pro teplo, což je druhý Fourierův zákon (rovnice 3.5). Uměl byste přepsat rovnici 3.5 pomocí hustoty toku tepla q?
Na str. 49 definujete bez bližšího vysvětlení symboly Ii a Ms ij – viz rovnice 3.20-21. Kde tyto veličiny vystupují a k čemu slouží? Nejsou obsaženy ani v pohybových rovnicích 3.19 ani v silovém (rovnice 3.28) nebo momentovém (rovnice 3.26) poli
V textu na str. 72 interpretujete výsledky diskrétních simulací takto „Pro segment č. 1 bez lopatek platí, že se částice pohybují výrazně větší rychlostí v axiálním směru podél osy otáčení. Porovnáním tohoto výsledku s vizualizací na obrázku 4.3 lze dojít k závěru, že první část rotační sušičky je do systému celé rotační pece předřazena z důvodu zajištění transportu celé masy částic napříč rotační pecí.“ Chcete tím říci, že v prvním segmentu je rychlost posouvání ložené granulární vrstvy vyšší než v následujících segmentech? Můžete (pokud to není příliš komplikované) vykreslit střední axiální rychlost v jednotlivých segmentech namísto kinetické energie, jak je tomu v Obr. 4.4? Pokud se tloušťka granulární vrstvy nemění uvnitř sušičky, různá rychlost v různých segmentech by znamenala, že tok granulárního materiálu podél osy sušičky není stacionární. Je nestacionární tok pozorován během reálného provozu sušičky?
V části věnované výsledkům CFD modelu jste představil výsledky simulací v Ansys Discovery a Ansys Fluent. Liší se fyzikálně tyto dva modely? Na Obr. 4.12, který zobrazuje geometrii modelu, je vidět jakýsi vnitřní válec, který na Obr. 4.9 chybí. Mají uvedené dva modely jinou geometrii? Jaká teorie předpovídá vztah 4.8 mezi tlakovou ztrátou a rychlostí proudění?
Během své diplomové práce jste pravděpodobně navštívil nebo komunikoval s provozem v Lovochemie a.s. Vaše výsledky mohou být potenciálně zajímavé pro další průmyslový výzkum a vývoj. Plánujete tento směr rozvíjet?
Jak jste měl ošetřenou licenci pro výpočet?
V jakém SW jste vypracoval první část práce?
Jak funguje kumulativní funkce?
Měl jste nějaké základy s obsluhou SW Fluent, když jste si zvolil toto téma?