Search

Cavitation is physical phenomenon of crucial impact on the operation range and service lifetime of the hydraulic machines (pumps, turbines, valves etc.). Experimental measurement of cavitation is expensive and time consuming process, while some important characteristic of the flow are difficult to measure due to the nature of the phenomenon. Current possibilities of computational fluid dynamics provide a way for deeper understanding of cavitation which is important for many applications in the hydraulic machines industry such as expanding operation range or extending lifetime of the hydraulic machines. Simplified model consists of NACA 2412 hydrofoil with 8 degrees angle of attack fixed in between the walls of cavitation tunnel. Present investigation focuses on comparison of vapor volume fractions obtained by 3D CFD simulations and high speed visualization of the real cavitation phenomena. Several operating regimes corresponding to different cavitation numbers are studied with aim to assess the dynamics of the separated cavitating sheets/clouds, Publikace se zabývá dynamikou kavitace při obtékání hydraulického profilu NACA 2412 s fixním úhlem náběhu. Numerické výpočty byly porovnány s experimentálními výsledky.

Spatio-temporal description of the cavitating flow around hydrofoil with 8 degrees incidence using proper orthogonal decomposition (POD) is presented. POD is a suitable tool, which provides information not only about the flow dynamics, but also about relevance of different flow structures. POD also enables to track energy transport within the domain and energy transfer among the eigenmodes of the flow field. Analysis documents change of the flow structure for decreasing cavitation number, which can be most likely attributed to sheet/cloud cavitation transition., Článek prezentuje časově-prostorový popis nastacionárního kavitujícícho proudění na hydraulickém profilu NACA2412 s využtím vlastní ortogonální dekompozice (POD). POD poskytuje informace nejen o dynamice proudění, ale také o relevanci jednotlivých struktur proudění. POD také umožňuje sledovat transport energie v dané doméně a transfer energie mezi jednotlivými vlastními tvary. Prezentovaná analýza dokumentuje vývoj nejdůležitějších struktur kavitujícího se proudění při změně kavitačního čísla a napomáhá popisu přechodu mezi sheet a cloud kavitací.

Čerpadla s nízkými specifickými otáčkami nacházejí uplatnění v široké škále aplikací, ale trpí nízkou účinností a rizikem nestability křivky dopravní výšky. Tato disertační práce pojednává o vylepšení hydraulických parametrů čerpadla se specifickými otáčkami ns = 32. Práce se zaměřuje na průtok v oběžném kole a ve spirále, které jsou řešeny pomocí CFD. Průzkum literatury ukázal, že přidání mezilopatek do průtokového kanálu je účinný způsob, jak zlepšit neuspokojivé proudění obecně přítomné v oběžných kolech s nízkými specifickými otáčkami. Byla zkoumána poloha mezilopatky v kanálu a vliv počtu přítomných mezilopatek. Část výsledků je ověřena experimentálně v laboratoři fakulty. Rovněž je zkoumán tvar spirály a pozornost je věnována numerickému řešení proudění u stěn a jeho vlivu na simulaci. Po numerických výpočtech na třech různých spirálách je navržen nový tvar, který zlepšuje vypočtové parametry čerpadla při nízkém i vysokém průtoku., Low specific speed pumps find applications in a broad range of domains, but suffer from a low efficiency and a risk of head instability close to shut-off. This dissertation discusses hydraulic performance improvement of a pump with a specific speed ns = 32. The work focuses on the flow in the impeller passage and the volute and is analyzed by means of CFD and experiments. A literature survey showed that the addition of splitter blades in the flow passage is an efficient way to improve the unsatisfactory flow generally present in low specific speed impellers. Investigations have been made on the position of a splitter blade in the flow passage and on the influence of the number of present splitters. Part of the results are verified experimentally in the laboratory of the faculty. The design of the volute is also investigated, and attention is paid to the numerical wall-treatment and its impact on the simulation. After numerical computations on three different volutes, a new volute design is proposed to improve the performance of the pump at both low and high flow rates.

Tato disertační práce se zabývá experimentálním a numerickým výzkumem kavitace vyvolané rotací. Pro potřeby tohoto výzkumu byla využita transparentní osově symetrická Venturiho dýza, díky čemuž bylo možné zkoumat dynamiku kavitujícího proudění pomocí analýzy vysokorychlostních nahrávek., This doctoral thesis deals with experimental and numerical research of cavitation induced by rotation of liquid. The transparent axisymmetric Venturi tube was exploited for this purpose. Thus, it was possible to investigate dynamics of cavitating flow using the captured high-speed records.

Dizertační práce je zaměřena na výzkum proudění v mezidiskových spárách hydraulických strojů s důrazem na čerpadla s nízkými specifickými otáčkami. Navzdory tomu, že tekutina v mezidiskových prostorách čerpadel zaujímá velmi malý objem, může výrazně ovlivnit proudění v celém stroji. To má následně vliv na provoz, charakteristiky a celkovou účinnost, zvlášť v případě čerpadel s nízkými specifickými otáčkami, protože stav proudění určuje vznikající diskové ztráty. Rovněž ovlivňuje rozložení tlaku a tím výslednou axiální sílu. Porozumění proudění v mezidiskových spárách je zatím omezené, současné poznatky vychází z teorie odvozené pro značně zjednodušený případ disku rotujícího v hladké válcové spáře. Použitelnost pro popis proudění ve skutečných hydraulických strojích je diskutabilní. Za účelem výzkumu proudění v reálném odstředivém čerpadle bylo navrženo a sestaveno experimentální zařízení umožňující pozorování proudění v zadní mezidiskové spáře pomocí optických metod, měření krouticího momentu a vznikající axiální síly. Také byla popsána metodika pro numerické simulace tohoto druhu proudění umožňující podchytit nestability a vírové struktury. Numerické simulace vhodně doplňují experimentální měření, rozšiřují rozmezí studovaných provozních podmínek a pomáhají popsat jevy, které by šlo měřením jen obtížně odhalit., The thesis deals with an experimental and numerical study of the flow in sidewall gaps of hydraulic machines with a focus on low specific speed pumps. Although the fluid which fills the sidewall gaps represents only a very small portion of the whole volume of the machine, it can have a great impact on the flow in the whole domain. It can significantly influence the behavior, characteristics, and overall performance, especially in the case of low specific speed machines since it determines disk friction. The flow field in sidewall gaps also influences the pressure distribution inside a machine and thus generates axial thrust. The understanding of the flow in these regions is limited since it is based on the theory obtained for simplified geometry and its application in turbomachinery is questionable. In order to investigate the flow in the sidewall gaps of centrifugal pumps, a test rig including a real impeller has been designed and built up. It enabled observation of the flow in the backside wall gap for various operational regimes including optical measurement of velocity profiles, measurement of axial thrust, and frictional torque. A method for precise numerical simulation of such type of flow was developed to help reveal phenomena, which are not observable in the experimental apparatus and to extend the research to a wider range of operating conditions.

Dizertační práce je zaměřena na výzkum proudění v mezidiskových spárách hydraulických strojů s důrazem na čerpadla s nízkými specifickými otáčkami. Navzdory tomu, že tekutina v mezidiskových prostorách čerpadel zaujímá velmi malý objem, může výrazně ovlivnit proudění v celém stroji. To má následně vliv na provoz, charakteristiky a celkovou účinnost, zvlášť v případě čerpadel s nízkými specifickými otáčkami, protože stav proudění určuje vznikající diskové ztráty. Rovněž ovlivňuje rozložení tlaku a tím výslednou axiální sílu. Porozumění proudění v mezidiskových spárách je zatím omezené, současné poznatky vychází z teorie odvozené pro značně zjednodušený případ disku rotujícího v hladké válcové spáře. Použitelnost pro popis proudění ve skutečných hydraulických strojích je diskutabilní. Za účelem výzkumu proudění v reálném odstředivém čerpadle bylo navrženo a sestaveno experimentální zařízení umožňující pozorování proudění v zadní mezidiskové spáře pomocí optických metod, měření krouticího momentu a vznikající axiální síly. Také byla popsána metodika pro numerické simulace tohoto druhu proudění umožňující podchytit nestability a vírové struktury. Numerické simulace vhodně doplňují experimentální měření, rozšiřují rozmezí studovaných provozních podmínek a pomáhají popsat jevy, které by šlo měřením jen obtížně odhalit., The thesis deals with an experimental and numerical study of the flow in sidewall gaps of hydraulic machines with a focus on low specific speed pumps. Although the fluid which fills the sidewall gaps represents only a very small portion of the whole volume of the machine, it can have a great impact on the flow in the whole domain. It can significantly influence the behavior, characteristics, and overall performance, especially in the case of low specific speed machines since it determines disk friction. The flow field in sidewall gaps also influences the pressure distribution inside a machine and thus generates axial thrust. The understanding of the flow in these regions is limited since it is based on the theory obtained for simplified geometry and its application in turbomachinery is questionable. In order to investigate the flow in the sidewall gaps of centrifugal pumps, a test rig including a real impeller has been designed and built up. It enabled observation of the flow in the backside wall gap for various operational regimes including optical measurement of velocity profiles, measurement of axial thrust, and frictional torque. A method for precise numerical simulation of such type of flow was developed to help reveal phenomena, which are not observable in the experimental apparatus and to extend the research to a wider range of operating conditions.

Čerpadla s nízkými specifickými otáčkami nacházejí uplatnění v široké škále aplikací, ale trpí nízkou účinností a rizikem nestability křivky dopravní výšky. Tato disertační práce pojednává o vylepšení hydraulických parametrů čerpadla se specifickými otáčkami ns = 32. Práce se zaměřuje na průtok v oběžném kole a ve spirále, které jsou řešeny pomocí CFD. Průzkum literatury ukázal, že přidání mezilopatek do průtokového kanálu je účinný způsob, jak zlepšit neuspokojivé proudění obecně přítomné v oběžných kolech s nízkými specifickými otáčkami. Byla zkoumána poloha mezilopatky v kanálu a vliv počtu přítomných mezilopatek. Část výsledků je ověřena experimentálně v laboratoři fakulty. Rovněž je zkoumán tvar spirály a pozornost je věnována numerickému řešení proudění u stěn a jeho vlivu na simulaci. Po numerických výpočtech na třech různých spirálách je navržen nový tvar, který zlepšuje vypočtové parametry čerpadla při nízkém i vysokém průtoku., Low specific speed pumps find applications in a broad range of domains, but suffer from a low efficiency and a risk of head instability close to shut-off. This dissertation discusses hydraulic performance improvement of a pump with a specific speed ns = 32. The work focuses on the flow in the impeller passage and the volute and is analyzed by means of CFD and experiments. A literature survey showed that the addition of splitter blades in the flow passage is an efficient way to improve the unsatisfactory flow generally present in low specific speed impellers. Investigations have been made on the position of a splitter blade in the flow passage and on the influence of the number of present splitters. Part of the results are verified experimentally in the laboratory of the faculty. The design of the volute is also investigated, and attention is paid to the numerical wall-treatment and its impact on the simulation. After numerical computations on three different volutes, a new volute design is proposed to improve the performance of the pump at both low and high flow rates.

Tato disertační práce se zabývá experimentálním a numerickým výzkumem kavitace vyvolané rotací. Pro potřeby tohoto výzkumu byla využita transparentní osově symetrická Venturiho dýza, díky čemuž bylo možné zkoumat dynamiku kavitujícího proudění pomocí analýzy vysokorychlostních nahrávek., This doctoral thesis deals with experimental and numerical research of cavitation induced by rotation of liquid. The transparent axisymmetric Venturi tube was exploited for this purpose. Thus, it was possible to investigate dynamics of cavitating flow using the captured high-speed records.

Čerpadla s nízkými specifickými otáčkami nacházejí uplatnění v široké škále aplikací, ale trpí nízkou účinností a rizikem nestability křivky dopravní výšky. Tato disertační práce pojednává o vylepšení hydraulických parametrů čerpadla se specifickými otáčkami ns = 32. Práce se zaměřuje na průtok v oběžném kole a ve spirále, které jsou řešeny pomocí CFD. Průzkum literatury ukázal, že přidání mezilopatek do průtokového kanálu je účinný způsob, jak zlepšit neuspokojivé proudění obecně přítomné v oběžných kolech s nízkými specifickými otáčkami. Byla zkoumána poloha mezilopatky v kanálu a vliv počtu přítomných mezilopatek. Část výsledků je ověřena experimentálně v laboratoři fakulty. Rovněž je zkoumán tvar spirály a pozornost je věnována numerickému řešení proudění u stěn a jeho vlivu na simulaci. Po numerických výpočtech na třech různých spirálách je navržen nový tvar, který zlepšuje vypočtové parametry čerpadla při nízkém i vysokém průtoku., Low specific speed pumps find applications in a broad range of domains, but suffer from a low efficiency and a risk of head instability close to shut-off. This dissertation discusses hydraulic performance improvement of a pump with a specific speed ns = 32. The work focuses on the flow in the impeller passage and the volute and is analyzed by means of CFD and experiments. A literature survey showed that the addition of splitter blades in the flow passage is an efficient way to improve the unsatisfactory flow generally present in low specific speed impellers. Investigations have been made on the position of a splitter blade in the flow passage and on the influence of the number of present splitters. Part of the results are verified experimentally in the laboratory of the faculty. The design of the volute is also investigated, and attention is paid to the numerical wall-treatment and its impact on the simulation. After numerical computations on three different volutes, a new volute design is proposed to improve the performance of the pump at both low and high flow rates.

Tato disertační práce se zabývá experimentálním a numerickým výzkumem kavitace vyvolané rotací. Pro potřeby tohoto výzkumu byla využita transparentní osově symetrická Venturiho dýza, díky čemuž bylo možné zkoumat dynamiku kavitujícího proudění pomocí analýzy vysokorychlostních nahrávek., This doctoral thesis deals with experimental and numerical research of cavitation induced by rotation of liquid. The transparent axisymmetric Venturi tube was exploited for this purpose. Thus, it was possible to investigate dynamics of cavitating flow using the captured high-speed records.

Dizertační práce je zaměřena na výzkum proudění v mezidiskových spárách hydraulických strojů s důrazem na čerpadla s nízkými specifickými otáčkami. Navzdory tomu, že tekutina v mezidiskových prostorách čerpadel zaujímá velmi malý objem, může výrazně ovlivnit proudění v celém stroji. To má následně vliv na provoz, charakteristiky a celkovou účinnost, zvlášť v případě čerpadel s nízkými specifickými otáčkami, protože stav proudění určuje vznikající diskové ztráty. Rovněž ovlivňuje rozložení tlaku a tím výslednou axiální sílu. Porozumění proudění v mezidiskových spárách je zatím omezené, současné poznatky vychází z teorie odvozené pro značně zjednodušený případ disku rotujícího v hladké válcové spáře. Použitelnost pro popis proudění ve skutečných hydraulických strojích je diskutabilní. Za účelem výzkumu proudění v reálném odstředivém čerpadle bylo navrženo a sestaveno experimentální zařízení umožňující pozorování proudění v zadní mezidiskové spáře pomocí optických metod, měření krouticího momentu a vznikající axiální síly. Také byla popsána metodika pro numerické simulace tohoto druhu proudění umožňující podchytit nestability a vírové struktury. Numerické simulace vhodně doplňují experimentální měření, rozšiřují rozmezí studovaných provozních podmínek a pomáhají popsat jevy, které by šlo měřením jen obtížně odhalit., The thesis deals with an experimental and numerical study of the flow in sidewall gaps of hydraulic machines with a focus on low specific speed pumps. Although the fluid which fills the sidewall gaps represents only a very small portion of the whole volume of the machine, it can have a great impact on the flow in the whole domain. It can significantly influence the behavior, characteristics, and overall performance, especially in the case of low specific speed machines since it determines disk friction. The flow field in sidewall gaps also influences the pressure distribution inside a machine and thus generates axial thrust. The understanding of the flow in these regions is limited since it is based on the theory obtained for simplified geometry and its application in turbomachinery is questionable. In order to investigate the flow in the sidewall gaps of centrifugal pumps, a test rig including a real impeller has been designed and built up. It enabled observation of the flow in the backside wall gap for various operational regimes including optical measurement of velocity profiles, measurement of axial thrust, and frictional torque. A method for precise numerical simulation of such type of flow was developed to help reveal phenomena, which are not observable in the experimental apparatus and to extend the research to a wider range of operating conditions.

Dizertační práce je zaměřena na výzkum proudění v mezidiskových spárách hydraulických strojů s důrazem na čerpadla s nízkými specifickými otáčkami. Navzdory tomu, že tekutina v mezidiskových prostorách čerpadel zaujímá velmi malý objem, může výrazně ovlivnit proudění v celém stroji. To má následně vliv na provoz, charakteristiky a celkovou účinnost, zvlášť v případě čerpadel s nízkými specifickými otáčkami, protože stav proudění určuje vznikající diskové ztráty. Rovněž ovlivňuje rozložení tlaku a tím výslednou axiální sílu. Porozumění proudění v mezidiskových spárách je zatím omezené, současné poznatky vychází z teorie odvozené pro značně zjednodušený případ disku rotujícího v hladké válcové spáře. Použitelnost pro popis proudění ve skutečných hydraulických strojích je diskutabilní. Za účelem výzkumu proudění v reálném odstředivém čerpadle bylo navrženo a sestaveno experimentální zařízení umožňující pozorování proudění v zadní mezidiskové spáře pomocí optických metod, měření krouticího momentu a vznikající axiální síly. Také byla popsána metodika pro numerické simulace tohoto druhu proudění umožňující podchytit nestability a vírové struktury. Numerické simulace vhodně doplňují experimentální měření, rozšiřují rozmezí studovaných provozních podmínek a pomáhají popsat jevy, které by šlo měřením jen obtížně odhalit., The thesis deals with an experimental and numerical study of the flow in sidewall gaps of hydraulic machines with a focus on low specific speed pumps. Although the fluid which fills the sidewall gaps represents only a very small portion of the whole volume of the machine, it can have a great impact on the flow in the whole domain. It can significantly influence the behavior, characteristics, and overall performance, especially in the case of low specific speed machines since it determines disk friction. The flow field in sidewall gaps also influences the pressure distribution inside a machine and thus generates axial thrust. The understanding of the flow in these regions is limited since it is based on the theory obtained for simplified geometry and its application in turbomachinery is questionable. In order to investigate the flow in the sidewall gaps of centrifugal pumps, a test rig including a real impeller has been designed and built up. It enabled observation of the flow in the backside wall gap for various operational regimes including optical measurement of velocity profiles, measurement of axial thrust, and frictional torque. A method for precise numerical simulation of such type of flow was developed to help reveal phenomena, which are not observable in the experimental apparatus and to extend the research to a wider range of operating conditions.

Dizertační práce je zaměřena na výzkum proudění v mezidiskových spárách hydraulických strojů s důrazem na čerpadla s nízkými specifickými otáčkami. Navzdory tomu, že tekutina v mezidiskových prostorách čerpadel zaujímá velmi malý objem, může výrazně ovlivnit proudění v celém stroji. To má následně vliv na provoz, charakteristiky a celkovou účinnost, zvlášť v případě čerpadel s nízkými specifickými otáčkami, protože stav proudění určuje vznikající diskové ztráty. Rovněž ovlivňuje rozložení tlaku a tím výslednou axiální sílu. Porozumění proudění v mezidiskových spárách je zatím omezené, současné poznatky vychází z teorie odvozené pro značně zjednodušený případ disku rotujícího v hladké válcové spáře. Použitelnost pro popis proudění ve skutečných hydraulických strojích je diskutabilní. Za účelem výzkumu proudění v reálném odstředivém čerpadle bylo navrženo a sestaveno experimentální zařízení umožňující pozorování proudění v zadní mezidiskové spáře pomocí optických metod, měření krouticího momentu a vznikající axiální síly. Také byla popsána metodika pro numerické simulace tohoto druhu proudění umožňující podchytit nestability a vírové struktury. Numerické simulace vhodně doplňují experimentální měření, rozšiřují rozmezí studovaných provozních podmínek a pomáhají popsat jevy, které by šlo měřením jen obtížně odhalit., The thesis deals with an experimental and numerical study of the flow in sidewall gaps of hydraulic machines with a focus on low specific speed pumps. Although the fluid which fills the sidewall gaps represents only a very small portion of the whole volume of the machine, it can have a great impact on the flow in the whole domain. It can significantly influence the behavior, characteristics, and overall performance, especially in the case of low specific speed machines since it determines disk friction. The flow field in sidewall gaps also influences the pressure distribution inside a machine and thus generates axial thrust. The understanding of the flow in these regions is limited since it is based on the theory obtained for simplified geometry and its application in turbomachinery is questionable. In order to investigate the flow in the sidewall gaps of centrifugal pumps, a test rig including a real impeller has been designed and built up. It enabled observation of the flow in the backside wall gap for various operational regimes including optical measurement of velocity profiles, measurement of axial thrust, and frictional torque. A method for precise numerical simulation of such type of flow was developed to help reveal phenomena, which are not observable in the experimental apparatus and to extend the research to a wider range of operating conditions.

Čerpadla s nízkými specifickými otáčkami nacházejí uplatnění v široké škále aplikací, ale trpí nízkou účinností a rizikem nestability křivky dopravní výšky. Tato disertační práce pojednává o vylepšení hydraulických parametrů čerpadla se specifickými otáčkami ns = 32. Práce se zaměřuje na průtok v oběžném kole a ve spirále, které jsou řešeny pomocí CFD. Průzkum literatury ukázal, že přidání mezilopatek do průtokového kanálu je účinný způsob, jak zlepšit neuspokojivé proudění obecně přítomné v oběžných kolech s nízkými specifickými otáčkami. Byla zkoumána poloha mezilopatky v kanálu a vliv počtu přítomných mezilopatek. Část výsledků je ověřena experimentálně v laboratoři fakulty. Rovněž je zkoumán tvar spirály a pozornost je věnována numerickému řešení proudění u stěn a jeho vlivu na simulaci. Po numerických výpočtech na třech různých spirálách je navržen nový tvar, který zlepšuje vypočtové parametry čerpadla při nízkém i vysokém průtoku., Low specific speed pumps find applications in a broad range of domains, but suffer from a low efficiency and a risk of head instability close to shut-off. This dissertation discusses hydraulic performance improvement of a pump with a specific speed ns = 32. The work focuses on the flow in the impeller passage and the volute and is analyzed by means of CFD and experiments. A literature survey showed that the addition of splitter blades in the flow passage is an efficient way to improve the unsatisfactory flow generally present in low specific speed impellers. Investigations have been made on the position of a splitter blade in the flow passage and on the influence of the number of present splitters. Part of the results are verified experimentally in the laboratory of the faculty. The design of the volute is also investigated, and attention is paid to the numerical wall-treatment and its impact on the simulation. After numerical computations on three different volutes, a new volute design is proposed to improve the performance of the pump at both low and high flow rates.

Čerpadla s nízkými specifickými otáčkami nacházejí uplatnění v široké škále aplikací, ale trpí nízkou účinností a rizikem nestability křivky dopravní výšky. Tato disertační práce pojednává o vylepšení hydraulických parametrů čerpadla se specifickými otáčkami ns = 32. Práce se zaměřuje na průtok v oběžném kole a ve spirále, které jsou řešeny pomocí CFD. Průzkum literatury ukázal, že přidání mezilopatek do průtokového kanálu je účinný způsob, jak zlepšit neuspokojivé proudění obecně přítomné v oběžných kolech s nízkými specifickými otáčkami. Byla zkoumána poloha mezilopatky v kanálu a vliv počtu přítomných mezilopatek. Část výsledků je ověřena experimentálně v laboratoři fakulty. Rovněž je zkoumán tvar spirály a pozornost je věnována numerickému řešení proudění u stěn a jeho vlivu na simulaci. Po numerických výpočtech na třech různých spirálách je navržen nový tvar, který zlepšuje vypočtové parametry čerpadla při nízkém i vysokém průtoku., Low specific speed pumps find applications in a broad range of domains, but suffer from a low efficiency and a risk of head instability close to shut-off. This dissertation discusses hydraulic performance improvement of a pump with a specific speed ns = 32. The work focuses on the flow in the impeller passage and the volute and is analyzed by means of CFD and experiments. A literature survey showed that the addition of splitter blades in the flow passage is an efficient way to improve the unsatisfactory flow generally present in low specific speed impellers. Investigations have been made on the position of a splitter blade in the flow passage and on the influence of the number of present splitters. Part of the results are verified experimentally in the laboratory of the faculty. The design of the volute is also investigated, and attention is paid to the numerical wall-treatment and its impact on the simulation. After numerical computations on three different volutes, a new volute design is proposed to improve the performance of the pump at both low and high flow rates.

Tato disertační práce se zabývá experimentálním a numerickým výzkumem kavitace vyvolané rotací. Pro potřeby tohoto výzkumu byla využita transparentní osově symetrická Venturiho dýza, díky čemuž bylo možné zkoumat dynamiku kavitujícího proudění pomocí analýzy vysokorychlostních nahrávek., This doctoral thesis deals with experimental and numerical research of cavitation induced by rotation of liquid. The transparent axisymmetric Venturi tube was exploited for this purpose. Thus, it was possible to investigate dynamics of cavitating flow using the captured high-speed records.

Tato disertační práce se zabývá experimentálním a numerickým výzkumem kavitace vyvolané rotací. Pro potřeby tohoto výzkumu byla využita transparentní osově symetrická Venturiho dýza, díky čemuž bylo možné zkoumat dynamiku kavitujícího proudění pomocí analýzy vysokorychlostních nahrávek., This doctoral thesis deals with experimental and numerical research of cavitation induced by rotation of liquid. The transparent axisymmetric Venturi tube was exploited for this purpose. Thus, it was possible to investigate dynamics of cavitating flow using the captured high-speed records.

Tato disertační práce se zabývá experimentálním a numerickým výzkumem kavitace vyvolané rotací. Pro potřeby tohoto výzkumu byla využita transparentní osově symetrická Venturiho dýza, díky čemuž bylo možné zkoumat dynamiku kavitujícího proudění pomocí analýzy vysokorychlostních nahrávek., This doctoral thesis deals with experimental and numerical research of cavitation induced by rotation of liquid. The transparent axisymmetric Venturi tube was exploited for this purpose. Thus, it was possible to investigate dynamics of cavitating flow using the captured high-speed records.

Čerpadla s nízkými specifickými otáčkami nacházejí uplatnění v široké škále aplikací, ale trpí nízkou účinností a rizikem nestability křivky dopravní výšky. Tato disertační práce pojednává o vylepšení hydraulických parametrů čerpadla se specifickými otáčkami ns = 32. Práce se zaměřuje na průtok v oběžném kole a ve spirále, které jsou řešeny pomocí CFD. Průzkum literatury ukázal, že přidání mezilopatek do průtokového kanálu je účinný způsob, jak zlepšit neuspokojivé proudění obecně přítomné v oběžných kolech s nízkými specifickými otáčkami. Byla zkoumána poloha mezilopatky v kanálu a vliv počtu přítomných mezilopatek. Část výsledků je ověřena experimentálně v laboratoři fakulty. Rovněž je zkoumán tvar spirály a pozornost je věnována numerickému řešení proudění u stěn a jeho vlivu na simulaci. Po numerických výpočtech na třech různých spirálách je navržen nový tvar, který zlepšuje vypočtové parametry čerpadla při nízkém i vysokém průtoku., Low specific speed pumps find applications in a broad range of domains, but suffer from a low efficiency and a risk of head instability close to shut-off. This dissertation discusses hydraulic performance improvement of a pump with a specific speed ns = 32. The work focuses on the flow in the impeller passage and the volute and is analyzed by means of CFD and experiments. A literature survey showed that the addition of splitter blades in the flow passage is an efficient way to improve the unsatisfactory flow generally present in low specific speed impellers. Investigations have been made on the position of a splitter blade in the flow passage and on the influence of the number of present splitters. Part of the results are verified experimentally in the laboratory of the faculty. The design of the volute is also investigated, and attention is paid to the numerical wall-treatment and its impact on the simulation. After numerical computations on three different volutes, a new volute design is proposed to improve the performance of the pump at both low and high flow rates.

Dizertační práce je zaměřena na výzkum proudění v mezidiskových spárách hydraulických strojů s důrazem na čerpadla s nízkými specifickými otáčkami. Navzdory tomu, že tekutina v mezidiskových prostorách čerpadel zaujímá velmi malý objem, může výrazně ovlivnit proudění v celém stroji. To má následně vliv na provoz, charakteristiky a celkovou účinnost, zvlášť v případě čerpadel s nízkými specifickými otáčkami, protože stav proudění určuje vznikající diskové ztráty. Rovněž ovlivňuje rozložení tlaku a tím výslednou axiální sílu. Porozumění proudění v mezidiskových spárách je zatím omezené, současné poznatky vychází z teorie odvozené pro značně zjednodušený případ disku rotujícího v hladké válcové spáře. Použitelnost pro popis proudění ve skutečných hydraulických strojích je diskutabilní. Za účelem výzkumu proudění v reálném odstředivém čerpadle bylo navrženo a sestaveno experimentální zařízení umožňující pozorování proudění v zadní mezidiskové spáře pomocí optických metod, měření krouticího momentu a vznikající axiální síly. Také byla popsána metodika pro numerické simulace tohoto druhu proudění umožňující podchytit nestability a vírové struktury. Numerické simulace vhodně doplňují experimentální měření, rozšiřují rozmezí studovaných provozních podmínek a pomáhají popsat jevy, které by šlo měřením jen obtížně odhalit., The thesis deals with an experimental and numerical study of the flow in sidewall gaps of hydraulic machines with a focus on low specific speed pumps. Although the fluid which fills the sidewall gaps represents only a very small portion of the whole volume of the machine, it can have a great impact on the flow in the whole domain. It can significantly influence the behavior, characteristics, and overall performance, especially in the case of low specific speed machines since it determines disk friction. The flow field in sidewall gaps also influences the pressure distribution inside a machine and thus generates axial thrust. The understanding of the flow in these regions is limited since it is based on the theory obtained for simplified geometry and its application in turbomachinery is questionable. In order to investigate the flow in the sidewall gaps of centrifugal pumps, a test rig including a real impeller has been designed and built up. It enabled observation of the flow in the backside wall gap for various operational regimes including optical measurement of velocity profiles, measurement of axial thrust, and frictional torque. A method for precise numerical simulation of such type of flow was developed to help reveal phenomena, which are not observable in the experimental apparatus and to extend the research to a wider range of operating conditions.