Uživatelské modely v numerických výpočtech procesních aparátů a zařízení

Abstract

Použití nástrojů CFD při návrhu a konstrukci procesních aparátů a celé řady jiných strojních zařízení je v dnešní době nezbytnou podmínkou kvalitního výsledku. V řadě případů je nutné CFD systémy rozšířit o další modely s pomocí uživatelsky definovaných funkcí. Tato práce ukazuje jejich implementaci a použití v systému ANSYS Fluent na dvou případech z oblasti procesní a zpracovatelské techniky. Prvním je přenos tepla v impaktním proudu tekutiny, jehož průmyslovou obdobou je přestup tepla na dně nádoby míchané axiálním míchadlem. Důležitým faktorem je zde přítomnost tangenciální složky, která v takovýchto případech významným způsobem ovlivňuje charakteristiku přenosu tepla. V této práci je podrobně popsána metodika implementace uživatelské funkce postihující anizotropní turbulentní tepelný tok. Dále je zde prezentována uživatelská funkce pro ověření vlivu podélné kondukce v teplosměnné ploše u experimentální metody TOIRT. Na základě dalších numerických simulací míchané nádoby s usměrňovačem toku jsou v této práci vyhodnoceny integrálnı´ korelace pro Nusseltovo číslo a výsledky jsou porovnány s experimentálnı´mi daty. Druhým prezentovaným případem je model „fotosyntetické továrny“ (PSF) a implementace uživatelské funkce postihující vliv distribuce ozářenosti na růst řasových mikroorganismů v promíchávaném systému. Cirkulace řasové kultury díky vhodnému hydrodynamickému režimu mezi místy s vysokou a nízkou intenzitou osvětlení může podstatně navýšit produkci biomasy. To se podařilo ověřit na modelu dvourozměrné geometrie čtvercové kavity a také na plně trojrozměrném případu Couette-Taylorova zařízení. Výsledky simulací prezentované v této práci demonstrují vliv fotoinhibice a zvýšení efektivity procesu s narůstající intenzitou promíchávání systému. Tato závislost odpovídá experimenálním datům jiných autorů.