Geometrické modelování v průmyslových aplikacích

Abstract

Tato práce se zabývá geometrickým modelováním v průmyslových aplikacích. Hlavním cílem je popsat tvar vodních turbín s pomocí moderních geometrických metod. Proto byly použity B-spline/NURBS objekty pro definici hydraulických profilů vodních turbín a dále byly navrženy geometrické parametrizace, které jsou závislé na několika proměnných parametrech (délka, šířka, výška, úhly,...). Získáme tak dynamické modely, jež můžeme následně optimalizovat s pomocí isogeometrické analýzy (IGA). Díky tomu bude zlepšena nynější metodologie designu turbín, kdy analýza proudění je provedena pro jednu konkrétní turbínu a po obdržení výsledků z CFD systému je následně manuálně pozměněn CAD model turbíny na základě zkušeností konstruktéra a to tak aby došlo ke zlepšení vybraných vlastností (např. účinnosti nebo kavitace). Proces návrhu turbíny by tedy měl být více zautomatizován.

Práce je rozdělena do dvou částí. V první části se zaměříme na popis lopatek vodních turbín (koreček Peltonovy turbíny, lopatky Kaplanovy a Francisovy turbíny). Pro koreček Peltonovy turbíny je uveden nový algoritmus k sestrojení aproximační tečné plochy pro daný proměnný úhel. Lopatky Kaplanovy a Francisovy turbíny jsou sestrojeny za pomocí významných křivek: střednice a funkce tloušťky. V druhé části se zabýváme B-spline objemovou parametrizací Kaplanovy a~Francisovy turbíny pro dané hraniční B-spline plochy. Tato parametrizace je následně použita jako vstup do IGA řešiče a může se tak analyzovat proudění turbínou. Zároveň jsou uvedeny různé možnosti parametrizací, které jsou poté porovnávány na základě vyhodnocení různých vlastností parametrizace.