Napěťově-deformační analýza hřídele míchadla s využitím modelování interakce s proudící tekutinou

Abstract

Diplomová práce se zabývá numerickými simulacemi FSI (Fluid Structure Interaction) s použitím softwarů ANSYS Fluent a ANSYS Mechanical. Účelem je vyhodnotit interakci proudící tekutiny s míchadlem v zařízení na propírání vaječných skořápek, jehož hřídel se během provozu zdeformovala. Transientní CFD výpočty zahrnují jednofázové i vícefázové proudění, pro vyšetření vlivu tekutiny na míchadlo je využito jednocestné FSI analýzy. Vyhodnoceny jsou jednak dynamické jevy v kvazi ustáleném stavu systému, tedy při zařízení v plném provozu, jednak při rozjezdu zařízení. Výpočty ukázaly, že vliv sekundární fáze na míchadlo a dynamiku procesu při plném provozu lze považovat za zanedbatelný, zařízení je nejvíce namáháno při rozběhu. V závěru práce jsou rozebrány možné příčiny deformace hřídele a nastíněny možnosti k dalším simulačním výpočtům.

This master’s thesis deals with numerical simulations of type FSI (Fluid Structure Interaction). Software used is ANSYS Fluent and ANSYS Mechanical. The aim of this thesis is to study the interaction between fluid flow in the mixing tank used in pharmaceutical industry to process eggshells and the agitator whose shaft has deformed during operation. CFD part consists of both one-phase and multi-phase transient simulations. The impact of solid body deformation on fluid flow is neglected hence only one-way Fluid Structure Interaction is considered for the simulations. Fluid flow in the tank and stress-strain behavior of the shaft is evaluated both in quasi-steady state and during start-up of the device. Computations showed that the impact of eggshells on agitator is negligible during operation (in quasi-steady state) unlike the behavior during start-up of the device when stresses and strains of the shaft are significantly higher. Possible reasons why the shaft deformed are presented and further numerical simulations are discussed and suggested.