Optimalizace potrubních tvarovek

Abstract

Potrubní tvarovky jsou důležitou součástí jakékoliv potrubní soustavy a jsou zdrojem významných hydraulických ztrát. Hlavním kritériem jejich návrhu jsou nízké výrobní náklady, nikoliv tlakové ztráty. Tato práce se zabývá snižováním tlakových ztrát potrubních tvarovek prostřednictvím vhodných změn hydraulického profilu. Bylo otestováno několik optimalizačních metod a z důvodu výpočtové náročnosti byla zvolena gradientní optimalizační metoda, která umožňuje distribuci výpočtů mezi několik výpočetních jednotek. Celý proces tvarové optimalizace probíhal autonomně. Bylo provedeno několik optimalizací rotačně symetrických difuzorů pro lepší pochopení vlivu okrajových podmínek na optimalizační proces a na tlakové ztráty. Dále je pak uveden vývoj parametrického popisu kolene pomocí Bézierových ploch. Optimální nalezený tvar vykazoval 22% snížení ztrátového součinitele. V poslední kapitole jsou potom uvedené postupy aplikovány na optimalizaci savky Kaplanovy turbíny.

Adapting pipes are a significant part of any pipe-line network and they are the sources of substantial hydraulic losses. They are designed for a manufacturing simplicity, regardless of flow. This paper concerns with lowering of hydraulic losses of adapting pipes by means of the shape optimization. Several methods of a mathematical optimization are tested and due to the complexity of the task and the need of the computational distribution among several computers, the gradient based algorithm is used. These methods loop together with a CFD software then automatically explore the design space. Several optimizations of diffusers with different opening angles, shape parameterizations and boundary conditions are made for the better insight on hydraulic losses. In three chapters there is description of development of parametric description of bend by means of Bezier surfaces. At the end optimum shape is found with hydraulic losses were decreased about 22%, which was not validated by experiment. In the final chapter is application of developed software on the shape optimization of Kaplan draft tube.