338-0401/01 – CFD simulace a analýza dat v BIM modelech (CFDsim)
| Garantující katedra | Katedra hydromechaniky a hydraulických zařízení | Kredity | 5 |
| Garant předmětu | doc. Ing. Marian Bojko, Ph.D. | Garant verze předmětu | doc. Ing. Marian Bojko, Ph.D. |
| Úroveň studia | pregraduální nebo graduální | Povinnost | povinný |
| Ročník | 2 | Semestr | zimní |
| | Jazyk výuky | čeština |
| Rok zavedení | 2021/2022 | Rok zrušení | |
| Určeno pro fakulty | FEI, FS, FAST | Určeno pro typy studia | navazující magisterské |
Cíle předmětu vyjádřené dosaženými dovednostmi a kompetencemi
Studenti se seznámí s matematickým modelem proudění tekutin včetně přestupu tepla kondukcí a konvekcí s využitím metody konečných objemů (MKO). Budou schopni vytvořit matematický model prostupu tepla různými stavebními konstrukcemi, které budou charakterizovány materiály o odlišných fyzikálních vlastnostech a problém následně vyřešit. Dále studenti budou schopni definovat matematický model turbulentního proudění a aplikovat na problematiku vzduchotechniky v místnosti, budově případně výrobní hale.
Vyučovací metody
Přednášky
Cvičení (v učebně)
Projekt
Anotace
Předmět je zaměřen na možnosti modelování proudění s přenosem tepla (kondukcí, konvekcí) včetně tvorby výpočetní sítě pro problematiky spojené s modelováním proudění. Studenti si rozšíří teoretické znalosti v oblasti přenosu tepla, hmotnosti a hybnosti při proudění. Pro řešení soustavy rovnic popisujících proudění bude využita metoda konečných objemů (MKO). Metoda bude zaměřena zejména na řešení vedení (kondukci) tepla různými stavebními konstrukcemi, které budou definovány odlišnými materiálovými vlastnostmi. Dále bude (MKO) aplikována na problematiku proudění vzduchu v uzavřené místnosti a tedy řešení vzduchotechniky. Pro praktické aplikace příkladu (MKO) se využívá software ANSYS-Fluent. Numerické simulace v rámci předmětu budou realizovány na BIM modelech. K případné úpravě geometrie se v prostředí ANSYS využívá DesignModeler a k tvorbě výpočetní sítě ANSYS Meshing.
Povinná literatura:
Doporučená literatura:
Forma způsobu ověření studijních výsledků a další požadavky na studenta
vypracování seminární práce a ústní zkouška
E-learning
Další požadavky na studenta
Student vypracuje seminární práce, za které musí získat minimální počet bodů k zápočtu
Otázky ke zkoušce:
1. Hypotéza o kontinuu, fyzikální vlastnosti tekutin a pevných látek
2. Metody řešení přenosu tepla, hmoty, hybnosti, definice přenosu
3. Konvektivní přenos, difúzní přenos, základní bilanční rovnice přenosu
4. Vytvoření geometrie, 2D a 3D prvky sítě, konvergence a residuály, urychlení konvergence
5. Okrajové podmínky
6. Numerické metody řešení, metoda konečných objemů
7. Rovnice přenosu tepla kondukcí, okrajové podmínky
8. Základní rovnice přenosu hmoty, hybnosti a energie, rovnice kontinuity, Navierova-Stokesova (momentová, pohybová) rovnice, rovnice energie
9. Řešení kondukce a konvekce při laminárním proudění
10. Turbulence, Reynoldsovo časové středování k-eps dvourovnicový model turbulence
11. Okrajové podmínky pro k-eps turbulentní model, hmotnostní průtok, turbulentní veličiny, tlak na vstupu, tlak na výstupu, Outflow
12. Řešení kondukce a konvekce při turbulentním proudění
Minimálně 70% účast na cvičeních. Absence v rozsahu maximálně 30% musí být omluvena a omluva musí být vyučujícím akceptována (o důvodnosti omluvy rozhoduje vyučující).
Prerekvizity
Předmět nemá žádné prerekvizity.
Korekvizity
Předmět nemá žádné korekvizity.
Osnova předmětu
Osnova předmětu
1. Úvod, modelování proudění s využitím CFD programů, charakteristika komerčního systému ANSYS Fluent, řešené úlohy katedrou (projekty VaV, hospodářské smlouvy s firmami).
2. Problematika kontinua, fyzikální vlastnosti tekutin a pevných látek, definice přenosu (konvekce, difuze), numerické metody řešení.
3. Tvorba geometrie pro CFD proudění, generování výpočetní sítě, stabilita numerického výpočtu, konvergence, reziduály, okrajové podmínky.
4. Přenos tepla kondukcí, základní bilanční rovnice přenosu tepla, okrajové podmínky v případě přenosu tepla kondukcí.
5. Použití CFD v aplikaci vedení tepla stavební konstrukci (tvorba 2D modelu, generování výpočetní sítě, definování okrajových podmínek v prostředí ANSYS Workbench).
6. CFD řešení vedení tepla stavební konstrukci v programu ANSYS Fluent, varianty okrajových podmínek, různé materiály, Postprocessing.
7. Základní rovnice přenosu hmoty hybnosti a energie - rovnice kontinuity, Navierova-Stokesova rovnice, rovnice energie, okrajové podmínky, laminární a turbulentní proudění.
8. Turbulence. Fyzikální význam turbulence, náhodný charakter turbulence, statistické přístupy, proudění nestlačitelného a stlačitelného média, k-eps dvourovnicový model turbulence.
9. Řešení turbulentního proudění v uzavřené místnosti (simulace vzduchotechniky), tvorba 3D modelu, generování výpočetní sítě, definování matematického modelu a okrajových podmínek v prostředí ANSYS Workbench.
10. CFD analýza výpočtu proudění v uzavřené místnosti, různé okrajové podmínky, Postprocessing.
Podmínky absolvování předmětu
Výskyt ve studijních plánech
Výskyt ve speciálních blocích
Hodnocení Výuky