338-0501/01 – Finite Volume Method in Fluid Flow (MKOvP)

Gurantor departmentDepartment of Hydromechanics and Hydraulic EquipmentCredits4
Subject guarantorprof. RNDr. Milada Kozubková, CSc.Subject version guarantorprof. RNDr. Milada Kozubková, CSc.
Study levelundergraduate or graduateRequirementCompulsory
Year1Semesterwinter
Study languageCzech
Year of introduction2004/2005Year of cancellation2006/2007
Intended for the facultiesFSIntended for study typesMaster
Instruction secured by
LoginNameTuitorTeacher giving lectures
KOZ30 prof. RNDr. Milada Kozubková, CSc.
Extent of instruction for forms of study
Form of studyWay of compl.Extent
Full-time Credit and Examination 2+2
Combined Credit and Examination 10+4

Subject aims expressed by acquired skills and competences

Students will learn the physical meaning of laminarity and turbulence in fluid flow. Using means of mathematical modeling they will learn how to design a mathematical model for solving the application of wrapped obstacles, natural convection, the flow of contaminants and particulate material, and wall heat transfer problem. An important part of the work will be the solution evaluation, comparison with theory and experiments and determine the limits of solvability in the field of application.

Teaching methods

Lectures
Tutorials

Summary

The course deals with physical significance of turbulence, mathematical models of laminar and turbulent flow with heat transfer, compressible and incompressible flow. Software package FLUENT is applied as a tool for the solution of the fluid flow, using the finite volume method. System of partial differential equations is solved numerically with defined boundary and initial conditions. Boundary conditions can be defined as inlet and outlet conditions, symmetry, periodic conditions, various temperature boundary conditions on walls are applied. Solution procedure and the definition of solution parameters is explained. In details the theory of turbulence modeling is provided, classical k-eps model and further RNG k-eps model (renormalization group), RSM model (model of Reynolds stress) and explained. Theory is applied in the solution of engineering fluid flow problems, e.g. flow around obstacles, flow with Archimedes forces, natural convection, transport of species, heat transfer.

Compulsory literature:

Fluent Inc. Fluent 6.3 – User’s guide. [Online]. c2003.. Dostupné z: URL: http://spc.vsb.cz/portal/cz/documentation/manual/doc.vsb.cz/Aplikacni%20software/Fluent_6.3.26/. STULL, B.R.: An Introduction to Boundary Layer Meteorology, Dordrecht: Kluwer Academic Publishers, 1994, 666 p.

Recommended literature:

RODI, W.: Numerische Berechnung turbulenter Stromungen in Forschung und Praxis. Sonderforschungsbereich 210, Karlsruhe: TU, 1992, 245 p.

Way of continuous check of knowledge in the course of semester

E-learning

Další požadavky na studenta

Prerequisities

Subject codeAbbreviationTitleRequirement
338-0301 MeTek Fluid Mechanics Recommended

Co-requisities

Subject has no co-requisities.

Subject syllabus:

Program přednášek Týden Náplň přednášek 1 Úvod, numerické modelování proudění, Fluent – fyzikální modely, turbulentní modely, komerční systémy pro řešení proudění, řešené příklady od firmy, katedrou, ekologické úlohy 2 Souřadný systém, Navier-Stokesova rovnice (laminární proudění), sčítací pravidla, příklady, proudění při náhlém rozšíření průřezu 3 Fyzikální význam turbulence 4 Matematický model turbulence, N-S rovnice, rovnice kontinuity, Reynoldsova napětí, časové středování, Reynoldsova pravidla, Boussinesqova hypotéza, dvourovnicový model turbulence 5 Obecná rovnice zachování, příklad rovnice vedení tepla+okrajové a počáteční podmínky, numerické metody řešení (diferenční metoda, metoda konečných objemů), geometrie a generace sítě, příklad proudění při přirozené konvekci, modelování Taylorových vírů 6 Integrace metodou konečných objemů pro jednorozměrnou rovnici, iterační cyklus, interpolační schéma, konvergence (reziduály, uderrelax), skládání proudů, definování příměsi 7 Okrajové podmínky, podmínky vstupu a výstupu, podmínky symetrie, periodické podmínky, podmínky na stěně, přestup tepla stěnou, časově závislá úloha 8 Neizotermní proudění mezi rotujícími disky. Proudění s pevnými částicemi a kapkami, příměsi a jejich definice. 9 Metody řešení diskretizovaných rovnic, LGS řešič, multigrid 10 K-eps model, RNG model, RSM model, modelování proudění v blízkosti stěny stěnové funkce, okrajové podmínky 11 Proudění skutečných kapalin, zákon zachování hmotnosti, hybnosti, energie, entalpie při stlačitelném proudění 12 Zadání individuálních seminárních prací, diskuze 13 Fluent 4.5 a Fluent 5:Rozdíly, import CASE souborů do Fluentu 5, roletové menu, modely turbulence, typy sítí, adaptace sítě podle gradientu a jiných veličin, okrajové podmínky, změny typu okrajových podmínek, zadávání profilů pro okrajové podmínky, metody výpočtu, vyhodnocení 14 Bilanční rovnice Program cvičení a seminářů + individuální práce studentů Týden Náplň cvičení a seminářů 1 Práce na SGI, operační systém Unix, přihlášení na IBM, úvod do Fluentu 2 Modelování laminárního proudění v obdélníkové mezeře, grafické vyhodnocení výsledků 3 Proudění při náhlém rozšíření průtočného průřezu, geometrie, okrajové podmínky 4 Turbulentní proudění za schodem, turbulentní okrajové podmínky 5 Výpočet neizotermního proudění při přirozené konvekci 6 Izotermické proudění v osově symetrickém případě - Taylorovy víry 7 Výpočet rozptylu příměsi, skládání proudu, 2D úloha 8 3D modelování rozptylu příměsi, srovnání koncentrací ve 2D a 3D 9 Rozptyl hmotných částic při proudění z komínu 10 Časově závislý zdroj, modelování a grafické vyhodnocení 11 Neizotermické proudění v mezeře mezi rotujícími disky s uvažováním vodivosti stěn a konstantními fyzikálními vlastnostmi 12 Řešení individuální seminární práce 13 Řešení individuální seminární práce 14 Řešení individuální seminární práce Seznam otázek ke zkoušce Č. otázky Znění otázky 1 Definování fyzikálního problému řešeného v seminární práci, zdůvodnění použitého matematického modelu, definování okrajových podmínek, diskuze o výsledcích řešení 2 Numerické modelování proudění, různé komerční systémy, Fluent – fyzikální modely, turbulentní modely 3 Souřadný systém, Navier-Stokesova rovnice (laminární proudění), indexování 4 Nestlačitelné turbulentní proudění, rovnice zachování hybnosti, rovnice kontinuity 5 Reynoldsova rovnice, časové středování, Reynoldsova pravidla 6 Boussinesqova hypotéza, dvourovnicový model turbulence 7 Obecná rovnice zachování, příklad rovnice vedení tepla+okrajové a počáteční podmínky 8 Numerické metody řešení (diferenční metoda, metoda konečných objemů, metoda konečných prvků, spektrální metoda 9 Geometrie a generace sítě 10 Integrace metodou konečných objemů pro jednorozměrnou rovnici kontinuity a pohybovou rovnici 11 Konvergence, reziduály, uderrelaxace 12 Okrajové podmínky, podmínky vstupu a výstupu, podmínky symetrie, periodické podmínky, podmínky na stěně, přestup tepla stěnou 13 Časově závislá úloha 14 Metody řešení diskretizovaných rovnic, LGS řešič, multigrid 15 Turbulentní modely ve Fluentu, k-eps model, RNG model, RSM model

Conditions for subject completion

Combined form (validity from: 1960/1961 Summer semester)
Task nameType of taskMax. number of points
(act. for subtasks)
Min. number of points
Exercises evaluation and Examination Credit and Examination 100 (100) 51
        Exercises evaluation Credit 35 (35) 0
                Other task type Other task type 35  0
        Examination Examination 65 (65) 0
                Oral Oral examination 65  0
Mandatory attendence parzicipation:

Show history

Occurrence in study plans

Academic yearProgrammeField of studySpec.FormStudy language Tut. centreYearWSType of duty
2004/2005 (N2301) Mechanical Engineering (3909T001) Design and Process Engineering (16) Hydraulics and Pneumatics P Czech Ostrava 1 Compulsory study plan
2004/2005 (N2301) Mechanical Engineering (3909T001) Design and Process Engineering (16) Hydraulics and Pneumatics K Czech Ostrava 1 Compulsory study plan

Occurrence in special blocks

Block nameAcademic yearForm of studyStudy language YearWSType of blockBlock owner