338-0501/02 – Metoda konečných objemů v proudění (MKOvP)

Garantující katedraKatedra hydromechaniky a hydraulických zařízeníKredity6
Garant předmětuprof. RNDr. Milada Kozubková, CSc.Garant verze předmětuprof. RNDr. Milada Kozubková, CSc.
Úroveň studiapregraduální nebo graduálníPovinnostpovinný
Ročník1Semestrzimní
Jazyk výukyčeština
Rok zavedení2005/2006Rok zrušení2017/2018
Určeno pro fakultyFSUrčeno pro typy studianavazující magisterské
Výuku zajišťuje
Os. čís.JménoCvičícíPřednášející
BOJ01 doc. Ing. Marian Bojko, Ph.D.
KOZ30 prof. RNDr. Milada Kozubková, CSc.
Rozsah výuky pro formy studia
Forma studiaZp.zak.Rozsah
prezenční Zápočet a zkouška 3+3
kombinovaná Zápočet a zkouška 16+4

Cíle předmětu vyjádřené dosaženými dovednostmi a kompetencemi

Studenti se seznámí s fyzikálním významem laminarity a turbulence při proudění tekutin. Prostředky matematického modelování se naučí navrhnout matematický model pro řešení aplikace na úlohy obtékání překážek, přirozené konvekce, proudění příměsí a hmotných částic, přestupu tepla stěn a problém vyřešit. Významnou částí práce bude hodnocení řešení, porovnání s teorií a experimenty a stanovení mezí řešitelnosti v daném aplikačním oboru.

Vyučovací metody

Přednášky
Cvičení (v učebně)

Anotace

Předmět se zabývá fyzikálním významem turbulence, matematickými modely laminárního a turbulentního proudění s přestupem tepla, prouděním nestlačitelného a stlačitelného plynů. Pro řešení se aplikován softwarový produkt Fluent, který využívá integrace metodou konečných objemů. Systém diferenciálních rovnic je řešen numericky, doplněn okrajovými a počátečními podmínkami, definovanými jako podmínky vstupu a výstupu, podmínky symetrie, periodické podmínky, podmínky na stěně, přestup tepla stěnou atd. Podrobně je odvozen klasický k-eps model a dále jsou využívány RNG k-eps model (renormalizační grupy), RSM model (model Reynoldsových napětí). Teorie je aplikována na příklady řešící obtékání překážek, vztlakové síly, přirozenou konvekci, proudění s příměsi a pevnými částicemi, přestup tepla stěnou.

Povinná literatura:

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/. KOZUBKOVÁ, M.: Modelování proudění tekutin FLUENT, CFX. Ostrava: VŠB-TU, 2008, 154 s., ISBN 978-80-248-1913-6, (Elektronická publikace na CD ROM)

Doporučená literatura:

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

Forma způsobu ověření studijních výsledků a další požadavky na studenta

DOPORUČENÍ STUDENTŮM : Zopakovat si potřebné poznatky z matematiky, dynamiky, mechaniky tekutin, výpočetní techniky. Datum, hodina, místo konání ústní zkoušky je třeba dohodnout se zkoušejícím. Podmínkou pro zápis ke zkoušce je získání zápočtu ze cvičení. K zápočtu je nutné odevzdat seminární práci, která bude obsahovat: • v Power Pointu zpracované zadání, schéma řešené oblasti, fyzikální popis úlohy, popis vytvoření sítě, okrajové podmínky, vložené grafy reziduálů, vyhodnocení proudové funkce, vektorů rychlosti, izoploch statického tlaku, turbulentní viskozity a dalších řešených veličin podle zadání • maximální počet bodů k zápočtu je 35, minimální počet bodů je 20 Zkouška je ústní a skládá se z testu a zodpovězení 2 otázek. Za test lzezískat maximálně 20 bodů, první otázku maximálně 25 bodů a za druhou otázku 20 bodů.. HODNOCENÍ : získané body známka 86-100 výborně 66- 85 velmi dobře 51- 65 dobře 0- 50 nevyhověl 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. rozdělení proudění – laminární, turbulentní, prostorové, časově závislé 4. přenos hmoty, hybnosti, pro nestlačitelné proudění, Navier-Stokesova rovnice (laminární proudění), indexování 5. typy okrajových podmínek proudění nestlačitelné kapaliny 6. Gambit, vytvoření geometrie,prvky sítě, 7. generace sítě, kontrola sítě 8. Reynoldsova rovnice, časové středování, Reynoldsova pravidla 9. Boussinesqova hypotéza, turbulentní viskozita, dvourovnicový model turbulence 10. Obecná rovnice zachování, příklad rovnice vedení tepla+okrajové a počáteční podmínky 11. numerické metody řešení (diferenční metoda, metoda konečných objemů, metoda konečných prvků, spektrální metoda 12. integrace metodou konečných objemů pro jednorozměrnou rovnici kontinuity a pohybovou rovnici 13. konvergence, reziduály, uderrelaxace 14. turbulentní modely proudění stlačitelné tekutiny, k-eps model, RNG model, RSM model – popis, použití 15. okrajové podmínky pro stlačitelnou tekutinu, podmínky vstupu a výstupu, podmínky symetrie, periodické podmínky, podmínky na stěně, stěnová funkce (mezní vrstva) 16. časově závislá úloha, příklady použití, metoda postupu řešení 17. šíření tepla – definice matematického modelu, okrajové podmínky, příklad vodivě a nevodivé stěny 18. řešení šíření příměsí – definice matematického modelu, okrajové podmínky, zdroje 19. fyzikální vlastnosti plynů a jejich směsí 20. šíření částic, vícefázové modely, definice modelu, zdroje částic, trajektorie částic, okrajové podmínky

E-learning

Další požadavky na studenta

ne .

Prerekvizity

Kód předmětuZkratkaNázevPovinnost
338-0301 MeTek Mechanika tekutin Doporučená

Korekvizity

Předmět nemá žádné korekvizity.

Osnova předmětu

1. P.: Úvod, numerické modelování proudění – různé komerční systémy, Fluent – fyzikální modely, turbulentní modely, komerční systémy pro řešení proudění, řešené příklady od firmy, katedrou, ekologické úlohy C.: Práce na pracovních stanicích, operační systém Linux, úvod do Fluentu 2. P.: Turbulentní a laminární proudění, souřadný systém, Navier-Stokesova rovnice (laminární proudění) a rovnice kontinuity, sčítací pravidla, příklady, proudění při náhlém rozšíření průřezu C.: Gambit, prostředí, kreslení základní útvarů Modelování laminárního proudění v obdélníkové mezeře, grafické vyhodnocení výsledků 3. P.: Okrajové podmínky pro nestlačitelné proudění C.: Vytvoření geometrie náhlého rozšíření, metody síťování proudění při náhlém rozšíření průtočného průřezu, geometrie, okrajové podmínky 4. P.: Gambit, generace a kontrola sítě C.: Síťování oblasti 2D a 3D, kontrola sítě, export do Fluentu 5. P.: Programový systém Fluent, integrace metodou konečných objemů pro jednorozměrnou rovnici kontinuity a pohybovou rovnici, iterační cyklus, interpolační schéma, konvergence (reziduály, uderrelax) C.: Modelování laminárního proudění v obdélníkové mezeře 6. Matematický model turbulence, Reynoldsova napětí, časové středování, Reynoldsova pravidla, Boussinesqova hypotéza, turbulentní viskozita C.: Grafické vyhodnocení výsledků, řešení odporového součinitele 7. P.: Statistické modely turbulence, dvourovnicový model turbulence, stěnové funkce C.: Turbulentní proudění za schodem, turbulentní okrajové podmínky 8. P.: Obecná rovnice zachování, příklad rovnice vedení tepla+okrajové a počáteční podmínky, numerické metody řešení (diferenční metoda, metoda konečných objemů), geometrie a generace sítě, metody řešení diskretizovaných rovnic, LGS řešič, multigrid C.: Řešení proudění za schodem užitím různých modelů turbulence a způsobů vyhodnocení 9. P.:Přenos tepla, konvekce, kondukce, podmínky na stěně, přestup tepla stěnou, C.: Výpočet neizotermního proudění v potrubí s přestupem tepla stěnou 10. P.: 3D modelování rozptylu příměsi, srovnání koncentrací ve 2D a 3D.. C.: 3D modelování rozptylu příměsi, srovnání koncentrací ve 2D a 3D 11. P.: Proudění s pevnými částicemi a kapkami, příměsi a jejich definice. C.: Rozptyl hmotných částic při proudění z komínu 12. P.: Modelování časově závislého řešení C.: Řešení individuální seminární práce 13. P.: Měření a výpočet turbulence při obtékání válce C.: Řešení individuální seminární práce 14. P.: Konzultace individuálních seminárních prací, diskuze C.: Řešení individuální seminární práce

Podmínky absolvování předmětu

Prezenční forma (platnost od: 1960/1961 letní semestr, platnost do: 2010/2011 zimní semestr)
Název úlohyTyp úlohyMax. počet bodů
(akt. za podúlohy)
Min. počet bodů
Zápočet a zkouška Zápočet a zkouška 100 (100) 51
        Zápočet Zápočet 35 (35) 0
                Jiný typ úlohy Jiný typ úlohy 35  0
        Zkouška Zkouška 65 (65) 0
                Ústní zkouška Ústní zkouška 65  0
Rozsah povinné účasti:

Zobrazit historii

Výskyt ve studijních plánech

Akademický rokProgramObor/spec.Spec.FormaJazyk výuky Konz. stř.RočníkZLTyp povinnosti
2012/2013 (N2301) Strojní inženýrství (3909T001) Konstrukční a procesní inženýrství (16) Hydraulické a pneumatické stroje a zařízení P čeština Ostrava 1 povinný stu. plán
2012/2013 (N2301) Strojní inženýrství (3909T001) Konstrukční a procesní inženýrství (16) Hydraulické a pneumatické stroje a zařízení K čeština Ostrava 1 povinný stu. plán
2011/2012 (N2301) Strojní inženýrství (3909T001) Konstrukční a procesní inženýrství (16) Hydraulické a pneumatické stroje a zařízení P čeština Ostrava 1 povinný stu. plán
2011/2012 (N2301) Strojní inženýrství (3909T001) Konstrukční a procesní inženýrství (16) Hydraulické a pneumatické stroje a zařízení K čeština Ostrava 1 povinný stu. plán
2010/2011 (N2301) Strojní inženýrství (3909T001) Konstrukční a procesní inženýrství (16) Hydraulické a pneumatické stroje a zařízení P čeština Ostrava 1 povinný stu. plán
2010/2011 (N2301) Strojní inženýrství (3909T001) Konstrukční a procesní inženýrství (16) Hydraulické a pneumatické stroje a zařízení K čeština Ostrava 1 povinný stu. plán
2009/2010 (N2301) Strojní inženýrství (3909T001) Konstrukční a procesní inženýrství (16) Hydraulické a pneumatické stroje a zařízení P čeština Ostrava 1 povinný stu. plán
2009/2010 (N2301) Strojní inženýrství (3909T001) Konstrukční a procesní inženýrství (16) Hydraulické a pneumatické stroje a zařízení K čeština Ostrava 1 povinný stu. plán
2008/2009 (N2301) Strojní inženýrství (3909T001) Konstrukční a procesní inženýrství (16) Hydraulické a pneumatické stroje a zařízení P čeština Ostrava 1 povinný stu. plán
2008/2009 (N2301) Strojní inženýrství (3909T001) Konstrukční a procesní inženýrství (16) Hydraulické a pneumatické stroje a zařízení K čeština Ostrava 1 povinný stu. plán
2007/2008 (N2301) Strojní inženýrství (3909T001) Konstrukční a procesní inženýrství (16) Hydraulické a pneumatické stroje a zařízení P čeština Ostrava 1 povinný stu. plán
2007/2008 (N2301) Strojní inženýrství (3909T001) Konstrukční a procesní inženýrství (16) Hydraulické a pneumatické stroje a zařízení K čeština Ostrava 1 povinný stu. plán
2006/2007 (N2301) Strojní inženýrství (3909T001) Konstrukční a procesní inženýrství (16) Hydraulické a pneumatické stroje a zařízení P čeština Ostrava 1 povinný stu. plán
2006/2007 (N2301) Strojní inženýrství (3909T001) Konstrukční a procesní inženýrství (16) Hydraulické a pneumatické stroje a zařízení K čeština Ostrava 1 povinný stu. plán
2005/2006 (N2301) Strojní inženýrství (3909T001) Konstrukční a procesní inženýrství (16) Hydraulické a pneumatické stroje a zařízení P čeština Ostrava 1 povinný stu. plán
2005/2006 (N2301) Strojní inženýrství (3909T001) Konstrukční a procesní inženýrství (16) Hydraulické a pneumatické stroje a zařízení K čeština Ostrava 1 povinný stu. plán

Výskyt ve speciálních blocích

Název blokuAkademický rokForma studiaJazyk výuky RočníkZLTyp blokuVlastník bloku