338-0513/01 – Aplikovaná mechanika tekutin (AplMT)
| Garantující katedra | Katedra hydromechaniky a hydraulických zařízení | Kredity | 4 |
| Garant předmětu | doc. Dr. Ing. Lumír Hružík | Garant verze předmětu | prof. RNDr. Milada Kozubková, CSc. |
| Úroveň studia | pregraduální nebo graduální | Povinnost | povinně volitelný |
| Ročník | 1 | Semestr | zimní |
| | Jazyk výuky | čeština |
| Rok zavedení | 1999/2000 | Rok zrušení | 2012/2013 |
| Určeno pro fakulty | FS | Určeno pro typy studia | navazující magisterské |
Cíle předmětu vyjádřené dosaženými dovednostmi a kompetencemi
Cílem předmětu je seznámit studenty s matematickými modely, numerickými metodami a programy pro řešení nestacionárního proudění v tekutinových systémech. Získají znalosti o možnostech, výhodách a omezeních použití jednotlivých matematických modelů, numerických metod a programů, zejména pro obvody s dlouhým hydraulickým vedením. Studenti získají zkušenosti z oblasti experimentálního stanovení dynamických vlastností tekutinových systémů. Bude vyhodnocena přechodová a frekvenční charakteristika dlouhého hydraulického vedení. Získají praktické zkušenosti s numerickým modelováním dynamiky hydraulického obvodu s dlouhým potrubím v programu Matlab Fluids.
Vyučovací metody
Přednášky
Cvičení (v učebně)
Experimentální práce v laboratoři
Projekt
Anotace
V předmětu Aplikovaná mechanika tekutin se posluchači seznámí s matematickými modely, numerickými metodami a programy pro řešení nestacionárního proudění tekutin. Dále se seznámí s experimentálními metodami vyhodnocování dynamických vlastností tekutinových systémů. Seznámí se s vlivy jednotlivých parametrů na dynamiku tekutinových systémů. Bude vyhodnocena přechodová a frekvenční charakteristika hydraulického vedení.
Povinná literatura:
KOZUBKOVÁ, M. Aplikovaná mechanika. Skriptum. Ostrava: VŠB -TU Ostrava, 2003. 96 s. < http://www.338.vsb.cz/wp-content/uploads/2016/03/Kozubkova-Aplmech2003.pdf >.
HRUŽÍK, L., KOZUBKOVÁ, M. Dynamika tekutinových mechanizmů – návody do cvičení. Skriptum. Ostrava: VŠB -TU Ostrava, 2006. 82 s. < http://www.338.vsb.cz/wp-content/uploads/2016/03/Hruzik-dynamikanavody.pdf >.
KOZUBKOVÁ, M. Simulace a modelování hydraulických systémů. Skriptum. Ostrava: VŠB-TU Ostrava, 2009. 128 s. < http://www.338.vsb.cz/wp-content/uploads/2016/03/Kozubkova-Simulace2009.pdf >.
KOZUBKOVÁ, M., JABLONSKÁ, J. Modelování a simulace tekutinových systémů. Skriptum. Ostrava: VŠB-TU Ostrava, 2017. 217 s. < http://www.338.vsb.cz/wp-content/uploads/2019/05/Modelov%C3%A1n%C3%AD-a-simulace-tekutinov%C3%BDch-syst%C3%A9m%C5%AF.pdf>.
Doporučená literatura:
Forma způsobu ověření studijních výsledků a další požadavky na studenta
E-learning
Další požadavky na studenta
Nejsou další požadavky.
Prerekvizity
Předmět nemá žádné prerekvizity.
Korekvizity
Předmět nemá žádné korekvizity.
Osnova předmětu
Program přednášek
Týden Náplň přednášek
1 Přehled matematických modelů, numerických metod a programů pro řešení dynamiky tekutinových systémů. Model jednorozměrného potrubí se soustředěnými parametry - segmentovaného potrubí, program Matlab - SimHydraulics.
2 Jednorozměrný model vedení se spojitě rozloženými parametry - kvazistacionární rychlostní profil, nestacionární rychlostní profil.
3 Metoda charakteristik a metoda Laplaceovy transformace pro řešení potrubí se spojitě rozloženými parametry. Program Flowmaster, program Obvod, program F-achar.
4 Modul pružnosti hydraulického vedení: výpočtové vztahy, vliv stlačitelnosti kapaliny, stěny potrubí, množství vzduchových bublin. Modul pružnosti směsi kapaliny a plynu. Experimentální stanovení modulu pružnosti kapaliny a hadice.
5 Metody stanovení obsahu vzduchu v kapalině. Rychlost zvuku v hydraulickém vedení. Vyhodnocení doby běhu vlny. Průmyslový tomograf.
6 Vlastní frekvence hydraulického systému s dlouhým potrubím. Vliv modulu pružnosti vedení, délky vedení, okrajových podmínek a viskozity kapaliny na dynamiku. Pulzující proudění.
7 Experimentální vyhodnocení frekvenční a přechodové charakteristiky dlouhého potrubí. Metoda měření a vyhodnocení veličin, frekvenční spektrum měřeného signálu.
8 Simulace přechodové a frekvenční charakteristiky obvodu s dlouhým potrubím v programu SimHydraulics. Modelování obvodů s proporcionálními rozváděči a přímočarými hydromotory s hmotnou zátěží.
9 Vliv akumulátoru v potrubí při pulzujícím proudění. Porovnání numerických modelů a programů pro modelování nestacionárního proudění tekutiny v dlouhém potrubí.
Program cvičení a seminářů + individuální práce studentů
Týden Náplň cvičení a seminářů
1 Obvod pro měření přechodových a frekvenčních charakteristik dlouhého potrubí. Skladba, řízení proporcionálního rozváděče v prostředí Matlab. Použité snímače, měřicí přístroj. Zadání projektu Měření a numerická simulace frekvenční charakteristiky obvodu s dlouhým potrubím.
2 Měření přechodové charakteristiky - hydraulického rázu v obvodu s dlouhým potrubím. Měření frekvenční charakteristiky v dlouhém potrubí se škrticím ventilem na jeho konci.
3 Vyhodnocení naměřených dynamických vlastností dlouhého vedení. Modelování obvodu s dlouhým potrubím v prostředí Matlab SimHydraulics. Model segmentovaného potrubí, prvky proporcionální rozváděč a škrticí ventil.
4 Modelování obvodu s dlouhým potrubím v prostředí Matlab SimHydraulics. Numerická simulace dynamických vlastností obvodu s dlouhým potrubím v Matlab SimHydraulics - porovnání vypočtených časových průběhů tlaku s experimentem.
5 Simulace vlivu jednotlivých parametrů (délka potrubí, viskozita, množství vzduchových bublin) na dynamiku obvodu - časové průběhy tlaku simulovaného obvodu. Zadání projektu Měření a numerická simulace obvodu s dlouhým potrubím a hydromotorem s hmotnou zátěží.
6 Obvod s proporcionálním rozváděčem a přímočarým hydromotorem. Skladba obvodu, měřicí přístroj, snímače. Měření časových průběhů tlaků na válci a časového průběhu polohy.
7 Numerické modelování obvodu s přímočarým hydromotorem a proporcionálním rozváděčem.
8 Numerické modelování obvodu s přímočarým hydromotorem a proporcionálním rozváděčem. Porovnání simulovaných průběhů polohy a tlaků v čase s experimentem. Vliv velikosti průměru pístu a hmotnosti na odezvu tlaku a polohy.
9 Numerické modelování obvodu s přímočarým hydromotorem a proporcionálním rozváděčem. Zápočet.
Seznam otázek ke zkoušce
Č. otázky Znění otázky
1. Matematický model segmentovaného potrubí se soustředěnými parametry, skladba a definování R, H, D odporů.
2. Jednorozměrný model potrubí se spojitě rozloženými parametry -
kvazistacionární rychlostní profil. Pohybová rovnice a rovnice kontinuity.
3. Jednorozměrný model potrubí se spojitě rozloženými parametry - nestacionární rychlostní profil.
4. Metoda charakteristik pro řešení potrubí se spojitě rozloženými parametry.
5. Metoda Laplaceovy transformace pro řešení potrubí se spojitě rozloženými parametry.
6. Modul pružnosti hydraulického vedení: výpočtové vztahy, vliv stlačitelnosti kapaliny,pružného potrubí a množství vzduchových bublin. Modul pružnosti směsi kapaliny a plynu.
7. Experimentální stanovení modulu pružnosti kapaliny a hadice včetně vlivu obsahu vzduchu.
8. Metody stanovení množství vzduchu v kapalině.
9. Experimentální vyhodnocení hydraulického rázu v potrubí. Skladba obvodu, metodika měření, řízení ventilů, snímače, měřicí přístroj.
10. Experimentální stanovení rychlosti zvuku ve vedení.
11. Vlastní frekvence vedení - vliv délky potrubí a okrajových podmínek.
12. Dynamické vlastnosti hydraulického vedení - vliv modulu pružnosti kapaliny, pružnosti vedení a množství vzduchu v kapalině. Vliv viskozity na dynamiku obvodu s dlouhým potrubím.
13. Obvody s hydromotorem, hmotnou zátěží, dlouhým hydraulickým vedením a
proporcionálním rozváděčem. Vliv parametrů vedení, rozměrů hydromotoru a velikosti hmotné zátěže.
14. Pulzující proudění ve vedení, pulzační číslo, fázová rychlost šíření vlny. Amplitudová a fázová frekvenční charakteristika potrubí.
15. Experimentální stanovení frekvenční charakteristiky tlaku potrubí. Skladba obvodu, metodika měření, řízení proporcionálního rozváděče, snímače, měřicí přístroj.
16. Vliv akumulátoru v potrubí při pulzujícím proudění.
17. Simulace nestacionárního proudění programem Flowmaster. Možnosti,
matematický model, numerická metoda, zadávání výpočtové sítě.
18. Simulace nestacionárního proudění programem Matlab SimHydraulics.
Možnosti, matematický model,numerická metoda, zadávání výpočtové sítě - definování škrticího ventilu a proporcionálního rozváděče.
19. Simulace frekvenčních charakteristik potrubí programem Hydroobvod a
programem F-achar. Možnosti, matematický model, numerická metoda, zadávání výpočtové sítě.
20. Porovnání programů Flowmaster, Matlab - SimHydraulics, Hydroobvod, F-achar pro modelování nestacionárního proudění oleje v dlouhém potrubí.
Podmínky absolvování předmětu
Výskyt ve studijních plánech
Výskyt ve speciálních blocích
Hodnocení Výuky