338-0513/03 – Aplikovaná mechanika tekutin (AplMT)
| Garantující katedra | Katedra hydromechaniky a hydraulických zařízení | Kredity | 4 |
| Garant předmětu | doc. Dr. Ing. Lumír Hružík | Garant verze předmětu | doc. Dr. Ing. Lumír Hružík |
| Úroveň studia | pregraduální nebo graduální | Povinnost | povinný |
| Ročník | 2 | Semestr | letní |
| | Jazyk výuky | čeština |
| Rok zavedení | 2013/2014 | Rok zrušení | |
| 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:
Další studijní materiály
Forma způsobu ověření studijních výsledků a další požadavky na studenta
Zápočet: v průběhu semestru budou zadány 2 programy, za které je možno získat až 35 bodů. Minimum pro získání zápočtu je 18 bodů, max. 35 bodů.
Zkouška: ústní zkouška - 2 otázky, každá za max 25 bodů, obhajoba programů max. za 15 bodů.
E-learning
K tomuto předmětu jsou na stránkách katedry k dispozici studijní opory:
http://www.338.vsb.cz/studium/studijni-opory/
Další požadavky na studenta
Seznam otázek ke zkoušce
1. Nestacionární proudění v dlouhém potrubí. Pulzující proudění v potrubí - Amplitudová a fázová frekvenční charakteristika potrubí. Tvar kmitu potrubí.
2. Matematický model segmentovaného potrubí se soustředěnými parametry, skladba a definování R, H, D odporů.
3. Jednorozměrný model potrubí se spojitě rozloženými parametry -
kvazistacionární rychlostní profil. Pohybová rovnice a rovnice kontinuity.
4. Základní dynamické parametry hydraulického vedení. Konstanta šíření vlny v hydraulickém vedení. Vlnový odpor.
5. Metoda Laplaceovy transformace pro řešení potrubí se spojitě rozloženými parametry. Maticový zápis modelu potrubí. Maticové řešení dynamiky řetězce hydraulických prvků.
6. Dynamický odpor. Matematické modely diskrétních prvků - metoda Laplaceovy transformace - maticový zápis.
7. Metoda charakteristik pro řešení potrubí se spojitě rozloženými parametry.
8. Modul pružnosti směsi kapaliny a vzduchu: výpočtové vztahy, možnosti definování směsi při modelování dynamiky hydraulických systémů.
9. Experimentální stanovení modulu pružnosti kapaliny a vedení (hadice).
10. Metody stanovení množství vzduchu v kapalině.
11. Experimentální vyhodnocení hydraulického rázu v potrubí. Stanovení rychlosti zvuku ve vedení. Skladba obvodu, metodika měření, snímače, měřicí přístroj.
12. Vlastní frekvence hydraulického vedení - vliv okrajových podmínek a dalších parametrů.
13. Dynamika obvodů s hydromotorem, hmotnou zátěží, dlouhým hydraulickým vedením. Vliv parametrů vedení, rozměrů hydromotoru a velikosti hmotné zátěže.
14. Experimentální stanovení frekvenční charakteristiky tlaku potrubí. Skladba obvodu, metodika měření, snímače, měřicí přístroj.
15. Vliv akumulátoru v potrubí při pulzujícím proudění.
16. Simulace nestacionárního proudění v obvodech s dlouhým potrubím programem Flowmaster. Možnosti, matematický model, numerická metoda. Výhody a nevýhody.
17. Simulace nestacionárního proudění v obvodech s dlouhým potrubím programem Matlab Fluids. Možnosti,matematický model, numerická metoda. Výhody a nevýhody.
18. Simulace nestacionárního proudění v obvodech s dlouhým potrubím, metoda Laplaceovy transformace, program Hydroobvod. Možnosti, matematický model, numerická metoda. Výhody a nevýhody.
Prerekvizity
Předmět nemá žádné prerekvizity.
Korekvizity
Předmět nemá žádné korekvizity.
Osnova předmětu
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 - Fluids.
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-a char.
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 Matlab Fluids. 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.
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 Fluids. Model segmentovaného potrubí, prvky proporcionální rozváděč a škrticí ventil.
4. Modelování obvodu s dlouhým potrubím v prostředí Matlab Fluids. Numerická simulace dynamických vlastností obvodu s dlouhým potrubím v Matlab Fluids - 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.
Podmínky absolvování předmětu
Výskyt ve studijních plánech
Výskyt ve speciálních blocích
Hodnocení Výuky