338-0513/04 – Aplikovaná mechanika tekutin (AplMT)

Garantující katedraKatedra hydromechaniky a hydraulických zařízeníKredity4
Garant předmětudoc. Dr. Ing. Lumír HružíkGarant verze předmětudoc. Dr. Ing. Lumír Hružík
Úroveň studiapregraduální nebo graduálníPovinnostpovinný
Ročník2Semestrletní
Jazyk výukyčeština
Rok zavedení2020/2021Rok zrušení
Určeno pro fakultyFSUrčeno pro typy studianavazující magisterské
Výuku zajišťuje
Os. čís.JménoCvičícíPřednášející
BUR262 Ing. Adam Bureček, Ph.D.
HRU38 doc. Dr. Ing. Lumír Hružík
KOZ30 prof. RNDr. Milada Kozubková, CSc.
Rozsah výuky pro formy studia
Forma studiaZp.zak.Rozsah
prezenční Zápočet a zkouška 2+2
kombinovaná Zápočet a zkouška 12+5

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:

ZYMÁK, V. Dynamika pulsujícího průtoku (Teorie, měření, aplikace, zkušenosti). Brno: PC-DIR Brno, 1994. 210 s. ISBN 80-85895-00-5. MATLAB User's Guide. The Mathworks, Inc., USA, www.mathworks.com EXNER, H. et al. Basic Principles and Components of Fluid Technology. Lohr am Main, Germany: Rexroth AG., 1991. 344 p. ISBN 3-8023-0266-4.

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

1. Přehled matematických modelů, numerických metod a programů pro řešení dynamiky tekutinových systémů. Model jednorozměrného potrubí se soustředěnými parametry - segmentované potrubí, program Matlab - Fluids. 2. Jednorozměrný model vedení se spojitě rozloženými parametry - kvazistacionární rychlostní profil, nestacionární rychlostní profil. 3. Metoda Laplaceovy transformace pro řešení potrubí se spojitě rozloženými parametry. Program Obvod, program F-a char. 4. Metoda charakteristik pro řešení potrubí se spojitě rozloženými parametry. Program Flowmaster. 5. 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. 6. Metody stanovení obsahu vzduchu v kapalině. Rychlost zvuku v hydraulickém vedení. Průmyslový tomograf. 7. Vlastní frekvence hydraulického systému s dlouhým potrubím. Vliv modulu pružnosti vedení, délky vedení, okrajových podmínek a viskozity kapaliny na dynamiku. 8. Experimentální vyhodnocení přechodové charakteristiky dlouhého hydraulického potrubí. Metoda měření a vyhodnocení veličin. Použité snímače, měřicí zařízení. Matematický model. Aplikace programu Matlab Fluids. 9. Numerické modelování přechodové charakteristiky obvodu s dlouhým hydraulickým potrubím a škrticím ventilem programu Matlab Fluids. Porovnání simulovaných průběhů tlaků v čase s experimentem. 10. Experimentální vyhodnocení amplitudové a fázové frekvenční charakteristiky dlouhého hydraulického potrubí. Použité snímače, měřicí zařízení. Metoda měření a vyhodnocení veličin, frekvenční spektrum měřeného signálu. 11. Numerické modelování amplitudové a fázové frekvenční charakteristiky hydraulického obvodu s dlouhým potrubím a škrticím ventilem programu Matlab Fluids. Porovnání simulovaných průběhů s experimentem. 12. Obvod s přímočarým hydromotorem a hmotnou zátěží. Experimentální vyhodnocení dynamických vlastností. Matematický model. Aplikace programu Matlab Fluids. 13. Numerické modelování dynamických vlastností obvodu s přímočarým hydromotorem, hmotnou zátěží a proporcionálním rozváděčem v programu Matlab Fluids. Vliv polohy pístnice a hmotnosti na odezvu tlaku a polohy. 14. Vliv akumulátoru v potrubí při pulzujícím proudění. Porovnání numerických modelů a programů pro modelování nestacionárního proudění tekutiny v dlouhém potrubí.

Podmínky absolvování předmětu

Prezenční forma (platnost od: 2021/2022 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  18
        Zkouška Zkouška 65  30
Rozsah povinné účasti: v denní formě studia alespoň 80% účast na cvičeních v kombinované formě alespoň 50% účast

Zobrazit historii

Výskyt ve studijních plánech

Akademický rokProgramObor/spec.Spec.ZaměřeníFormaJazyk výuky Konz. stř.RočníkZLTyp povinnosti
2021/2022 (NFS0003) Hydraulika a pneumatika P čeština Ostrava 2 povinný stu. plán
2021/2022 (NFS0003) Hydraulika a pneumatika K čeština Ostrava 2 povinný stu. plán

Výskyt ve speciálních blocích

Název blokuAkademický rokForma studiaJazyk výuky RočníkZLTyp blokuVlastník bloku