338-0513/04 – 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 | 2020/2021 | 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:
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
Výskyt ve studijních plánech
Výskyt ve speciálních blocích
Hodnocení Výuky