338-0521/01 – 3D proudění (3Dpro)

Garantující katedraKatedra hydromechaniky a hydraulických zařízeníKredity3
Garant předmětudoc. Ing. Marian Bojko, Ph.D.Garant verze předmětudoc. Ing. Marian Bojko, Ph.D.
Úroveň studiapregraduální nebo graduálníPovinnostpovinně volitelný
Ročník2Semestrzimní
Jazyk výukyčeština
Rok zavedení2004/2005Rok zrušení
Určeno pro fakultyFS, HGF, USPUrčeno 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 Klasifikovaný zápočet 2+1
kombinovaná Klasifikovaný zápočet 8+4

Cíle předmětu vyjádřené dosaženými dovednostmi a kompetencemi

V předmětu se studenti a posluchači seznámí s fyzikálním významem turbulence při proudění skutečných tekutin v obecné trojrozměrné geometrii. Dále se podrobně seznámí s tvorbou výpočetní geometrie v programech DesignModeler a SpaceClaim a s tvorbou výpočetní sítě v programu ANSYS Meshing v prostředí software ANSYS. Dále získají znalosti a dovednosti při návrhu a definování numerických simulací pro řešení úloh proudění příměsí včetně chemických reakcí s přestupem tepla a radiací, vícefázového proudění a časově závislých úloh. Dále se setkají s problematikou obtékání těles, prouděním pevných částic ve formě diskrétní fáze.

Vyučovací metody

Přednášky
Cvičení (v učebně)

Anotace

Předmět se zabývá fyzikálním významem turbulence a matematickými modely turbulentního proudění v obecné trojrozměrné geometrii. Definovaný matematický model je aplikován na prostorové geometrie vytvořené v programech DesignModeler a SpaceClaim. Následně je generována výpočetní síť v programu ANSYS Meshing. Matematický model je doplněn o okrajové a počáteční podmínky. Teorie je aplikována na příklady proudění plynné směsi včetně uvažování zdroje tepla, případně chemické reakce s přestupem tepla a radiaci. Dále budou realizované numerické výpočty vícefázového proudění a obtékání těles pro stacionární a nestacionární úlohy. A také úlohy proudění pevných částic ve formě diskrétní fáze apod. Pro řešení je aplikován softwarový produkt Ansys Fluent, který využívá metodu konečných objemů.

Povinná literatura:

KOZUBKOVÁ, M., BOJKO, M., BLEJCHAŘ, T. Modelování přenosu tepla, hmoty a hybnosti. Ostrava: VŠB-TU, 2019, 224 s. Dostupnost < http://www.338.vsb.cz/studium/skripta/>. BOJKO, M. 3D proudění – ANSYS FLUENT učební text. Ostrava: VŠB-TU Ostrava, 2012. 314 s. ISBN 978-80-248-2607-3. Dostupnost < http://www.338.vsb.cz/studium/skripta/>. KOZUBKOVÁ, M., BOJKO, M., KRUTIL, J., BLEJCHAŘ, T. Modelování spalování paliv – učební text. Ostrava. VŠB-TU Ostrava, 2013, 288 s. ISBN 978-80-248-3144-2. BOJKO, M. Návody do cvičení „Modelování proudění“ – Fluent. Ostrava. VŠB-TU Ostrava, 2008, 141 s. ISBN 978-80-248-1909-9. Dostupnost < http://www.338.vsb.cz/studium/skripta/>.

Doporučená literatura:

BOJKO, M. Návody do cvičení „Modelování proudění“ – FLUENT. Ostrava: VŠB-TU Ostrava, 2008. 144 s. ISBN 978-80-248-1909-9. BLEJCHAŘ, T. Turbulence Modelování proudění – CFX. Ostrava: VŠB-TU Ostrava, 2012. 263 s. ISBN 978-80-248-2606-6. INCROPERA, F., P. ET AL. Fundamentals of heat and mass transfer. 6th ed.. Hoboken : Wiley, c2007 – xxv. 997 s. ISBN 0-471-45728-0. ANSYS Fluent Tutorial Guide (Release 18.2). 2017.

Forma způsobu ověření studijních výsledků a další požadavky na studenta

E-learning

ne

Další požadavky na studenta

ne .

Prerekvizity

Předmět nemá žádné prerekvizity.

Korekvizity

Předmět nemá žádné korekvizity.

Osnova předmětu

1. P.: Úvod, numerické modelování proudění komerčními systémy (Fluent 5, Fluent 6, Fluent 12, CFX, Rampant, Fidap, Nekton, Ansys - Flotran, Star 3D, Gambit), přehled řešených úloh C.: vyhledání informací o CFD na internetovských adresách (www.fluent.com, http://www.ansys.com/products/fluid-dynamics/cfx/ ) základní nabídky a roletové menu programu Gambit. 2. P.: Programové prostředí software Gambit 2.4.26. Typy 2D a 3D elementů, formáty importovaných geometrii z CAD programů. C.: tvorba prostorové geometrie, import různých formátu (*.igs, *.stp) do prostředí programu Gambit, úprava geometrie. 3. P.: Kritéria hodnocení kvality výpočetní sítě, typy mezních vrstev C.: Aplikace různých prvků na 3D geometrii, vyhodnocení kvality výpočetní sítě, počtu elementů, vytvoření různých typů mezních vrstev, export výpočetní sítě do prostředí programu Fluent 4. P.: Numerické řešení diferenciální rovnice 1.řádu, integrální metoda, metoda konečných objemů, simple a simplec metody, interpolační schéma, konvergence (reziduály, uderrelax), C.: Roletové menu programu Fluent, charakteristika základní filozofie numerické simulace (definování matematického modelu, okrajových podmínek, fyzikálních vlastností médii, inicializace, řešení a vyhodnocení) 5. P.: Matematické modely turbulence ve Fluentu – stlačitelné proudění, N-S rovnice, rovnice kontinuity, Reynoldsova rovnice, časové středování, Reynoldsova pravidla, Boussinesqova hypotéza, dvourovnicový model turbulence (k-eps model, RNG model, RSM model,k-model, Spalart-Almaras model), adaptace sítě C.: Testování různých modelů turbulence a stěnových funkcí při výpočtu obtékání schodu ve 3D, adaptace sítě, vyhodnocení Fluentem a EXCELEM 6. P.: Okrajové podmínky ve Fluentu, změna typu okrajových podmínek, zadávání profilů pro okrajové podmínky, metody výpočtu, vyhodnocení C.: Zadávání různých typů okrajových podmínek, okrajové podmínky pomocí profilů pro prostorové závislostí nebo C jazykem pro časové závislosti 7. P.: Rovnice energie pro nestlačitelné a stlačitelné proudění, přestup tepla stěnou (tenká stěna), přestup tepla stěnou skutečné tloušťky (SOLID), typy okrajových podmínek pro stěny, modelování proudění v blízkosti stěny stěnové funkce C.: Aplikace přestupu tepla při proudění tekutiny v potrubí tenkou stěnou a stěnou skutečné tloušťky, změna tepelných okrajových podmínek pro stěny, vyhodnocení a porovnání 8. P.: Okrajové podmínky symetrie a periodické, fyzikální vlastnosti tekutin závislé na teplotě, definice v programu Fluent C.: Aplikace okrajových podmínek symetrie a periodické na 2D a 3D výpočetní oblasti 9. P.: Transportní rovnice pro hmotnostní zlomky, definice difúzního toku a zdrojového členu vlivem chemické reakce, definice směsi a výpočet fyzikálních vlastností směsi C.: Aplikace výpočtu směsi plynů v trojrozměrné geometrii, definice složení směsi a hmotnostních zlomků na vstupní a výstupní okrajové podmínce, vyhodnocení v programu Fluent 10. P.: Proudění s pevnými částicemi a kapkami, trajektorie, definice diskrétní fáze, interakce se spojitou fázi, změna skupenství C.: Aplikace proudění pevných částic a kapek v trojrozměrné oblasti, vliv gravitačního zrychlení, různé granulometrie, množství diskrétní fáze 11. P.: Proudění plynů s chemickou reakcí a přestupem tepla vedením a radiací, rovnice energie, modely spalování plynných fázi C.: Spalování plynných složek v aplikací na hořák, individuální semestrální práce, zadání 12. P: Vícefázové proudění, charakteristika matematických modelů VOF, Mixture, Euler, definování jednotlivých fází, fyzikální vlastností fází C: Tvorba výpočetní sítě semestrálního projektu, nastavení matematického modelu, numerická simulace 13. P.: Spalování pevných paliv, definice kavitace pomocí vícefázového matematického modelu C.: Testování různých parametrů na příkladu semestrální práci (okrajové podmínky, turbulentní matematické modely, atd.) 14. P.: C.: prezentace semestrálních prací, definování problému, metody výpočtu, prezentace výsledků zpracování semestrální práce do prezentace v Power-pointu, animace

Podmínky absolvování předmětu

Prezenční forma (platnost od: 2011/2012 zimní semestr)
Název úlohyTyp úlohyMax. počet bodů
(akt. za podúlohy)
Min. počet bodů
Klasifikovaný zápočet Klasifikovaný zápočet 100  51
Rozsah povinné účasti:

Zobrazit historii

Výskyt ve studijních plánech

Akademický rokProgramObor/spec.Spec.ZaměřeníFormaJazyk výuky Konz. stř.RočníkZLTyp povinnosti
2019/2020 (N1701) Fyzika (1702T001) Aplikovaná fyzika P čeština Ostrava 2 povinně volitelný stu. plán
2018/2019 (N1701) Fyzika (1702T001) Aplikovaná fyzika P čeština Ostrava 2 povinně volitelný stu. plán
2017/2018 (N1701) Fyzika (1702T001) Aplikovaná fyzika P čeština Ostrava 2 povinně volitelný stu. plán
2016/2017 (N1701) Fyzika (1702T001) Aplikovaná fyzika P čeština Ostrava 2 povinně volitelný stu. plán
2016/2017 (N1701) Fyzika (1702T001) Aplikovaná fyzika P čeština Ostrava 2 povinně volitelný stu. plán
2015/2016 (N1701) Fyzika (1702T001) Aplikovaná fyzika P čeština Ostrava 2 povinně volitelný stu. plán
2014/2015 (N1701) Fyzika (1702T001) Aplikovaná fyzika P čeština Ostrava 2 povinně volitelný stu. plán
2013/2014 (N1701) Fyzika (1702T001) Aplikovaná fyzika P čeština Ostrava 2 povinně volitelný stu. plán
2012/2013 (N2301) Strojní inženýrství (3909T001) Konstrukční a procesní inženýrství (16) Hydraulické a pneumatické stroje a zařízení P čeština Ostrava 2 povinný stu. plán
2012/2013 (N2301) Strojní inženýrství (3909T001) Konstrukční a procesní inženýrství (16) Hydraulické a pneumatické stroje a zařízení K čeština Ostrava 2 povinný stu. plán
2011/2012 (N2301) Strojní inženýrství (3909T001) Konstrukční a procesní inženýrství (16) Hydraulické a pneumatické stroje a zařízení P čeština Ostrava 2 povinný stu. plán
2011/2012 (N2301) Strojní inženýrství (3909T001) Konstrukční a procesní inženýrství (16) Hydraulické a pneumatické stroje a zařízení K čeština Ostrava 2 povinný stu. plán
2010/2011 (N2301) Strojní inženýrství (3909T001) Konstrukční a procesní inženýrství (16) Hydraulické a pneumatické stroje a zařízení P čeština Ostrava 2 povinně volitelný stu. plán
2010/2011 (N2301) Strojní inženýrství (3909T001) Konstrukční a procesní inženýrství (16) Hydraulické a pneumatické stroje a zařízení K čeština Ostrava 2 povinně volitelný stu. plán
2009/2010 (N2301) Strojní inženýrství (3909T001) Konstrukční a procesní inženýrství (16) Hydraulické a pneumatické stroje a zařízení P čeština Ostrava 2 povinně volitelný stu. plán
2009/2010 (N2301) Strojní inženýrství (3909T001) Konstrukční a procesní inženýrství (16) Hydraulické a pneumatické stroje a zařízení K čeština Ostrava 2 povinně volitelný stu. plán
2008/2009 (N2301) Strojní inženýrství (3909T001) Konstrukční a procesní inženýrství (16) Hydraulické a pneumatické stroje a zařízení P čeština Ostrava 2 povinně volitelný stu. plán
2008/2009 (N2301) Strojní inženýrství (3909T001) Konstrukční a procesní inženýrství (16) Hydraulické a pneumatické stroje a zařízení K čeština Ostrava 2 povinně volitelný stu. plán
2007/2008 (N2301) Strojní inženýrství (3909T001) Konstrukční a procesní inženýrství (16) Hydraulické a pneumatické stroje a zařízení P čeština Ostrava 2 povinně volitelný stu. plán
2007/2008 (N2301) Strojní inženýrství (3909T001) Konstrukční a procesní inženýrství (16) Hydraulické a pneumatické stroje a zařízení K čeština Ostrava 2 povinně volitelný stu. plán
2006/2007 (N2301) Strojní inženýrství (3909T001) Konstrukční a procesní inženýrství (16) Hydraulické a pneumatické stroje a zařízení P čeština Ostrava 2 povinně volitelný stu. plán
2006/2007 (N2301) Strojní inženýrství (3909T001) Konstrukční a procesní inženýrství (16) Hydraulické a pneumatické stroje a zařízení K čeština Ostrava 2 povinně volitelný stu. plán
2005/2006 (N2301) Strojní inženýrství (3909T001) Konstrukční a procesní inženýrství (16) Hydraulické a pneumatické stroje a zařízení P čeština Ostrava 2 povinně volitelný stu. plán
2005/2006 (N2301) Strojní inženýrství (3909T001) Konstrukční a procesní inženýrství (16) Hydraulické a pneumatické stroje a zařízení K čeština Ostrava 2 povinně volitelný stu. plán
2004/2005 (N2301) Strojní inženýrství (3909T001) Konstrukční a procesní inženýrství (16) Hydraulické a pneumatické stroje a zařízení P čeština Ostrava 2 povinně volitelný stu. plán
2004/2005 (N2301) Strojní inženýrství (3909T001) Konstrukční a procesní inženýrství (16) Hydraulické a pneumatické stroje a zařízení K čeština Ostrava 2 povinně volitelný stu. plán

Výskyt ve speciálních blocích

Název blokuAkademický rokForma studiaJazyk výuky RočníkZLTyp blokuVlastník bloku
ECTS - MechEng - Master Studies 2015/2016 prezenční angličtina povinně volitelný 301 - Studijní oddělení a International Office stu. blok
ECTS - MechEng 2014/2015 prezenční čeština povinně volitelný 301 - Studijní oddělení a International Office stu. blok
ECTS - MechEng 2013/2014 prezenční čeština povinně volitelný 301 - Studijní oddělení a International Office stu. blok
ECTS - MechEng 2012/2013 prezenční čeština povinně volitelný 301 - Studijní oddělení a International Office stu. blok