338-0521/01 – 3D proudění (3Dpro)
| Garantující katedra | Katedra hydromechaniky a hydraulických zařízení | Kredity | 3 |
| Garant předmětu | doc. Ing. Marian Bojko, Ph.D. | Garant verze předmětu | doc. Ing. Marian Bojko, Ph.D. |
| Úroveň studia | pregraduální nebo graduální | Povinnost | povinně volitelný |
| Ročník | 2 | Semestr | zimní |
| | Jazyk výuky | čeština |
| Rok zavedení | 2004/2005 | Rok zrušení | 2020/2021 |
| Určeno pro fakulty | USP, HGF, FS | Určeno pro typy studia | navazující magisterské |
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:
Doporučená literatura:
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
Výskyt ve studijních plánech
Výskyt ve speciálních blocích
Hodnocení Výuky