338-0521/03 – 3D proudění (3Dpro)

Garantující katedraKatedra hydromechaniky a hydraulických zařízeníKredity5
Garant předmětudoc. Ing. Marian Bojko, Ph.D.Garant verze předmětudoc. Ing. Marian Bojko, Ph.D.
Úroveň studiapregraduální nebo graduálníPovinnostpovinný
Ročník2Semestrzimní
Jazyk výukyčeština
Rok zavedení2014/2015Rok zrušení
Určeno pro fakultyFSUrčeno 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 Zápočet a zkouška 1+3
kombinovaná Zápočet a zkouška 12+9

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

K zápočtu je nutné odevzdat seminární práci. Maximální počet bodů k zápočtu je 35, minimální počet bodů je 25. Zkouška: min. 26 bodů max. 65 bodů.

E-learning

Další požadavky na studenta

Student vypracuje seminární práce, za které musí získat minimální počet bodů k zápočtu Otázky ke zkoušce: 1. Metodika tvorby geometrie (DesignModeler) a sítě v ANSYS Meshingu, kontrola kvality sítě, možnosti importu geometrie z jiných CAD programů. 2. Přenos a jeho řešení, přenos hmoty, Fourierův zákon přenosu tepla, Newtonův zákon přenosu hybnosti. 3. Matematický model turbulence pro stlačitelné proudění, N-S rovnice, rovnice kontinuity, Reynoldsova rovnice, časové středování. Turbulentní modely ve Fluentu, k-eps model, RNG model, RSM model, Spalart-Almaras model, k- model. 4. Modelování proudění příměsí, transportní rovnice přenosu příměsi, fyzikální vlastnosti příměsí a směsi pro stlačitelné a nestlačitelné proudění. 5. Charakteristika zdroje příměsí (plošný, objemový). 6. Vícefázové modely – Eulerův přístup a Lagrangeův přístup. 7. Charakteristika časově závislého řešení. 8. Okrajové podmínky, podmínky vstupu a výstupu, podmínky symetrie, periodické podmínky, podmínky na stěně, přestup tepla stěnou, definování nekonstantních okrajových podmínek, rozdíly v definici okrajových podmínek pro stlačitelné a nestlačitelné proudění. 9. Problematika hoření plynných paliv (modely s chemickou reakcí, model hoření jako zdroj tepla). 10. Obtékání těles, mezní vrstva.

Prerekvizity

Předmět nemá žádné prerekvizity.

Korekvizity

Předmět nemá žádné korekvizity.

Osnova předmětu

Osnova 1. Programové prostředí programu DesignModeler. Základní nabídky a roletové menu programu DesignModeler. Prezentace výsledků CFD analýzy problematiky spalování paliv na základě prezentovaných prací publikovaných na internetu. 2. Vytváření 3D geometrie v programu DesignModeler. Nástroje k editaci importované 3D geometrie v programu DesignModeler. Představení programu SpaceClaim k tvorbě geometrie. 3. Programové prostředí na tvorbu výpočetní sítě v programu ANSYS Meshing, metody síťování, 3D elementy. Kritéria hodnocení kvality výpočetní sítě, typy mezních vrstev, adaptace sítě. 4. Numerické řešení diferenciální rovnice 1.řádu, integrální metoda, metoda konečných objemů, simple a simplec metody, interpolační schéma, konvergence (reziduály, uderrelax). Aplikace různých prvků na 3D geometrii, vyhodnocení kvality výpočetní sítě, vytvoření různých typů mezních vrstev, export výpočetní sítě do prostředí programu ANSYS Fluent. 5. Fyzikální vlastnosti, přenos hmoty (Fickův zákon), přenos tepla kondukcí (Fourierův zákon), přenos hmoty a hybnosti (proudění), přenos tepla konvekcí a kondukcí. 6. Typy okrajových podmínek pro stlačitelné a nestlačitelné proudění. Definice fyzikálních vlastnosti plynné příměsi (konstantní, funkční závislosti na teplotě, kinetická teorie plynu) a směsi, charakteristika pojmů: koncentrace, hmotnostní zlomek, objemový zlomek. 7. Turbulence, stlačitelné proudění, N-S rovnice, rovnice kontinuity, Reynoldsova rovnice a pravidla, časové středování, Boussinesqova hypotéza. 8. Rovnice energie pro nestlačitelné a stlačitelné proudění, přestup tepla stěnou (tenká stěna), přestup tepla stěnou skutečné tloušťky (SOLID), typy okrajových podmínek pro stěny, modelování v blízkosti stěny, stěnové funkce. 9. Transportní rovnice pro hmotnostní zlomky, definice difúzního toku a zdrojového členu vlivem chemické reakce, definice směsi a výpočet fyzikálních vlastností směsi. 10. Proudění plynů s chemickou reakcí a přestupem tepla a radiací, rovnice energie, modely spalování plynných fázi, definování kinetiky procesu spalování pomocí Arheniovy rovnice (pre-exponenciální faktor, aktivační energie). 11. Proudění s pevnými částicemi a kapkami, trajektorie, definice diskrétní fáze, interakce se spojitou fázi, změna skupenství, matematické modelování problematiky spalování pevných částic. 12. Vícefázové proudění, charakteristika matematických modelů VOF, Mixture, Euler, definování jednotlivých fází, definice kavitace pomocí vícefázového matematického modelu, fyzikální vlastností fází. 13. Matematické přístupy spalování pevných paliv, problematika definování matematického modelu spalování kusového dřeva v krbových kamnech, matematické modelování nízkoteplotní oxidace uhlí. 14. Řešení problematiky spalování práškového uhlí v pádové trubce, vyhodnocení matematických přístupů a porovnání s experimentem.

Podmínky absolvování předmětu

Kombinovaná forma (platnost od: 2014/2015 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  25
        Zkouška Zkouška 65  20
Rozsah povinné účasti:

Zobrazit historii

Výskyt ve studijních plánech

Akademický rokProgramObor/spec.Spec.ZaměřeníFormaJazyk výuky Konz. stř.RočníkZLTyp povinnosti
2020/2021 (N2301) Strojní inženýrství (2302T043) Hydraulika a pneumatika P čeština Ostrava 2 povinný stu. plán
2020/2021 (N2301) Strojní inženýrství (2302T043) Hydraulika a pneumatika K čeština Ostrava 2 povinný stu. plán
2019/2020 (N2301) Strojní inženýrství (2302T043) Hydraulika a pneumatika P čeština Ostrava 2 povinný stu. plán
2019/2020 (N2301) Strojní inženýrství (2302T043) Hydraulika a pneumatika K čeština Ostrava 2 povinný stu. plán
2018/2019 (N2301) Strojní inženýrství (2302T043) Hydraulika a pneumatika P čeština Ostrava 2 povinný stu. plán
2018/2019 (N2301) Strojní inženýrství (2302T043) Hydraulika a pneumatika K čeština Ostrava 2 povinný stu. plán
2017/2018 (N2301) Strojní inženýrství (2302T043) Hydraulika a pneumatika P čeština Ostrava 2 povinný stu. plán
2017/2018 (N2301) Strojní inženýrství (2302T043) Hydraulika a pneumatika K čeština Ostrava 2 povinný stu. plán
2016/2017 (N2301) Strojní inženýrství (2302T043) Hydraulika a pneumatika P čeština Ostrava 2 povinný stu. plán
2016/2017 (N2301) Strojní inženýrství (2302T043) Hydraulika a pneumatika K čeština Ostrava 2 povinný stu. plán
2015/2016 (N2301) Strojní inženýrství (2302T043) Hydraulika a pneumatika P čeština Ostrava 2 povinný stu. plán
2015/2016 (N2301) Strojní inženýrství (2302T043) Hydraulika a pneumatika K čeština Ostrava 2 povinný stu. plán
2014/2015 (N2301) Strojní inženýrství (2302T043) Hydraulika a pneumatika P čeština Ostrava 2 povinný stu. plán
2014/2015 (N2301) Strojní inženýrství (2302T043) Hydraulika a pneumatika K čeština Ostrava 2 povinný stu. plán

Výskyt ve speciálních blocích

Název blokuAkademický rokForma studiaJazyk výuky RočníkZLTyp blokuVlastník bloku