338-0525/01 – Metoda konečných objemů (MKO)
| Garantující katedra | Katedra hydromechaniky a hydraulických zařízení | Kredity | 4 |
| Garant předmětu | prof. RNDr. Milada Kozubková, CSc. | Garant verze předmětu | prof. RNDr. Milada Kozubková, CSc. |
| Úroveň studia | pregraduální nebo graduální | Povinnost | povinně volitelný |
| Ročník | 1 | Semestr | letní |
| | Jazyk výuky | čeština |
| Rok zavedení | 2004/2005 | Rok zrušení | 2016/2017 |
| Určeno pro fakulty | FS | Určeno pro typy studia | navazující magisterské |
Cíle předmětu vyjádřené dosaženými dovednostmi a kompetencemi
Studenti se seznámí s teorií laminárního a turbulentního proudění a simulací v aplikacích, kde se vyskytují zařízení a stroje, které obsahují tekutinu, či ji využívají pro svou činnost. Budou sestavovat CFD simulace pro základní úlohy mechaniky tekutin. Budou aplikovat znalosti z oblasti kreslení ve vyšších CAD systémech, zabývat se kvalitou sítě, výběrem turbulentních modelů a definicí vhodných okrajových podmínek. Studenti budou interpretovat výsledky jednotlivých simulací a analyzovat proudění. Na základě výsledků simulací budou predikovány důležité parametry. Studenti se seznámí s možnostmi CFD simulací, oblastí jejich použitelnosti a budou schopni řešit základní úlohy z oblasti mechaniky tekutin.
Vyučovací metody
Přednášky
Cvičení (v učebně)
Anotace
Předmět se zabývá turbulencí, matematickými modely laminárního a turbulentního proudění s přestupem tepla, prouděním nestlačitelného a stlačitelného plynů. Pro řešení se aplikován softwarový produkt Ansys-CFX, který využívá integrace metodou konečných objemů. Matematický model je doplněn okrajovými a počátečními podmínkami. Podrobně je odvozen klasický k-eps model a dále jsou využívány LES, SAS, DES modely. Pro tvorbu geometrie bude využíván přenos dat CAD - ANSYS-Workbench. Teorie je aplikována na základní příklady mechaniky tekutin, vztlakové síly, přirozenou konvekci, přestup tepla stěnou.
Povinná literatura:
ANSYS CFX- ANSYS CFX RELEASE 11.0, Theory Guide, Tutorials. Southpointe: ANSYS, Inc., 2006.
BLEJCHAŘ, T.: Návody do cvičení „Modelování proudění“ – CFX, [Skripta].VŠB-TU OSTRAVA, 2008, 132 s.
Doporučená literatura:
KOZUBKOVÁ, M.: Modelování proudění, Fluent I., [Skripta].VŠB-TU OSTRAVA, 2008, 154 s.
Forma způsobu ověření studijních výsledků a další požadavky na studenta
E-learning
Další požadavky na studenta
ne .
Prerekvizity
Předmět nemá žádné prerekvizity.
Korekvizity
Předmět nemá žádné korekvizity.
Osnova předmětu
OSNOVA PŘEDMĚTU
1. P.: Úvod, numerické modelování proudění – různé komerční systémy, ANYSY CFX, Typy úloh Integrace CFX v programovém balíku ANSYS
C.: práce na pracovních stanicích SUN, operační systém na bázi LINUXu, úvod do ANSYS CFX
2. P.: Souřadný systém, Navier-Stokesova rovnice (laminární proudění), sčítací pravidla, příklady, proudění při náhlém rozšíření průřezu
C.: Tvorba geometrie náhlého rozšíření (schod) v prostředí ANSYS Workbench, princip tvorby výpočetní oblasti a úprava geometrie, vytvoření výpočetní sítě, postup při vytváření sítě, porovnání sítě pro FEM a CFD.
3. P.: Fyzikální význam turbulence
C.: CFD model proudění při náhlém rozšíření průtočného průřezu, laminární režim proudění. Import sítě, kompatibilní sítě.
4. P.: Matematický model turbulence, N-S rovnice, rovnice kontinuity, Reynoldsova napětí, časové středování, Reynoldsova pravidla, Boussinesqova hypotéza, dvourovnicový model turbulence
C.: Vyhodnocení výsledku simulace laminárního proudění v oblasti s náhlým rozšířením. Vytvoření vyhodnocovacího souboru v postprocesoru.
5. P.: Obecná rovnice zachování, příklad rovnice vedení tepla+okrajové a počáteční podmínky, numerické metody řešení (diferenční metoda, metoda konečných objemů)
C.: Výpočet neizotermního proudění při přirozené konvekci, různé varianty.
6. P.: Integrace metodou konečných objemů pro jednorozměrnou rovnici kontinuity a pohybovou rovnici, iterační cyklus, interpolační schéma, konvergence (reziduály), skládání proudů, definování příměsi-multifázové modely
C.: Stanovení místní ztráty v oblasti s náhlým rozšířením, testování vlivu modelu turbulence na hodnotu ztrátového součinitele. Definování okrajových podmínek funkcí, změřenými daty. Export dat z postprocesoru, vyhodnocení dat v EXCELU.
7. P.:Okrajové podmínky, podmínky vstupu a výstupu, podmínky symetrie, periodické podmínky, podmínky na stěně, přestup tepla stěnou, časově závislá úloha
C.: Modelování rozptylu příměsi, Lagrangeuv přístup.
8. P.: Proudění s pevnými částicemi a kapkami, příměsi a jejich definice. Definice tahového a vztlakového součinitele kapičky – pevné částice.
C.: Modelování rozptylu znečišťující látky (polutant)
9. P.: Metody řešení diskretizovaných rovnic, LGS řešič, multigrid.
C.: Modelování rozptylu příměsi, Eulerův přístup, multifázová směs voda-vzduch
10. P.: Stručný přehled modelů turbulence dostupných v CFX, nula-rovnicový model, k- model, RNG k- model, RSM model, modely LES, SAS, DES.
C.: Modelování přestupu tepla a vedení tepla v pevné stěně.
11. P.: Proudění skutečných kapalin, zákon zachování hmoty, hybnosti, energie při stlačitelném proudění
C.: Příklad sdruženého výpočtu CFD-FEM, tzv. FSI (Fluid-Solid Interaction).
12. P.: Zadání individuálních seminárních prací, diskuze
C.: Řešení individuální seminární práce
P.: Specielní nastavení v programu CFX, multidoménové simulace
C.: Řešení individuální seminární práce
13. P.: Integrace CFX ve Workbench, obecný postup při návrhu a výpočtu strojní součásti
C.: Řešení individuální seminární práce
Podmínky absolvování předmětu
Výskyt ve studijních plánech
Výskyt ve speciálních blocích
Hodnocení Výuky
Předmět neobsahuje žádné hodnocení.