338-0525/01 – Metoda konečných objemů (MKO)

Garantující katedraKatedra hydromechaniky a hydraulických zařízeníKredity4
Garant předmětuprof. RNDr. Milada Kozubková, CSc.Garant verze předmětuprof. RNDr. Milada Kozubková, CSc.
Úroveň studiapregraduální nebo graduálníPovinnostpovinně volitelný
Ročník1Semestrletní
Jazyk výukyčeština
Rok zavedení2004/2005Rok zrušení2016/2017
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 2+2
kombinovaná Zápočet a zkouška 10+4

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

Prezenční forma (platnost od: 1960/1961 letní semestr, platnost do: 2010/2011 letní semestr)
Název úlohyTyp úlohyMax. počet bodů
(akt. za podúlohy)
Min. počet bodů
Zápočet a zkouška Zápočet a zkouška 100 (100) 51
        Zápočet Zápočet 35 (35) 0
                Projekt Projekt 35  0
        Zkouška Zkouška 65 (65) 0
                Ústní zkouška Ústní zkouška 65  0
Rozsah povinné účasti:

Zobrazit historii

Výskyt ve studijních plánech

Akademický rokProgramObor/spec.Spec.ZaměřeníFormaJazyk výuky Konz. stř.RočníkZLTyp povinnosti
2012/2013 (N2301) Strojní inženýrství (3901T003) Aplikovaná mechanika P čeština Ostrava 1 povinně volitelný stu. plán
2011/2012 (N2301) Strojní inženýrství (3901T003) Aplikovaná mechanika P čeština Ostrava 1 povinně volitelný stu. plán
2010/2011 (N2301) Strojní inženýrství (3901T003) Aplikovaná mechanika P čeština Ostrava 1 povinně volitelný stu. plán
2009/2010 (N2301) Strojní inženýrství (3901T003) Aplikovaná mechanika P čeština Ostrava 1 povinně volitelný stu. plán
2008/2009 (N2301) Strojní inženýrství (3901T003) Aplikovaná mechanika P čeština Ostrava 1 povinně volitelný stu. plán
2007/2008 (N2301) Strojní inženýrství (3901T003) Aplikovaná mechanika P čeština Ostrava 1 povinně volitelný stu. plán
2006/2007 (N2301) Strojní inženýrství (3901T003) Aplikovaná mechanika P čeština Ostrava 1 povinně volitelný stu. plán
2005/2006 (N2301) Strojní inženýrství (3901T003) Aplikovaná mechanika P čeština Ostrava 1 povinně volitelný stu. plán
2004/2005 (N2301) Strojní inženýrství (3901T003) Aplikovaná mechanika P čeština Ostrava 1 povinně volitelný stu. plán

Výskyt ve speciálních blocích

Název blokuAkademický rokForma studiaJazyk výuky RočníkZLTyp blokuVlastník bloku