338-0527/01 – Turbulence (Turbu)
| Garantující katedra | Katedra hydromechaniky a hydraulických zařízení | Kredity | 4 |
| 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 | FS | Určeno pro typy studia | navazující magisterské |
Cíle předmětu vyjádřené dosaženými dovednostmi a kompetencemi
Studenti se seznámí s možnostmi simulace turbulentního proudění tekutin v různých oblastech strojírenství, civilního inženýrství, letectví, hutnictví a dalších oblastech, kde se vyskytují zařízení a stroje, které obsahují tekutinu. Budou vytvářet 2D a 3D CFD modely reálných zařízení v prostředí ANSYS Fluent. Při tvorbě geometrického modelu budou studenti vycházet z předchozích znalostí z oblasti kreslení ve vyšších CAD systémech. Studenti budou analyzovat zadání jednotlivých řešených úloh na základě základních znalostí získaných v předmětu Mechanika tekutin. Budou sestavovat CFD simulace pomocí různých modelů turbulence z oblasti obtékání těles, přestupu tepla, interakce dvou různých tekutin. Studenti budou interpretovat výsledky jednotlivých simulací a analyzovat proudění.
Vyučovací metody
Přednášky
Cvičení (v učebně)
Anotace
Předmět je zaměřen na možnosti modelování turbulentního proudění tekutin v různých oblastech strojírenství, civilního inženýrství, letectví, hutnictví a dalších oblastech, kde se vyskytují zařízení a stroje, které obsahují tekutinu, či ji využívají pro svou činnost. Pro řešení soustavy rovnic popisujících proudění bude využita metoda konečných objemů (MKO). V rámci výuky se budou vytvářet 2D nebo 3D CFD modely reálných zařízení v prostředí ANSYS Fluent. K tvorbě geometrie se bude využívat program DesignModeler a k tvorbě výpočetní sítě program ANSYS Meshing.
Povinná literatura:
Doporučená literatura:
Forma způsobu ověření studijních výsledků a další požadavky na studenta
vypracování seminární práce a ústní zkouška
E-learning
ne
Další požadavky na studenta
Minimálně 70% účast na cvičeních. Absence v rozsahu maximálně 30% musí být omluvena a omluva musí být vyučujícím akceptována (o důvodnosti omluvy rozhoduje vyučující)..
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. Demonstrace tvorby sítě v programu ICEM
3. P.: Fyzikální význam turbulence
C.: Procvičení úpravy geometrie a tvorby sítě na reálné geometrii vytvořené v CAD programu.
4. P.: Matematický model turbulence, N-S rovnice, rovnice kontinuity, Reynoldsova napětí, časové středování, Reynoldsova pravidla, Boussinesqova hypotéza, dvourovnicový model turbulence
C.: CFD model proudění při náhlém rozšíření průtočného průřezu, laminární režim proudění. importování sítě, kompatibilní sítě..
5. P.: Integrace metodou konečných objemů pro jednorozměrnou rovnici kontinuity a pohybovou rovnici, iterační cyklus, interpolační schéma, konvergence (reziduály), definování příměsi-multifázové modely, model kavitace, model spalování.
C.: Vyhodnocení výsledku simulace laminárního proudění v oblasti s náhlým rozšířením. Vytvoření vyhodnocovacího souboru v postprocesoru
6. P.: Okrajové podmínky, podmínky vstupu a výstupu, podmínky symetrie, periodické podmínky, podmínky na stěně, přestup tepla stěnou, časově závislá úloha
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.: Přehled modelů turbulence dostupných v CFX, nula-rovnicový model, k- model, RNG k- model, RSM model, modely LES, SAS, DES. Optimální volba modelu, oblast použití jednotlivých modelů turbulence
C.: Modelování rozptylu příměsi, Lagrangeuv přístup, modelování rozptylu znečišťující látky (polutant)
8. P.: Proudění skutečných kapalin, zákon zachování hmoty, hybnosti, energie při stlačitelném proudění, nadzvukové proudění, rázové vlny
C.: Modelování proudění v rotačním stroji, (odstředivé čerpadlo, turbína) definice periodických podmínek a interface mezi pohyblivými a stacionárními prvky.
9. P.: Proudění s pevnými částicemi a kapkami, příměsi a jejich definice. Definice tahového a vztlakového součinitele kapičky – pevné částice.
C.: Modelování rozptylu příměsi, Eulerův přístup, multifázová směs voda-vzduch
10. P.: Model spalování, model termické radiace, definice chemických reakcí
C.: Modelování přestupu tepla a vedení tepla v pevné stěně, model radiace.
11. P.: Metody řešení diskretizovaných rovnic, LGS řešič, multigrid.
C.: Příklad sdruženého výpočtu CFD-FEM, tzv. FSI (Fluid-Solid Interaction), přenos tepelného a tlakového pole do FEM výpočtu.
12. P.: Zadání individuálních seminárních prací, diskuze
C.: Řešení individuální seminární práce
P.: Specielní nastavení v programu CFX, multidoménové simulace, paraelní výpočty
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