338-0527/01 – Turbulence (Turbu)

Garantující katedraKatedra hydromechaniky a hydraulických zařízeníKredity4
Garant předmětudoc. Ing. Marian Bojko, Ph.D.Garant verze předmětudoc. Ing. Marian Bojko, Ph.D.
Úroveň studiapregraduální nebo graduálníPovinnostpovinně volitelný
Ročník2Semestrzimní
Jazyk výukyčeština
Rok zavedení2004/2005Rok zrušení
Určeno pro fakultyFSUrčeno pro typy studianavazující magisterské
Výuku zajišťuje
Os. čís.JménoCvičícíPřednášející
BOJ01 doc. Ing. Marian Bojko, Ph.D.
Rozsah výuky pro formy studia
Forma studiaZp.zak.Rozsah
prezenční Zápočet a zkouška 1+3
kombinovaná Zápočet a zkouška 10+0

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:

BLEJCHAŘ, T. Turbulence Modelování proudění – CFX. Ostrava: VŠB-TU Ostrava, 2012. 263 s. ISBN 978-80-248-2606-6. Dostupnost < http://www.338.vsb.cz/studium/skripta/>. 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/>. KOZUBKOVÁ, M., BOJKO, M. Modelování přenosu tepla, hmoty a hybnosti- návody do cvičení. Ostrava: VŠB-TU, 2019, 116 s. Dostupnost < http://www.338.vsb.cz/studium/skripta/>. 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:

KOZUBKOVÁ, M. Modelování proudění tekutin FLUENT, CFX. Ostrava: VŠB-TU, 2008, 115 s. ISBN 978-80-248-1913-6. 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/ >. ANSYS Fluent Tutorial Guide (Release 18.2). 2017. INCROPERA, F., P. ET AL. Fundamentals of heat and mass transfer. 6th ed.. Hoboken : Wiley, c2007 – xxv. 997 s. ISBN 0-471-45728-0. SHAUGHNESSY, E. J., KATZ, I. M., SCHAFFER, J. P. INTRODUCTION TO FLUID MECHANICS. New York: Oxford University Press, Inc. 2005. p. 1018.

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

Prezenční forma (platnost od: 1960/1961 letní semestr, platnost do: 2010/2011 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 (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 2 povinně volitelný stu. plán
2011/2012 (N2301) Strojní inženýrství (3901T003) Aplikovaná mechanika P čeština Ostrava 2 povinně volitelný stu. plán
2010/2011 (N2301) Strojní inženýrství (3901T003) Aplikovaná mechanika P čeština Ostrava 2 povinně volitelný stu. plán
2009/2010 (N2301) Strojní inženýrství (3901T003) Aplikovaná mechanika P čeština Ostrava 2 povinně volitelný stu. plán
2008/2009 (N2301) Strojní inženýrství (3901T003) Aplikovaná mechanika P čeština Ostrava 2 povinně volitelný stu. plán
2007/2008 (N2301) Strojní inženýrství (3901T003) Aplikovaná mechanika P čeština Ostrava 2 povinně volitelný stu. plán
2006/2007 (N2301) Strojní inženýrství (3901T003) Aplikovaná mechanika P čeština Ostrava 2 povinně volitelný stu. plán
2005/2006 (N2301) Strojní inženýrství (3901T003) Aplikovaná mechanika P čeština Ostrava 2 povinně volitelný stu. plán
2004/2005 (N2301) Strojní inženýrství (3901T003) Aplikovaná mechanika P čeština Ostrava 2 povinně volitelný stu. plán

Výskyt ve speciálních blocích

Název blokuAkademický rokForma studiaJazyk výuky RočníkZLTyp blokuVlastník bloku