338-0527/03 – Turbulence (Turbu)
| Garantující katedra | Katedra hydromechaniky a hydraulických zařízení | Kredity | 3 |
| Garant předmětu | doc. Ing. Marian Bojko, Ph.D. | Garant verze předmětu | doc. Ing. Marian Bojko, Ph.D. |
| Úroveň studia | pregraduální nebo graduální | Povinnost | volitelný odborný |
| Ročník | 2 | Semestr | letní |
| | Jazyk výuky | angličtina |
| Rok zavedení | 2013/2014 | Rok zrušení | |
| 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
1. Úvod, numerické modelování proudění – různé komerční systémy, ANYSY, typy úloh v programovém balíku ANSYS.
2. Souřadný systém, Navier-Stokesova rovnice (laminární proudění), sčítací pravidla, příklady, proudění v trubce, tvorba geometrie v prostředí ANSYS Workbench, princip tvorby výpočetní oblasti a úprava geometrie, vytvoření výpočetní sítě, postup při vytváření sítě. Demonstrace tvorby sítě.
3. Fyzikální význam turbulence, metody úpravy geometrie a tvorby sítě na reálné geometrii vytvořené v CAD programu. Matematický model turbulence, N-S rovnice, rovnice kontinuity.
4. Reynoldsova napětí, časové středování, Reynoldsova pravidla, Boussinesqova hypotéza, dvourovnicový model turbulence.
5. CFD model proudění při náhlém rozšíření průtočného průřezu, laminární režim proudění. importování sítě, kompatibilní sítě.
6. Přenos hmoty, hybnosti a tepla, kondukce a konvekce při přenosu tepla, určení tepelného výkonu, tepelného spádu, součinitele přestupu tepla, Nusseltova čísla.
7. 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, model termické radiace, definice chemických reakcí.
8. 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.
9. Okrajové podmínky, podmínky vstupu a výstupu, podmínky symetrie, periodické podmínky, podmínky na stěně, přestup tepla stěnou, časově závislá úloha. Metody řešení diskretizovaných rovnic, LGS řešič, multigrid.
10. 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.
11. Proudění skutečných kapalin, zákon zachování hmoty, hybnosti, energie při stlačitelném proudění, nadzvukové proudění, rázové vlny.
12. Souproudé a protiproudé výměníky tepla typu voda-voda a voda-vzduch. Zadání individuálních seminárních prací, diskuze.
13. Proudění s pevnými částicemi a kapkami, příměsi a jejich definice. Definice tahového a vztlakového součinitele kapičky – pevné částice. S
14. Speciální nastavení v programu CFX, multidoménové simulace, paralelní výpočty. Integrace CFX ve Workbench, obecný postup při návrhu a výpočtu strojní součásti.
Podmínky absolvování předmětu
Podmínky absolvování jsou definovány pouze pro konkrétní verzi předmětu a formu studia
Výskyt ve studijních plánech
Výskyt ve speciálních blocích
Hodnocení Výuky
Předmět neobsahuje žádné hodnocení.