338-0538/01 – Aplikovaná mechanika tekutin (AMT-FBI)
| Garantující katedra | Katedra hydromechaniky a hydraulických zařízení | Kredity | 5 |
| Garant předmětu | Ing. Jana Jablonská, Ph.D. | Garant verze předmětu | Ing. Jana Jablonská, Ph.D. |
| Úroveň studia | pregraduální nebo graduální | Povinnost | povinně volitelný |
| Ročník | 1 | Semestr | letní |
| | Jazyk výuky | čeština |
| Rok zavedení | 2006/2007 | Rok zrušení | 2023/2024 |
| Určeno pro fakulty | FBI | Určeno pro typy studia | navazující magisterské |
Cíle předmětu vyjádřené dosaženými dovednostmi a kompetencemi
Cílem předmětu je, aby se studenti seznámili s experimentálními a numerickými metodami pro řešení z oblasti aplikace hydromechaniky do problematiky požárních zařízení. Studenti budou řešit charakteristiku sériově a paralelně řazeného potrubí, hydraulický ráz, měrnou energii čerpadel samostatných a řazených – sériově a paralelně a sílu proudu kapaliny na plochu, kde nejprve budou řešeny ustálené stavy a následovně časově závislé úlohy. Samostatně sestaví různě situované úlohy v softwaru Matlab-Simulink a výsledky pak porovnají s naměřenými hodnotami z experimentu, který student provede v laboratoři katedry. Výsledky budou porovnány a zhodnoceny při obhajobě u zkoušky.
Vyučovací metody
Přednášky
Cvičení (v učebně)
Anotace
Předmět se věnuje aplikaci základů hydromechaniky do následujících oblastí:
- hydraulické vedení v stacionárním i nestacionárním stavu (hydraulický ráz) - praktické úlohy, experimentální měření, výpočty při použití dostupných software (Matlab-Simulink), srovnání matematických a experimentálních výstupů
- podávací zařízení (především čerpadla), měrná energie čerpadel, řazení čerpadel – teoretické a praktické návrhy systému čerpadel, řešení složitých obvodu s čerpadly v Matlab-Simulinku metody řešení tlakových sil proudu kapaliny na obecné plochy
Povinná literatura:
Doporučená literatura:
DRÁBKOVÁ, Sylva a kol. Mechanika tekutin. Ostrava: VŠB-TU Ostrava, 2007. 248 s. (Elearningová učebnice).
DRÁBKOVÁ, S., KOZUBKOVÁ, M. Cvičení z mechaniky tekutin. Skripta. Ostrava: VŠB-TU Ostrava, FS, 2002, 141 str.
MATLAB User's Guide. The Mathworks, Inc., USA, www.mathworks.com
Další studijní materiály
Forma způsobu ověření studijních výsledků a další požadavky na studenta
Seznam otázek ke zkoušce
První otázka – měření
1. Měření viskozity zařízením Rheocalc
2. Měření statických charakteristik potrubí, sériové řazení
3. Měření statických charakteristik potrubí, paralelní řazení
4. Měření hydraulického rázu
5. Měření charakteristik čerpadel sériové zapojení
6. Měření charakteristik čerpadel paralelní zapojení
Druhá otázka – SimHydraulics
1. Fyzikální vlastnosti kapalin a jejich měření - hustota
2. Fyzikální vlastnosti kapalin a jejich měření - viskozita
3. Jjednoduché potrubí, odpor proti pohybu, třecí odpor, místní odpor, tlakový spád a statická charakteristika potrubí
4. Program SimHydraulics, prvky v SimHydraulics,
5. Simulace tlakového spádu v programu SimHydraulics, prvky v SimHydraulics, výpočet tlakového spádu
6. Simulace statických charakteristik v programu SimHydraulics, prvky v SimHydraulics, , výpočet statické charakteristiky
7. Výpočet statické charakteristiky rozvětvené nebo okruhované sítě
8. Simulace dynamických charakteristik v programu SimHydraulics, neustálené proudění, odpor proti pohybu, odpor proti zrychlení, odpor proti deformaci a hydraulická kapacita, značení hydraulických odporů
9. Řešení hydraulického rázu, T – článek, dělené potrubí (Segmented popelíne), rozváděč, řízení rozváděče, numerické řešení – SimHydraulics, rychlost zvuku v potrubí
10. Řešení dynamiky složitého hydraulického obvodu užitím SimHydraulics, význam počtu T článků resp. segmentů na řešení průběhu tlaku
11. Řešení obvodu s čerpadly, odstředivé čerpadlo v SimHydraulics, 1D a 2D charakteristika
12. Obvody s čerpadly, obvod - tlakový spád s čerpadlem, statická charakteristika s čerpadlem, hydraulický ráz s čerpadlem
13. Řazení čerpadel v SimHydraulics, sériové, paralelní, obvod
14. Hybnost vodního paprsku, silové účinky proudící tekutiny na plochy a tělesa, věta o změně hybnosti, aplikace věty o změně hybnosti
15. Silové účinky proudící tekutiny na obecné plochy a tělesa, matematický model proudění tekutin, přenos hmoty, hybnosti, okrajové podmínky, podmínky vstupu a výstupu, prvky sítě, metody matematického modelování turbulentního proudění
E-learning
Další požadavky na studenta
Žádné další požadavky na studenta nejsou.
Prerekvizity
Předmět nemá žádné prerekvizity.
Korekvizity
Předmět nemá žádné korekvizity.
Osnova předmětu
OSNOVA PŘEDMĚTU
1. Fyzikální vlastnosti kapalin a jejich měření (hustota, viskozita kapalin), závislost na teplotě a tlaku
2. Statické charakteristiky hydraulických systémů, jednoduché potrubí, odpor proti pohybu, třecí odpor, místní odpor, tlakový spád a statická charakteristika potrubí, prezentace měření, která budou prováděná ve cvičení
3. Simulace tlakového spádu a statických charakteristik v programu SimHydraulics, prvky v SimHydraulics, výpočet tlakového spádu, výpočet statické charakteristiky
4. Výpočet statické charakteristiky rozvětvené nebo okruhované sítě
5. Simulace dynamických charakteristik v programu SimHydraulics, neustálené proudění, odpor proti pohybu, odpor proti zrychlení, odpor proti deformaci a hydraulická kapacita, značení hydraulických odporů
6. Řešení hydraulického rázu, T – článek, dělené potrubí (Segmented popelíne), rozváděč, řízení rozváděče, numerické řešení – SimHydraulics, rychlost zvuku v potrubí
7. Řídicí prvky
8. Řešení dynamiky složitého hydraulického obvodu užitím SimHydraulics
9. Řešení obvodu s čerpadly, odstředivé čerpadlo v SimHydraulics, 1D a 2D charakteristika
10. Obvody s čerpadly, obvod - tlakový spád, statická charakteristika, hydraulický ráz
11. Řazení čerpadel sériové, paralelní, obvod
12. Hybnost vodního paprsku, silové účinky proudící tekutiny na plochy a tělesa, věta o změně hybnosti, aplikace věty o změně hybnosti, prezentace experimentu
13. Silové účinky proudící tekutiny na obecné plochy a tělesa, matematický model proudění tekutin, přenos hmoty, hybnosti, okrajové podmínky, podmínky vstupu a výstupu, prvky sítě, metody matematického modelování turbulentního proudění
14. Tlakové síly na desce způsobené proudem kapaliny z trysky - příklady
Osnova cvičení
1. Bernoulliho rovnice pro ideální a skutečnou kapalinu, výpočet ztrát, Re čísla, součinitele tření.
2. Měření fyzikálních vlastností – program, statické charakteristiky jednoho potrubí na vodní trati, měření sériově a paralelně řazených potrubí – program.
3. Vyhodnocení měření fyzikálních vlastností kapaliny v Excelu, vyhodnocení statické charakteristiky potrubí a řazení potrubí v Excelu, úvod do Matlabu.
4. Výpočet tlakového spádu na 1 potrubí v programu Matlab, vytvoření subsystému, zadávání proměnlivého signálu.
5. Výpočet statické charakteristiky pro 1 potrubí (modelování naměřených dat), možnosti zobrazení výsledků v Matlabu, převod dat do excelu.
6. Modelování sériově a paralelně řazených potrubí v Matlabu a porovnání s Excelem.
7. Měření hydraulického rázu – program, charakteristiky čerpadla a řazení čerpadel – program.
8. Vyhodnocení dat z měření – vyhodnocení hydraulického rázu – určení modulu pružnosti z měření, modelování ustáleného stavu pro hydraulický ráz v programu Matlab.
9. Modelování hydraulického rázu v programu Matlab pro teoretické a naměřené hodnoty - modelování hydraulického rázu pro neustálené stavu, zjištění vlivu ekvivalentní délky, součinitele výtoku ventilu a množství vzduchu na hydraulický ráz.
10. Výpočet čerpadel – sací výška čerpadla, příkon, výkon, měrná energie čerpadla, pracovní bod systému. Vyhodnocení měření charakteristik čerpadel, sériové a paralelní řazení čerpadel v Excelu.
11. Modelování charakteristiky jednoho čerpadla v Matlabu - modelování odstředivého čerpadla v Matlabu a jeho možnosti zadávání – 1D charakteristika, určení základních parametrů při ustáleném stavu pro charakteristiku čerpadla.
12. Zadávání 1D charakteristiky čerpadel v Matlabu. Při ustáleném stavu určení konstant – výtokový součinitel ventilu, ekvivalentní délka potrubí. Zadávání 2D a 3D charakteristiky čerpadel v Matlabu. Zadávání čerpadla dle katalogu, afinní vztahy pro základní parametry čerpadla.
13. Modelování sériově a paralelně řazení čerpadel v Matlabu.
14. Porovnání modelovaného řazení čerpadel s výpočtem v Excelu.
Podmínky absolvování předmětu
Výskyt ve studijních plánech
Výskyt ve speciálních blocích
Hodnocení Výuky