338-0538/02 – Aplikovaná mechanika tekutin (AMT-FBI)
| Garantující katedra | Katedra hydromechaniky a hydraulických zařízení | Kredity | 4 |
| Garant předmětu | Ing. Jana Jablonská, Ph.D. | Garant verze předmětu | Ing. Jana Jablonská, Ph.D. |
| Úroveň studia | pregraduální nebo graduální | Povinnost | povinně volitelný typu B |
| Ročník | 1 | Semestr | zimní |
| | Jazyk výuky | čeština |
| Rok zavedení | 2019/2020 | Rok zrušení | |
| 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
Forma způsobu ověření studijních výsledků a další požadavky na studenta
Studenti zpracují 3 protokoly za které bude možné získat až 35 bodů, minimum pro udělení zápočtu je 24 bodů.
Zkouška se skládá z písemné části a obhajoby protokolů. Ze zkoušky je možné získat max. 65 bodů.
E-learning
Další požadavky na studenta
ne .
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. Stavové veličiny, stavová rovnice.
2. Hybnost vodního paprsku – silové účinky tekutiny na plochy a tělesa, Archimédův zákon, věta o změně hybnosti, aplikace věty o změně hybnosti – silové účinky proudící tekutiny na obecné plochy a tělesa, tlakové síly na desce způsobené proudem kapaliny z trysky – příklady, prezentace experimentu.
3. Výtok kapaliny z nádoby, parabolická teorie vodního paprsku, matematický model proudění tekutin, přenos hmoty, hybnosti, okrajové podmínky, metody matematického modelování turbulentního proudění,
4. Statické charakteristiky hydraulických systémů, jednoduché potrubí, odpor proti pohybu, třecí odpor, místní odpor, tlakový spád a statická charakteristika potrubí, měření charakteristik potrubí. Prvky v Matlab-Simulink.
5. Tlakový spád – Matlab-Simulink, aplikace bernoulliho rovnice – tlaková čára
6. Výpočet statické charakteristiky rozvětvené nebo okruhované sítě, numerické řešení – Matlab-Simulink.
7. Čerpadla, základní parametry, čerpadla v Matlab-Simulinku.
8. Řazení čerpadel sériové, paralelní, obvod. Aplikace v Matlab Simulink
9. Řešení obvodu s čerpadly, odstředivé čerpadlo v SimHydraulics, 1D a 2D charakteristika.
10. Dynamických charakteristik proudění, neustálené proudění, odpor proti pohybu, odpor proti zrychlení, odpor proti deformaci a hydraulická kapacita, značení hydraulických odporů.
11. Řešení hydraulického rázu, T – článek, dělené potrubí (Segmented pipeline), rozváděč, řízení rozváděče, numerické řešení – Matlab-Simulink, rychlost zvuku v potrubí.
12. Simulace tlakového spádu a statických charakteristik v programu Matlab-Simulink, výpočet tlakového spádu, výpočet statické charakteristiky.
13. Řešení dynamiky složitého hydraulického obvodu užitím Matlab-Simulink.
14. Konzultace
Osnova cvičení
1. Fyzikální vlastnosti kapalin, stavová rovnice.
2. Tlakové síly na plochy, hybnost.
3. Bernoulliho rovnice pro ideální kapalinu, výtok kapaliny z nádoby, parabolická teorie vodního paprsku.
4. Bernoulliho rovnice pro skutečnou kapalinu, výpočet ztrát, Re čísla, součinitele tření.
5. Úvod do Matlab-Simulinku. Statická charakteristika jednoho potrubí – program 1 (měření). Výpočet tlakového spádu na 1 potrubí.
6. Sériově a paralelně řazené potrubí – program 1, větvené a okruhované sítě, příklady v programu Matlab-Simulink, definice místních odporů.
7. Výpočet čerpadel – sací výška čerpadla, příkon, výkon, měrná energie čerpadla, pracovní bod systému. Měření a vyhodnocení měření charakteristik čerpadel – program 2.
8. Měření a vyhodnocení sériového a paralelního řazení čerpadel v Excelu – program 2. Modelování charakteristiky jednoho čerpadla v Matlab-Simulink, jeho možnosti zadávání – 1D charakteristika, polynomem. Modelování sériově a paralelně řazených potrubí v Matlab-Simulink a porovnání s Excelem.
9. Výpočet parametrů pro hydraulický ráz, měření hydraulického rázu – program 3. Vyhodnocení dat z měření v Excelu – vyhodnocení hydraulického rázu – určení modulu pružnosti z měření, modelování ustáleného stavu pro hydraulický ráz v programu Matlab-Simulink.
10. Modelování hydraulického rázu v programu Matlab-Simulink pro teoretické a naměřené hodnoty - modelování hydraulického rázu pro neustálené stavu, zjištění vlivu ekvivalentní délky, součinitele výtoku ventilu a množství vzduchu na hydraulický ráz.
11. Zadávání 1D charakteristiky čerpadel v Matlab-Simulinku. Při ustáleném stavu určení konstant – výtokový součinitel ventilu, ekvivalentní délka potrubí. Zadávání charakteristiky čerpadel pomocí polynomu. Srovnání charakteristiky čerpadla s charakteristikou od výrobce, afinní vztahy pro základní parametry čerpadla.
12. Řešení dynamiky složitého hydraulického obvodu užitím Matlab-Simulink.
13. Konzultace k programům.
14. Konzultace.
Podmínky absolvování předmětu
Výskyt ve studijních plánech
Výskyt ve speciálních blocích
Hodnocení Výuky