338-0539/01 – Modelování a simulace tekutinových mechanizmů (MoSi)
Garantující katedra | Katedra hydromechaniky a hydraulických zařízení | Kredity | 4 |
Garant předmětu | prof. RNDr. Milada Kozubková, CSc. | Garant verze předmětu | prof. RNDr. Milada Kozubková, CSc. |
Úroveň studia | pregraduální nebo graduální | Povinnost | povinný |
Ročník | 1 | Semestr | zimní |
| | Jazyk výuky | čeština |
Rok zavedení | 2008/2009 | Rok zrušení | 2016/2017 |
Určeno pro fakulty | FS | Určeno pro typy studia | navazující magisterské |
Cíle předmětu vyjádřené dosaženými dovednostmi a kompetencemi
Studenti se seznámí s metodami elektrohydraulická analogie, obody RLC. Jejich úkolem bude navrhovat hydraulické obvody, řešit je numerickými metodami použitím programů Matlab-Simulink a SimHydraulics. Výsledky budou analyzovat, hodnotit správnost porovnáním s teorií a případně experimentem případně rekonstruovat obvody za účelem kvalitnějších řešení.
Vyučovací metody
Přednášky
Cvičení (v učebně)
Anotace
Elektrohydraulická analogie, hydraulický odpor proti pohybu, zrychlení a deformaci
Numerické řešení obvodů RLC, použití programů Matlab-Simulink
Aplikace Laplaceovy transformace na řešení obvodů RLC, přenosy, stabilita
Řešení sloupce kapaliny modelem se soustředěnými parametry (T a PI článek), modelem se spojitě rozloženými parametry
Experimentální vyšetřování dynamiky hydraulického obvodu, přechodových charakteristik a porovnání s matematickými modely
Matematický model akumulátoru, hydrogenerátoru rotačního, hydromotoru rotačního a přímočarého, rozvadeče, ventilu
Řazení odporů do obvodů, zákon o okruzích a uzlech, dynamika odporových sítí, řešení pomocí Matlab-SimHydraulics
Povinná literatura:
KOZUBKOVÁ, M.: Dynamika 2007, el. skripta, VŠB Ostrava, 2007, 109 s.
MATLAB User's Guide. The Mathworks, Inc., USA, www.mathworks.com
Doporučená literatura:
Forma způsobu ověření studijních výsledků a další požadavky na studenta
DOPORUČENÍ STUDENTŮM :
Zopakovat si potřebné poznatky z matematiky, dynamiky, mechaniky tekutin, výpočetní techniky, programování.
Datum, hodina, místo konání ústní zkoušky je třeba dohodnout se zkoušejícím. Podmínkou pro zápis ke zkoušce je získání zápočtu ze cvičení. Podmínkou pro zápočet je odevzdání všech 3 programů, za něž je možno získat max. 10, 10, 15 bodů, celkem maximálně 35 bodů. Pro zápočet je nutno získat více jak 24 bodů.
Zkouška je ústní a skládá se z testu zodpovězení 2 otázek. Za test lze získat maximálně 30 bodů, za první otázku 20 bodů a za druhou otázku 15 bodů..
HODNOCENÍ : získané body známka
86-100 výborně
66- 85 velmi dobře
51- 65 dobře
0- 50 nevyhověl
OTÁZKY Z PŘEDMĚTU
1. Teorie modelování, elektrohydraulická analogie, definice R, L, C odporů, řazení odporů
2. Programy pro řešení hydraulických obvodů
3. Odpor proti pohybu, linearizace, výpočet tlakového spádu
4. Statická charakteristika s uvažováním gravitace řešená v SimHydraulics
5. Výpočet rozvětvené a okružované sítě
6. Odpor proti zrychlení, hydraulická indukčnost
7. Odpor proti deformaci, hydraulická kapacita,
8. Obsah vzduchu v kapalině a jeho vliv na modul pružnosti kapaliny
9. Výpočet charakteristických veličin hydraulických odporů potrubí, linearizace odporů, časové konstanty, perioda, doba běhu vlny, rychlost zvuku,
10. Dynamika v hydraulice, matematický model sloupce kapaliny
11. Odvození rovnice pro R-L článek – turbulentní a laminární proudění
12. Analytické řešení proudění R-L článkem, charakteristický polynom, typy řešení
13. Numerické řešení pomocí SimHydraulics – použité prvky, zdroj, vyhodnocení linearizovaného proudění
14. Numerické řešení pomocí SimHydraulics – použité prvky, zdroj, vyhodnocení laminárního a turbulentního proudění
15. C+(R-L) článek, symetrický T článek, PI článek
16. Segmentované potrubí
17. Rychlost zvuku v kapalině, experimentální určení, určení pomocí časových konstant, určení z numericého řešení
18. Laplaceova a Fourierova transformace – základní definice, přenosy,
19. Přechodové a frekvenční charakteristiky
20. Přechodové a frekvenční charakteristiky řešené v SimHydraulics
21. Určení stability systému užitím Laplaceovy transformace a přenosů
22. Určení vlastní frekvence z přenosu
23. Charakteristiky přenosu prvního a druhého řádu, odpovídající matematické modely
24. Řešení hydraulického rázu v Simhydraulics
25. Matematický model hydraulického akumulátoru, odpory hydraulického plynového akumulátoru,
26. Definování akumulátoru v SimHydraulics, vliv umístění akumulátoru na řešení
27. Rotační hydrogenerátor, matematický model hydrogenerátoru
28. Základní parametry čerpadel, charakteristika čerpadla
29. Odstředivé čerpadlo v SimHydraulics, 1D a 2D charakteristika
30. Porovnání řešení hydraulického rázu s různými zdroji energie (skoková změna tlaku, čerpadlo)
E-learning
Další požadavky na studenta
ne--------------------------------------------------------------------
Prerekvizity
Předmět nemá žádné prerekvizity.
Korekvizity
Předmět nemá žádné korekvizity.
Osnova předmětu
OSNOVA PŘEDMĚTU
Týden: P - přednáška, C - cvičení
1. P.: Přenos energie, druhy energií, účinnost přenosu energie, modelování a identifikace, hydraulické sítě
C.: Úvod do programových systému pro řešení dynamiky obvodů, ilustrativní příklady
2. P.: statické charakteristiky hydraulických systémů, odpor proti pohybu, linearizace odporu proti pohybu, simulace statických a hydraulických charakteristik v programu Simulink a SimHydraulics – Program č. 1
C.: Výpočet charakteristických veličin hydraulických odporů, linearizace odporů
3. P.: Elektrohydraulická analogie, odpor proti zrychlení, odpor proti deformaci, simulace statických a hydraulických charakteristik v programu Simulink a SimHydraulics
C.: Menu v Matlabu, základní bloky Simulinku, grafika
4. P.: Řešení lineární obyčejné diferenciální rovnice vyššího řádu analyticky a numericky – Simulink, SimHydraulics
C.: Řešení obyč. dif. rovnic numericky, Matlab-Simulink
5. P.: Řešení nelineární obyčejné diferenciální rovnice vyššího řádu analyticky a numericky – Simulink, SimHydraulics, porovnání obou metod
C.: Řešení obyč. dif. rovnic numericky, Matlab-Simulink, porovnání v Excelu, – Program č. 2
6. P.: Laplaceova a Fourierova transformace
C.: Aplikace Laplaceovy transformace na obyč. dif. rovnice a soustavy, řešení v Simulinku
7. P.: Přenos a stabilita systému, fyzikální význam přenosu prvního a druhého řádu
C.: Řešení přenosu v Simulinku
8. P.: Diskrétní Fourierova transformace, algoritmus FFT
C.: Algoritmus FFT v Matlabu, aplikace na diskrétní časový signál, vyhodnocení, filtrace
9. P.: Matematický model sloupce kapaliny, T článek
C.: Řešení sériově paralelních RLC obvodů, simulace na počítači
10. P.: Hydraulický akumulátor, sériově a paralelně připojený do obvodu
C.: Simulace akumulátoru, přenos a frekvenční charakteristika jednoduchého obvodu s akumulátorem
11. P.: Matematické modely hydromotoru, hydrogenerátory a řídícich prvků
C.: Numerické určení optimální polohy akumulátoru
12. P.: Experimentální vyhodnocení hydraulických prvků
C.: Vyhodnocení numerických a experimentálních výsledků řešených hydraulických obvodů - – Program č. 3
13. P.: Řešení komplexního hydraulického obvodu
C.: Práce na individuálních programech
14. P.: Konzultace individuálních programů
C.: Dokončování programů, prezentace, zápočet
Podmínky absolvování předmětu
Výskyt ve studijních plánech
Výskyt ve speciálních blocích
Hodnocení Výuky
Předmět neobsahuje žádné hodnocení.