338-0539/01 – Modeling and Simulation of Fluid Mechanisms (MoSi)

Gurantor departmentDepartment of Hydromechanics and Hydraulic EquipmentCredits4
Subject guarantorprof. RNDr. Milada Kozubková, CSc.Subject version guarantorprof. RNDr. Milada Kozubková, CSc.
Study levelundergraduate or graduateRequirementCompulsory
Year1Semesterwinter
Study languageCzech
Year of introduction2008/2009Year of cancellation2016/2017
Intended for the facultiesFSIntended for study typesFollow-up Master
Instruction secured by
LoginNameTuitorTeacher giving lectures
RAU01 Ing. Jana Jablonská, Ph.D.
KOZ30 prof. RNDr. Milada Kozubková, CSc.
Extent of instruction for forms of study
Form of studyWay of compl.Extent
Full-time Credit and Examination 2+2
Combined Credit and Examination 12+4

Subject aims expressed by acquired skills and competences

Students will learn methods of electro-hydraulic analogy, circuits RLC. Their task will be to design hydraulic circuits, to solve them using numerical methods Matlab-Simulink and SimHydraulics. They will analyze the results, evaluate the accuracy by comparison the theory and experiment or possibly reconstruct the districts for better solutions.

Teaching methods

Lectures
Tutorials

Summary

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

Compulsory literature:

MATLAB User's Guide. The Mathworks, Inc., USA, www.mathworks.com

Recommended literature:

MILLER, D.S. Internal Flow Systems. BHRA (Information Servis). 1990. ISBN 0-947711-77-5.

Way of continuous check of knowledge in the course of semester

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

no---------------------------------------------------------------------

Prerequisities

Subject has no prerequisities.

Co-requisities

Subject has no co-requisities.

Subject syllabus:

L - lecture, E - excercise 1. L.: The transfer of energy, types of energy, energy transfer efficiency, modeling and identification, hydraulic network E.: Introduction to the programming system for solving dynamic circuits, illustrative examples 2. L.: Static characteristics of hydraulic systems, resistance tof motion, linearization of motion resistance, simulation of static hydraulic characteristics in Simulink and SimHydraulics E.: Calculation of characteristic values of hydraulic resistance, resistance linearization - Program no. 1 3. L.: Electro-hydraulic analogy, resistance to acceleration, deformation resistance, simulation of dynamic hydraulic characteristics in Simulink and SimHydraulics E.: Menu in Matlab, Simulink basic blocks, graphics 4. L.: Solving linear ordinary differential equations of higher order analytically and numerically - Simulink SimHydraulics E.: Solution of ordinary differential equations numerically, Matlab, Simulink 5. L.: Solution of nonlinear ordinary differential equations of higher order analytically and numerically - Simulink SimHydraulics, comparison both two methods E.: Solution of ordinary differential equations numerically, Matlab, Simulink, Excel comparison – Program no. 2 6. L.: Laplace and Fourier transform E.: Application of Laplace transform on ordinary diff. equations and system, solutions in Simulink 7. L.: Transfer and system stability, physical meaning of the first and second order transfer E.: Transfer solution in Simulink 8. L.: Discrete Fourier transform, FFT algorithm E.: FFT algorithm in Matlab, the application on discrete time signal, evaluation, filtering 9. L.: Mathematical model of the liquid column, T element E.: Solution of series and parallel RLC circuit, simulation on a computer 10. L.: Hydraulic accumulators, connected in series and parallel to the circuit E.: Simulation of accumulator, transfer and frequency characteristics of a simple circuit with accumulator 11. L.: Mathematical models of hydraulic motors, pumps and control elements E.: Numerical determination of optimal location of accumulator 12. L.: Experimental evaluation of hydraulic components E.: Evaluation of numerical and experimental results of resolved hydraulic circuits - – Program no. 3 13. L.: Solution of complex hydraulic circuit E.: Individual program 14. L.: Consultation of individual programs E.: Finishing programs, presentations

Conditions for subject completion

Combined form (validity from: 1960/1961 Summer semester, validity until: 2011/2012 Winter semester)
Task nameType of taskMax. number of points
(act. for subtasks)
Min. number of points
Exercises evaluation and Examination Credit and Examination 100 (100) 51
        Exercises evaluation Credit 35 (35) 0
                Other task type Other task type 35  0
        Examination Examination 65 (65) 0
                Oral Oral examination 65  0
Mandatory attendence parzicipation:

Show history

Occurrence in study plans

Academic yearProgrammeField of studySpec.FormStudy language Tut. centreYearWSType of duty
2012/2013 (N2301) Mechanical Engineering (3909T001) Design and Process Engineering (16) Hydraulics and Pneumatics P Czech Ostrava 1 Compulsory study plan
2012/2013 (N2301) Mechanical Engineering (3909T001) Design and Process Engineering (16) Hydraulics and Pneumatics K Czech Ostrava 1 Compulsory study plan
2011/2012 (N2301) Mechanical Engineering (3909T001) Design and Process Engineering (16) Hydraulics and Pneumatics P Czech Ostrava 1 Compulsory study plan
2011/2012 (N2301) Mechanical Engineering (3909T001) Design and Process Engineering (16) Hydraulics and Pneumatics K Czech Ostrava 1 Compulsory study plan
2010/2011 (N2301) Mechanical Engineering (3909T001) Design and Process Engineering (16) Hydraulics and Pneumatics P Czech Ostrava 1 Compulsory study plan
2010/2011 (N2301) Mechanical Engineering (3909T001) Design and Process Engineering (16) Hydraulics and Pneumatics K Czech Ostrava 1 Compulsory study plan
2009/2010 (N2301) Mechanical Engineering (3909T001) Design and Process Engineering (16) Hydraulics and Pneumatics P Czech Ostrava 1 Compulsory study plan
2009/2010 (N2301) Mechanical Engineering (3909T001) Design and Process Engineering (16) Hydraulics and Pneumatics K Czech Ostrava 1 Compulsory study plan
2008/2009 (N2301) Mechanical Engineering (3909T001) Design and Process Engineering (16) Hydraulics and Pneumatics P Czech Ostrava 1 Compulsory study plan
2008/2009 (N2301) Mechanical Engineering (3909T001) Design and Process Engineering (16) Hydraulics and Pneumatics K Czech Ostrava 1 Compulsory study plan

Occurrence in special blocks

Block nameAcademic yearForm of studyStudy language YearWSType of blockBlock owner