338-0546/01 – Modelování proudění s přenosem tepla (MPsPT)
| Garantující katedra | Katedra hydromechaniky a hydraulických zařízení | Kredity | 4 |
| Garant předmětu | doc. Ing. Marian Bojko, Ph.D. | Garant verze předmětu | doc. Ing. Marian Bojko, Ph.D. |
| Úroveň studia | pregraduální nebo graduální | Povinnost | povinný |
| Ročník | 1 | Semestr | letní |
| | Jazyk výuky | čeština |
| Rok zavedení | 2013/2014 | Rok zrušení | |
| Určeno pro fakulty | USP, FS | Určeno pro typy studia | navazující magisterské |
Cíle předmětu vyjádřené dosaženými dovednostmi a kompetencemi
V předmětu se studenti a posluchači podrobně seznámí se základními pojmy z oblasti modelování proudění tekutin a přenosu tepla, tj. kondukce a konvekce. Dále získají znalosti o matematických modelech vícefázového proudění se změnou fáze (např. kavitace), o optimalizaci geometrie z hlediska hydraulických veličin a o možnosti modelování časově závislých vírových struktur. Vybrané problémy se naučí řešit s využitím dostupných software.
Vyučovací metody
Přednášky
Cvičení (v učebně)
Anotace
Předmět se zabývá fyzikálním významem turbulence a matematickými modely laminárního a turbulentního proudění s přestupem tepla. Matematický model je definován soustavou parciálních diferenciálních rovnic a doplněn okrajovými a počátečními podmínkami. Kromě běžných hydraulických podmínek proudění se zohledňují se také podmínky na stěně, přestup tepla stěnou, časově závislé okrajové podmínky, podmínky pro vícefázové proudění. Podrobně jsou definovány klasické modely turbulence. Teorie je aplikována na příklady řešící obtékání překážek, vztlakové síly, přirozenou konvekci, přestup tepla stěnou, apod. Pro řešení je aplikován softwarový produkt Ansys-Fluent, který využívá metodu konečných objemů.
Povinná literatura:
Doporučená literatura:
Forma způsobu ověření studijních výsledků a další požadavky na studenta
Zápočet se skládá z hodnocení dvou testů (1. a 2. test jsou stejně hodnoceny, tj. min. 5 bodů, max. 8 bodů) v průběhu výuky a seminární práce (min. 15. bodů, max. 19 bodů).
Zápočet: min. 25 bodů max. 35 bodů
Zkouška: min. 26 bodů max. 65 bodů
Zkouška bude probíhat kombinovanou formou.
E-learning
Další požadavky na studenta
Student vypracuje seminární práce, za které musí získat minimální počet bodů k zápočtu.
Otázky:
1. Hypotéza o kontinuu
2. Metody řešení přenosu tepla, hmoty, hybnosti
3. Fyzikální vlastnosti pevných látek a tekutin
4. Bezrozměrná kritéria
5. Konvektivní přenos, difúzní přenos, bilanční rovnice přenosu
6. Okrajové podmínky
7. Numerické metody řešení, diferenční metoda řešení, metoda konečných objemů
8. Vytvoření geometrie, prvky sítě, konvergence a residuály, urychlení konvergence, relaxace
9. Rovnice přenosu tepla kondukcí, okrajové podmínky
10. Laminární proudění, přenosu hmoty a hybnosti (rovnice kontinuity, Navierova-Stokesova (momentová, pohybová) rovnice
11. Okrajové a počáteční vstupu, výstupu a na stěně
12. Teorie laminárního proudění s přestupem tepla, řešení kondukce a konvekce při laminárním proudění, okrajové podmínky
13. Turbulence, Reynoldsovo časové středování , k-ε dvourovnicový model turbulence
14. Okrajové podmínky pro k-ε turbulentní model, hmotnostní průtok, turbulentní veličiny, tlak na vstupu, tlak na výstupu, Outflow
15. Stěnové funkce, možnosti zpřesnění výpočtu, vliv kvality sítě na volbu stěnové funkce pro různé modely turbulence, výběr turbulentního modelu pro zpřesnění výpočtu
16. Řešení kondukce a konvekce při turbulentním proudění, přestup tepla při turbulentním obtékání desky, okrajové podmínky
17. Analýza výměníků tepla, základní typy výměníků a jejich popis, tepelný výkon a tlaková ztráta výměníku
18. Časově závislé řešení, časově závislé okrajové podmínky
19. Multifázové proudění, princip řešení kavitace a hydraulického rázu
20. Optimalizace tvaru z hlediska hydraulických veličin
Prerekvizity
Předmět nemá žádné prerekvizity.
Korekvizity
Předmět nemá žádné korekvizity.
Osnova předmětu
1. Úvod, fyzikální vlastnosti tekutin, bilanční rovnice přenosu
2. Diferenční metoda, typy sítí, metoda končných objemů, relaxace, reziduály
3. Kondukce, vedení tepla v desce, časově závislé řešení
4. Laminární proudění, aplikace na proudění vody mezi deskami, okrajové podmínky, výpočet profilu rychlosti
5. Kondukce a konvekce při laminárním proudění, vyhodnocení tepelných veličin, referenční hodnoty
6. Turbulence, výpočet a vyhodnocení, turbul. veličin, okrajové podmínky pro turb. veličiny,
7. Zpřesnění výpočtu turbulence u stěny podle gradientu (3 výpočty na 2D schodu), RSM, LES, DNS metody, obtékání válce
8. Kondukce a konvekce při turbulentním proudění, obtékání jedné trubky, obtékání trubek do kříže a za sebou, fyzikální vlastnosti závislé na teplotě
9. Výměníky obecně, výměník souproudý, protiproudý, fyzikální vlastnosti plynu, kinetická teorie, příklad trubkového výměníku, spirálový výměník
10. Časově závislé proudění, okrajové podmínky časově závislého řešení, FFT- příklady
11. Optimalizace geometrie z hlediska proudění (koleno)
12. Vícefázové proudění, fyzikální vlastnosti směsi, proudění směsi plynů, gravitace
13. Proudění s kavitací, proudění porézním prostředím – aplikace dýza,
14. Vektorový počet v teorii proudění, diskuze
Podmínky absolvování předmětu
Výskyt ve studijních plánech
Výskyt ve speciálních blocích
Hodnocení Výuky