338-0546/03 – Modelování proudění s přenosem tepla (MPsPT)

Garantující katedraKatedra hydromechaniky a hydraulických zařízeníKredity4
Garant předmětuprof. RNDr. Milada Kozubková, CSc.Garant verze předmětuprof. RNDr. Milada Kozubková, CSc.
Úroveň studiapregraduální nebo graduálníPovinnostpovinný
Ročník3Semestrzimní
Jazyk výukyčeština
Rok zavedení2013/2014Rok zrušení
Určeno pro fakultyUSP, FSUrčeno pro typy studiabakalářské
Výuku zajišťuje
Os. čís.JménoCvičícíPřednášející
BLE02 doc. Ing. Tomáš Blejchař, Ph.D.
BOJ01 doc. Ing. Marian Bojko, Ph.D.
RAU01 Ing. Jana Jablonská, Ph.D.
KOZ30 prof. RNDr. Milada Kozubková, CSc.
Rozsah výuky pro formy studia
Forma studiaZp.zak.Rozsah
prezenční Zápočet a zkouška 2+2
kombinovaná Zápočet a zkouška 12+5

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:

KOZUBKOVÁ, M., BLEJCHAŘ, T., BOJKO, M. Modelování přenosu tepla, hmoty a hybnosti. Ostrava: VŠB-TU Ostrava, 2011. 174 s. ISBN 978-80-248-2491-9. KOZUBKOVÁ, M., BOJKO, M., BLEJCHAŘ, T. Modelování přenosu tepla, hmoty a hybnosti. Ostrava: VŠB-TU Ostrava, 2019, 224 s. Dostupnost < http://www.338.vsb.cz/studium/skripta/>. KOZUBKOVÁ, M. Modelování proudění tekutin FLUENT, CFX. Ostrava: VŠB-TUOstrava, 2008. 115 s. ISBN 978-80-248-1913-6. (Elektronická publikace na CD ROM). KOZUBKOVÁ, M., BOJKO, M. Modelování přenosu tepla, hmoty a hybnosti- návody do cvičení. Ostrava: VŠB-TU Ostrava, 2019. 116 s. Dostupnost < http://www.338.vsb.cz/studium/skripta/>. ANSYS Fluent User’s Guide (Release 18.2). 2017. INCROPERA, P. F., DEWITT, P. D., BERGMAN, L. T., LAVINE, S. A. Fundamentals of Heat and Mass Transfer. 997 s. ISBN 978-0-471-45728-2.

Doporučená literatura:

BOJKO, M. Návody do cvičení „Modelování proudění“ – FLUENT. Ostrava: VŠB-TU Ostrava, 2008. 144 s. ISBN 978-80-248-1909-9. BLEJCHAŘ, T. Návody do cvičení „Modelování proudění“ – CFX. Ostrava: VŠB-TU Ostrava, 2009. 138 s. ISBN 978-80-248-2050-7. BLEJCHAŘ, T. Turbulence Modelování proudění – CFX. Ostrava: VŠB-TU Ostrava, 2012. 263 s. ISBN 978-80-248-2606-6. KOZUBKOVÁ, M., BOJKO, M., KRUTIL, J., BLEJCHAŘ, T. MODELOVÁNÍ SPALOVÁNÍ PALIV – UČEBNÍ TEXT. Ostrava: VŠB-TU Ostrava, 2013. 288 s. ISBN 978-80-248-3144-2. ANSYS Fluent Theory Guide (Release 18.2). 2017. ANSYS Fluent Tutorial Guide (Release 18.2). 2017.

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

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

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

Prezenční forma (platnost od: 2013/2014 zimní semestr)
Název úlohyTyp úlohyMax. počet bodů
(akt. za podúlohy)
Min. počet bodů
Zápočet a zkouška Zápočet a zkouška 100 (100) 51
        Zápočet Zápočet 40  25
        Zkouška Zkouška 60  26
Rozsah povinné účasti: prezenční studium - 80% účast kombinované studium - 50% účast

Zobrazit historii

Výskyt ve studijních plánech

Akademický rokProgramObor/spec.Spec.FormaJazyk výuky Konz. stř.RočníkZLTyp povinnosti
2019/2020 (B0588A170003) Aplikované vědy a technologie P čeština Ostrava 3 povinný stu. plán
2018/2019 (B3968) Aplikované vědy a technologie (3901R076) Aplikované vědy a technologie P čeština Ostrava 3 povinný stu. plán
2017/2018 (B3968) Aplikované vědy a technologie (3901R076) Aplikované vědy a technologie P čeština Ostrava 3 povinný stu. plán
2016/2017 (B3968) Aplikované vědy a technologie (3901R076) Aplikované vědy a technologie P čeština Ostrava 3 povinný stu. plán
2015/2016 (B3968) Aplikované vědy a technologie (3901R076) Aplikované vědy a technologie P čeština Ostrava 3 povinný stu. plán

Výskyt ve speciálních blocích

Název blokuAkademický rokForma studiaJazyk výuky RočníkZLTyp blokuVlastník bloku