338-0955/01 – Aerodynamika vozidel (AV)

Garantující katedraKatedra hydromechaniky a hydraulických zařízeníKredity10
Garant předmětudoc. Ing. Marian Bojko, Ph.D.Garant verze předmětudoc. Ing. Marian Bojko, Ph.D.
Úroveň studiapostgraduálníPovinnostpovinně volitelný typu B
RočníkSemestrzimní + letní
Jazyk výukyčeština
Rok zavedení2020/2021Rok zrušení
Určeno pro fakultyFSUrčeno pro typy studiadoktorské
Výuku zajišťuje
Os. čís.JménoCvičícíPřednášející
BOJ01 doc. Ing. Marian Bojko, Ph.D.
Rozsah výuky pro formy studia
Forma studiaZp.zak.Rozsah
prezenční Zkouška 25+0
kombinovaná Zkouška 25+0

Cíle předmětu vyjádřené dosaženými dovednostmi a kompetencemi

Studenti budou schopni popsat typy proudění a vznik mezní vrstvy a budou umět vyjádřit aerodynamický odpor těles. Budou znát základy turbulentního proudění. Budou umět definovat problematiku proudění kolem silničních a kolejových vozidel při nižších i vysokých rychlostech. Pochopí důležitost aerodynamických prvků při konstrukci silničních a kolejových vozidel. Budou umět popsat principy měření aerodynamických vlastností vozidel v aerodynamickém tunelu. Studenti po absolvování předmětu budou umět definovat okrajové podmínky a sestavit matematický model proudění kolem a uvnitř vozidla a případně včetně přirozené konvekce a přestupu tepla stěn. Následně studenti budou schopni definovaný matematický model aplikovat na libovolný CAD model a vyřešit metodou konečných objemů s využitím software ANSYS Fluent případně CFX. Významnou částí práce bude hodnocení řešení, porovnání s dostupnou teorií a experimenty a stanovení mezí řešitelnosti pro oblast aerodynamiky vozidel.

Vyučovací metody

Přednášky
Individuální konzultace
Experimentální práce v laboratoři
Ostatní aktivity

Anotace

Předmět je zaměřen na možnosti matematického modelování proudění spojeného s obtékáním těles (silniční a kolejová vozidla). Dále s tvorbou výpočetních sítí pro matematické modelování proudění. Studenti si rozšíří teoretické znalosti v oblasti přenosu hmotnosti, momentu a tepla při turbulentním proudění. Pro řešení soustavy parciálních diferenciálních rovnic popisujících fyzikální podstatu proudění bude využita Metoda Konečných Objemů (MKO). Aplikace metody budou zaměřeny na řešení mezní vrstvy u stěny obtékaného tělesa. Dále do oblasti vyšetřování aerodynamického odporu těles. Následně do oblasti komplexní aerodynamiky vozidel a tedy vyšetřování proudění v okolí a uvnitř vozidel spojeného s jednofázovým prouděním, prouděním plynných příměsí případně vícefázovým proudění s přirozenou konvekcí popřípadě přestupem tepla stěnou. Pro praktické aplikace se využívá software ANSYS Fluent případně CFX. Seminární práce se bude týkat vytvoření matematického modelu a numerické řešení praktických úloh, které budou směřovány do konkrétního zaměření dizertační práce doktoranda.

Povinná literatura:

JANALÍK, J. Obtékání a odpor těles. Ostrava: VŠB-TU, 2008, 108 s., ISBN 978-80-248-1911-2. Dostupné z: http://www.338.vsb.cz/wp-content/uploads/2016/03/Janalik-Obtekani.pdf. HUCHO, Wolf-Heinrich. Aerodynamics of road vehicles: from fluid mechanics to vehicle engineering. 4th ed. Warrendale, PA: Society of Automotive Engineers, c1998. ISBN 978-0768000290. OBIDI, T. Theory and applications of aerodynamics for ground vehicles. xix, 267 pages. ISBN 978-076-8021-110. KOZUBKOVÁ, M., BLEJCHAŘ, T., BOJKO, M: Modelování přenosu tepla, hmoty a hybnosti. Ostrava: VŠB-TU, 2011, 174 s., ISBN - 978-80-248-2491-8. Dostupné z: http://www.338.vsb.cz/wp-content/uploads/2016/03/Kozubkova-Modelovani_prenosu_tepla_hmoty_a_hybnosti-KOZUBKOVA.pdf. KOZUBKOVÁ, M.: Modelování proudění tekutin FLUENT, CFX. Ostrava: VŠB-TU, 2008, 115 s., ISBN 978-80-248-1913-6. Dostupné z: http://www.338.vsb.cz/wp-content/uploads/2016/03/Kozubkova-Fluent.pdf.

Doporučená literatura:

KATZ, Joseph. Race car aerodynamics: designig for speed. 2nd rev. ed. Cambridge: Bentley Publishers, 2006, 307 s. ISBN 08-376-0142-8. INCROPERA, F. P., DEWITT, D. P., BERGMAN, T. L., LAVINE, A. S. Fundamentals of Heat and Mass Transfer. John Wiley  Sons, 2006, p. 997, ISBN 0-471-45728-0. KOZUBKOVÁ, M., BOJKO, M: Modelování přestupu tepla ve výměníku - návod. Ostrava: VŠB-TU, 2016, 54 s., Studní materiál Dostupné z: http://www.338.vsb.cz/wp-content/uploads/2016/03/Kozubkova-CviceniPrenos2016.pdf MARŠÍK, F. Numerické metody mechaniky kontinua. Praha, 1990. ÚT AV ČR. Dostupné z: http://www.it.cas.cz/files/u1771/Num_metody_mech_kontinua.pdf

Forma způsobu ověření studijních výsledků a další požadavky na studenta

Ústní zkouška.

E-learning

Další požadavky na studenta

Zpracování semestrální práce na zadané téma a její prezentace před zkoušejícím.

Prerekvizity

Předmět nemá žádné prerekvizity.

Korekvizity

Předmět nemá žádné korekvizity.

Osnova předmětu

1. Definice spojitého prostředí, fyzikální vlastností, difuzní a konvektivní přenos, přenos hmoty, hybnosti a energie, základní bilanční rovnice (rovnice kontinuity, NS rovnice, rovnice energie), teplo, tepelný výkon, součinitel přestupu tepla. 2. Popis turbulentního proudění Fyzikální význam turbulence, metody matematického modelování turbulentního proudění (DNS, LES, RANS), přímá simulace (DNS), metoda simulace velkých vírů (LES, DES), metoda časového středování (RANS, klasický k- model, RNG k- model (metoda renormalizační grupy), k- model, RSM model (model Reynoldsových napětí), Reynoldsovo časové středování, turbulentní veličiny, bousinesquova hypotéza, Spalart-Allmaras model turbulence, vstupní a výstupní okrajové podmínky pro turbulentní proudění. 3. Základy numerického modelování Fyzikální podstata matematického modelováni, Reynoldsova pravidla, vektorový a tenzorový zápis rovnic, numerické metody řešení proudění, numerické řešení Navier – Stokesovy rovnice a rovnice kontinuity základními diferenčními metodami, integrální metodou, metodou konečných objemů, metodou konečných prvků, spektrální metodou, princip metody konečných objemů, metoda konečných objemů aplikovaná na jednorozměrné proudění, řešení diskretizovaných rovnic, algoritmus SIMPLE, SIMPLEC, multigridní metody, přesnost diferenčních schémat, adaptace sítě během simulace, modifikace numerických parametrů jako je omezení reziduálů, relaxačních parametrů, okrajové podmínky. 4. Mezní vrstva analytické řešení laminární a turbulentní mezní vrstvy (tloušťka mezní vrstvy, smykové napětí, třecí součinitel) kolem vodorovné desky, numerické řešení laminární a turbulentní mezní vrstvy (tloušťka mezní vrstvy, smykové napětí, třecí součinitel) kolem vodorovné desky v programu ANSYS Fluent, stěnové funkce, význam stěnových funkcí pro profily rychlosti a teploty při modelování v blízkosti stěny, kritérium bezrozměrných parametrů y+ při použití stěnových funkcí, numerické řešení mezní vrstvy při obtékání karoserie silničního nebo kolejového vozidla (tvorba výpočetní sítě, zjemnění sítě, definování matematického modelu, stěnové funkce, numerické řešení a vyhodnocení. 5. Aerodynamický odpor vozidel, definice odporové a vztlakové síly, definice třecího a vztlakového součinitele, numerické řešení odporové a vztlakové síly při obtékání křídla letadla v programu ANSYS Fluent, charakteristika referenčních hodnot k vyhodnocení odporové síly, vztlakové síly, třecího součinitele a vztlakového součinitele, numerické řešení odporové a vztlakové síly při obtékání karosérie vozidla v programu ANSYS Fluent. 6. Aerodynamický hluk vozidel Definice hluku, kvantifikace hluku, typy aerodynamického hluku, zdroje hluku, lokalizace zdroje hluku a metody k odstranění zdrojů hluku ve vozidle. 7. Experimentální Aerodynamika pro pozemní vozidla (větrný tunel)Charakteristika aerodynamického tunelu, měření v aerodynamickém tunelu. 8. Spotřeba, výkon, stabilita, definice výkonu potřebného k překonání odporu vzduchu a valení, spotřeba paliva a její měření, pneumatiky, proudění vzduchu pod vozidlem, definice přítlaku a jeho vliv na stabilitu a řiditelnost. 9. Tvar karoserie silničních vozidel, popis proudění kolem karoserie silničního vozidla, definice přilnutého a odtrženého proudění, Požadavky na karoserie z hlediska aerodynamiky, metody přístupu řešení aerodynamiky osobních vozidel. 10. Aerodynamika užitkových vozidel, malá užitková vozidla, Autobusy, velká užitková vozidla – legislativní stav, nástroje k řešení aerodynamiky užitkových vozidel. Distribuce odporu vzduchu v podélné ose vozidla a oblasti optimalizace cx, aerodynamika přívěsových a návěsových souprav a autobusů. 11 .Aerodynamika kolejových vozidel, jízdní odpory železničních vozidel, rozložení aerodynamického odporu na vozidlech v soupravě, vliv tvaru HV a železničních vozů na jejich aerodynamický odpor, vliv řazení vozů v soupravě, aerodynamický odpor v tunelu, aerodynamický odpor vysokorychlostních jednotek 12. Ostatní části aerodynamiky vozidel, vnitřní aerodynamika vozidlových motorů a měření průtokových koeficientů, znečistění karoserií a skříní vozidel, vliv příslušenství vozidel na jejich aerodynamiku, komfort a jízdní pohodlí posádky, chlazení a klimatizace 13. Minimalizace aerodynamického odporu Cx u vozidel, aerodynamické jevy při průjezdu vozidel tunelem, tlakové rázů při míjení vozidel, vliv tlakových vln na osoby podél trati.

Podmínky absolvování předmětu

Prezenční forma (platnost od: 2020/2021 zimní semestr)
Název úlohyTyp úlohyMax. počet bodů
(akt. za podúlohy)
Min. počet bodů
Zkouška Zkouška  
Rozsah povinné účasti:

Zobrazit historii

Výskyt ve studijních plánech

Akademický rokProgramObor/spec.Spec.ZaměřeníFormaJazyk výuky Konz. stř.RočníkZLTyp povinnosti
2021/2022 (P1041D040006) Dopravní systémy P čeština Ostrava povinně volitelný typu B stu. plán
2021/2022 (P1041D040006) Dopravní systémy K čeština Ostrava povinně volitelný typu B stu. plán
2020/2021 (P1041D040006) Dopravní systémy P čeština Ostrava povinně volitelný typu B stu. plán
2020/2021 (P1041D040006) Dopravní systémy K čeština Ostrava povinně volitelný typu B stu. plán

Výskyt ve speciálních blocích

Název blokuAkademický rokForma studiaJazyk výuky RočníkZLTyp blokuVlastník bloku