338-0955/01 – Aerodynamika vozidel (AV)
| Garantující katedra | Katedra hydromechaniky a hydraulických zařízení | Kredity | 10 |
| Garant předmětu | doc. Ing. Marian Bojko, Ph.D. | Garant verze předmětu | doc. Ing. Marian Bojko, Ph.D. |
| Úroveň studia | postgraduální | Povinnost | povinně volitelný typu B |
| Ročník | | Semestr | zimní + letní |
| | Jazyk výuky | čeština |
| Rok zavedení | 2020/2021 | Rok zrušení | |
| Určeno pro fakulty | FS | Určeno pro typy studia | doktorské |
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:
Doporučená literatura:
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
Výskyt ve studijních plánech
Výskyt ve speciálních blocích
Hodnocení Výuky
Předmět neobsahuje žádné hodnocení.