618-0812/01 – Modelování metalurgických procesů (MoMePr)

Garantující katedraKatedra metalurgie a slévárenstvíKredity5
Garant předmětuprof. Ing. Karel Michalek, CSc.Garant verze předmětuprof. Ing. Karel Michalek, CSc.
Úroveň studiapregraduální nebo graduálníPovinnostpovinný
Ročník2Semestrzimní
Jazyk výukyčeština
Rok zavedení2004/2005Rok zrušení2015/2016
Určeno pro fakultyFMTUrčeno pro typy studianavazující magisterské
Výuku zajišťuje
Os. čís.JménoCvičícíPřednášející
GRY04 doc. Ing. Karel Gryc, Ph.D.
MIH50 prof. Ing. Karel Michalek, CSc.
SAW002 doc. Ing. Markéta Tkadlečková, Ph.D.
Rozsah výuky pro formy studia
Forma studiaZp.zak.Rozsah
prezenční Zápočet a zkouška 2+3
kombinovaná Zápočet a zkouška 16+0

Cíle předmětu vyjádřené dosaženými dovednostmi a kompetencemi

- student bude umět charakterizovat význam, metody a využití metod modelování v technické praxi - student bude umět formulovat základní zákonitosti fyzikálního a numerického modelování procesů - student bude umět popsat podobnost dějů, odvozování kritérií podobnosti a aplikaci modelování v metalurgii výroby, zpracování a odlévání oceli - student bude umět základy 3D modelování geometrie a numerického modelování v CFD programu FLUENT

Vyučovací metody

Přednášky
Semináře
Individuální konzultace
Cvičení (v učebně)
Experimentální práce v laboratoři
Projekt

Anotace

Předmět je zaměřen na obecné zásady metod modelování procesů a to jak na matematické, tak i fyzikální metody modelování, dále na zákonitosti algoritmizace procesů s konkrétními aplikacemi směřovanými do oblasti výroby oceli, její rafinace a odlévání.

Povinná literatura:

[1]Čarnogurská, M. : Základy matematického a fyzikálního modelovania v mechanike tekutin a termodynamike. SF TU Košice, 2000, 176 s. [2] Michalek, K.: Využití fyzikálního a numerického modelování pro optimalizaci metalurgických procesů. VŠB-TU Ostrava, 2001, 125 s. [3] Vrožina, M., Jančíková, Z., David, J.: Identifikace systémů. VŠB-TU Ostrava, 2007, 79 s. [4]Dobrovská, J.: Modelování procesů (matematické modelování. Teoretický základ pro 3.ročník magisterského studijního programu Procesní inženýrství. Leden 2004 [5]Kozubková, M.: Modelování proudění - Fluent I., VŠB-TU Ostrava, 2008.(http://www.338.vsb.cz/PDF/Kozubkova-Fluent.pdf) [6]Drábková, S., Kozubková, M.: Cvičení z mechaniky tekutin, VŠB-TU Ostrava, 2002.(http://www.338.vsb.cz/PDF/HydroPriklad.pdf) [7]Bojko, M.: Návody do cvičení „Modelování proudění“ – Fluent, VŠB-TU Ostrava, 2008.(http://www.338.vsb.cz/PDF/Bojko-Fluent.pdf)

Doporučená literatura:

[1]Kuneš, J., Vavroch, O., Franta, V. : Základy modelování. SNTL Praha, 1989, 263 s. [2]Rédr, M., Příhoda, M.: Základy tepelné techniky. Praha, SNTL, 1991, 677 s. [3]Uživatelské příručky MS Word, MS Excel

Forma způsobu ověření studijních výsledků a další požadavky na studenta

2 bodově hodnocené semestrální práce a jejich obhajoba v rámci seminářů v průběhu výuky. 2 bodově hodnocené průběžné testy.

E-learning

V současnosti jsou k dispozici studijní opory v českém jazyce: http://www.fmmi.vsb.cz/cs/okruhy/studium-a-vyuka/podklady-ke-studiu Pro elektronickou komunikaci s pedagogy využívejte příslušné univerzitní e-mailové adresy, které naleznete zde: http://telsez.vsb.cz/Phonebook.faces . Průběžně dochází k rozšiřování e-learning prvků ve výuce.

Další požadavky na studenta

V rámci tohoto předmětu nejsou další požadavky na studenta.

Prerekvizity

Předmět nemá žádné prerekvizity.

Korekvizity

Předmět nemá žádné korekvizity.

Osnova předmětu

Přednášky 1.Základní pojmy modelování procesů, klasifikace modelů podle různých kritérií. Fyzikální modelování, jeho význam v různých vědních oblastech. Podobnost systémů, konstanty podobnosti. Podobnost geometrická, kinematická, dynamická. Dynamická podobnost hydrodynamických systémů. Základní typy sil v hydrodynamice. Teplotní podobnost. 2.Bezrozměrové parametry (kritéria podobnosti), rozdělení a vlastnosti kritérií podobnosti. Úplná fyzikální rovnice, základní rovnice, kriteriální rovnice. Stanovení bezrozměrových parametrů pomocí rozměrové (dimenzionální) analýzy, praktické příklady použití rozměrové analýzy. 3. Stanovení bezrozměrových parametrů metodou podobnostní transformace základních rovnic. Podobnostní transformace Navier-Stokesových rovnic. 4.Přibližné fyzikální modelování. Automodelnost. Fyzikální význam některých kritérií podobnosti, problematika současného dodržení identity Fr a Re kritéria. Stanovení měřítek objemového průtoku. 5. Experimentální podstata fyzikálního modelování. Metody stanovení retenčních časů, metoda impuls-odezva, RTD křivky, vizualizace proudění. Zákonitosti výstavby fyzikálních modelů. Základní experimentální postupy při fyzikálním modelování proudění tekutých kovů. 6. Základy teorie průtokových reaktorů – hypotetické modely proudění, pístový tok, dokonalé promíchávání. Reálný reaktor. Teoretický retenční čas. C křivka, F křivka. Kombinovaný model proudění, střední retenční čas, zkratové proudění, mrtvý objem. Disperzní model proudění. 7. Teoretické základy matematického modelování přenosových jevů v tekutině. Proudění skutečných kapalin. Laminární a turbulentní proudění. Navier-Stokesovy rovnice a rovnice kontinuity. Matematické modely turbulence. Výpočetní síť. Diskretizační techniky. 8. Programové systémy CFD. Postup numerické simulace v CFD programu ANSYS FLUENT. Preprocessing - tvorba geometrie a generace výpočetní sítě, definice fyzikálního modelu, volba modelu turbulence, zadání operačních podmínek, stanovení materiálových vlastností a okrajových podmínek. Processing – Solving: vlastní provedení výpočtu (stacionární, nestacionární), konvergence řešení. Postprocessing – vyhodnocení výsledků. Příklady použití CFD programů v praxi. 9. Výběr vhodných matematických modelů pro popis přechodových dějů metalurgických procesů. Empiricko – matematický a fyzikálně (adekvátně) – matematický přístup řešení. Teoretické základy matematického popisu přechodových dějů. Přístupy a metody řešení aproximace a regrese. Parametrická identifikace. 10. Metoda plánovaného experimentu – DOE. Základní pojmy, cíle, využití plánovaného experimentu. Sestavení plánu experimentu. Výpočet efektů faktorů a interakcí. Sestavení výsledného modelu experimentu. SW podpora metodiky DOE. Praktické využití metody DOE. 11. Statický a dynamický model řízení tavby v kyslíkovém konvertoru. Základní řídící úroveň, nadřazená řídící úroveň. Podstata dynamického modelu řízení, monitorování tavby, relevantní údaje pro řízení tavby, metody měření. Hlavní rysy výpočtu vsázky pro tavbu v kyslíkovém konvertoru. Inovace procesu tavby. Cvičení (pouze prezenční studium) 1.Problematika legování oceli, základní způsoby výpočtů. Sestavení jednoduché bilanční rovnice. Výpočtové řešení množství legur pomocí MS Excel, maticová metoda řešení soustavy rovnic. 2.Materiálová bilance při sestavení vsázky pro výrobu vysokolegované oceli. SW podpora (p27), postup výpočtu. Řešení pro konkrétní zadané podmínky výroby oceli. Materiálová bilance kyslíkového konvertoru – výpočet, SW podpora (bilance.exe), funkce programu, zadání hodnot, zpracování výsledků v MS Excel. Metalurgické zdůvodnění průběhu křivek. 3.Odsíření oceli při různých způsobech aplikace strusky - teoretické základy odsíření oceli, rozdělovací součinitel síry, odsíření syntetickou struskou pomocí vícenásobných dávek strusky, algoritmizace, výpočet v MS Excel. 4.Test č.1. Projekce videoprogramů vytvořených na katedře metalurgie o fyzikálním modelování metalurgických procesů. Exkurze do modelové laboratoře katedry metalurgie. 5.Výpočet charakteristických objemů reaktoru z naměřených hodnot impulsní charakteristiky. 6. Analytické odvození tvaru F-křivky. Simulační výpočet pro dané okrajové podmínky. 7. Úvod pro práci s CFD programem ANSYS FLUENT. Zadání praktických úloh k procvičení řešení proudění v jednoduchém průtokovém systému pomocí numerického modelování v daném programu. Základy tvorby geometrie, generace výpočetní sítě a specifikace vstupu, výstupu a stěn modelované oblasti. Export do CFD programu ANSYS FLUENT. 8. Příprava vstupních hodnot pro řešení proudění v prostředí CFD programu FLUENT a definice výpočtového modelu – stanovení laminárního či turbulentního proudění v průtokových systémech na základě zadání, specifikace fyzikálních vlastností proudícího média, specifikace okrajových a operačních podmínek. Vlastní provedení výpočtu. 9. Konvergence a ukončení výpočtu, hodnocení grafických výsledků – způsoby vizualizace výpočtové oblasti a sítě, tvorba vektorů a profilů proudových, teplotních, rychlostních či koncentračních polí. Ukázka datových výsledků a způsob jejich importu do prostředí MS Excel. 10. Praktické využití metody DOE při stanovení relevantních proměnných životnosti pružinové oceli.Aproximativní modelování metalurgických procesů – praktické využití Klánovy identifikační metody, využití solveru v MS Excel. 11.Exkurze na ZPO TŽ a.s. - řídící systém odlévání. 12.Vyrovnávací cvičení, provedení testu č.2, odevzdání programů. Pro získání zápočtu v kombinované formě studia je potřeba vypracovat semestrální projekt.

Podmínky absolvování předmětu

Kombinovaná forma (platnost od: 2010/2011 zimní semestr)
Název úlohyTyp úlohyMax. počet bodů
(akt. za podúlohy)
Min. počet bodů
Zápočet a zkouška Zápočet a zkouška 100  51
        Zápočet Zápočet  
        Zkouška Zkouška  
Rozsah povinné účasti:

Zobrazit historii

Výskyt ve studijních plánech

Akademický rokProgramObor/spec.Spec.ZaměřeníFormaJazyk výuky Konz. stř.RočníkZLTyp povinnosti
2015/2016 (N2109) Metalurgické inženýrství (2109T035) Technologie výroby kovů P čeština Ostrava 2 povinný stu. plán
2015/2016 (N2109) Metalurgické inženýrství (2109T035) Technologie výroby kovů K čeština Ostrava 2 povinný stu. plán
2014/2015 (N2109) Metalurgické inženýrství (2109T035) Technologie výroby kovů K čeština Ostrava 2 povinný stu. plán
2014/2015 (N2109) Metalurgické inženýrství (2109T035) Technologie výroby kovů P čeština Ostrava 2 povinný stu. plán
2013/2014 (N2109) Metalurgické inženýrství (2109T035) Technologie výroby kovů P čeština Ostrava 2 povinný stu. plán
2013/2014 (N2109) Metalurgické inženýrství (2109T035) Technologie výroby kovů K čeština Ostrava 2 povinný stu. plán
2012/2013 (N2109) Metalurgické inženýrství (2109T035) Technologie výroby kovů P čeština Ostrava 2 povinný stu. plán
2012/2013 (N2109) Metalurgické inženýrství (2109T035) Technologie výroby kovů K čeština Ostrava 2 povinný stu. plán
2011/2012 (N2109) Metalurgické inženýrství (2109T035) Technologie výroby kovů P čeština Ostrava 2 povinný stu. plán
2011/2012 (N2109) Metalurgické inženýrství (2109T035) Technologie výroby kovů K čeština Ostrava 2 povinný stu. plán
2010/2011 (N2109) Metalurgické inženýrství (2109T035) Technologie výroby kovů P čeština Ostrava 2 povinný stu. plán
2009/2010 (N2109) Metalurgické inženýrství (2109T035) Technologie výroby kovů P čeština Ostrava 2 povinný stu. plán
2008/2009 (N2109) Metalurgické inženýrství (2109T035) Technologie výroby kovů P čeština Ostrava 2 povinný stu. plán
2007/2008 (N2109) Metalurgické inženýrství (2109T035) Technologie výroby kovů P čeština Ostrava 2 povinný stu. plán
2006/2007 (N2109) Metalurgické inženýrství (2109T035) Technologie výroby kovů P čeština Ostrava 2 povinný stu. plán
2005/2006 (N2109) Metalurgické inženýrství (2109T035) Technologie výroby kovů P čeština Ostrava 2 povinný stu. plán

Výskyt ve speciálních blocích

Název blokuAkademický rokForma studiaJazyk výuky RočníkZLTyp blokuVlastník bloku
FMMI 2013/2014 prezenční čeština povinný 601 - Studijní oddělení stu. blok
FMMI 2012/2013 prezenční čeština povinný 601 - Studijní oddělení stu. blok
FMMI_ECTS 2011/2012 prezenční čeština povinný 600 - Děkanát FMT stu. blok