618-3007/01 – Modelování a vizualizace metalurgických procesů (MaVMP)
Garantující katedra | Katedra metalurgie a slévárenství | Kredity | 6 |
Garant předmětu | prof. Ing. Karel Michalek, CSc. | Garant verze předmětu | prof. Ing. Karel Michalek, CSc. |
Úroveň studia | pregraduální nebo graduální | Povinnost | povinně volitelný |
Ročník | 2 | Semestr | zimní |
| | Jazyk výuky | čeština |
Rok zavedení | 2014/2015 | Rok zrušení | 2020/2021 |
Určeno pro fakulty | FMT | Určeno pro typy studia | navazující magisterské |
Cíle předmětu vyjádřené dosaženými dovednostmi a kompetencemi
Získané znalosti:
- 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 charakterizovat význam, metody a využití metod modelování v technické praxi.
Získané dovednosti:
- student bude umět využít svých znalostí k odvození relevantních kritérií podobnosti a návrhu metodiky fyzikálního modelování nejen v oblasti metalurgie,
- student bude umět základy 3D modelování geometrie, generace výpočetní sítě a numerického modelování v CFD programu ANSYS FLUENT.
Vyučovací metody
Přednášky
Individuální konzultace
Cvičení (v učebně)
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 a jejich vizualizaci s konkrétními aplikacemi směřovanými do oblasti výroby oceli, její rafinace a odlévání.
Povinná literatura:
[1]MICHALEK, K.: Využití fyzikálního a numerického modelování pro optimalizaci metalurgických procesů. VŠB-TU Ostrava, 2001, 125 s.
[2] ČARNOGURSKÁ, M.: Základy matematického a fyzikálního modelovania v mechanike tekutin a termodynamike. SF TU Košice, 2000, 176 s.
[3] KOZUBKOVÁ, M.: Modelování proudění - Fluent I., VŠB-TU Ostrava, 2008. (http://www.338.vsb.cz/PDF/Kozubkova-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.
Forma způsobu ověření studijních výsledků a další požadavky na studenta
E-learning
http://www.fmmi.vsb.cz/cs/urceno-pro/studenty/podklady-ke-studiu/studijni-opory
Další požadavky na studenta
vypracování dvou seminárních prací z oblasti modelování metalurgických procesů
Prerekvizity
Předmět nemá žádné prerekvizity.
Korekvizity
Osnova předmětu
1. Základní pojmy modelování procesů, klasifikace modelů podle různých kritérií. Fyzikální modelování, jeho význam v různých vědních oblastech. Podobnost systémů, konstanty podobnosti.
2. Bezrozměrové parametry (kritéria podobnosti), rozdělení a vlastnosti kritérií podobnosti. Úplná fyzikální rovnice, základní rovnice, kriteriální rovnice. Dimensionální analýza.
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.
6. Fyzikálním modelování proudění tekutých kovů. Zákonitosti výstavby fyzikálních modelů. Základní experimentální postupy při fyzikálním modelování proudění tekutých kovů.
7. Základy teorie průtokových reaktorů – hypotetické modely proudění, pístový tok, dokonalé promíchávání. Reálný reaktor. Retenční čas. C křivka, F křivka. Kombinovaný a disperzní model proudění.
8. Výběr vhodných matematických modelů pro popis přechodových dějů metalurgických procesů. Empiricko – matematický a fyzikálně (adekvátně) – matematický přístup řešení.
9. 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. 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.
12. Princip numerického modelování metalurgických procesů. Přehled dostupných simulačních software. Teoretické základy matematického modelování přenosových jevů v tekutině. Proudění skutečných kapalin. Laminární a turbulentní proudění. Navier-Stokesovy rovnice a rovnice kontinuity.
13. Systémy CFD. Základní princip numerické simulace v CFD programu ANSYS FLUENT. Preprocessing: geometrie, výpočetní síť, volba modelu, operační a okrajové podmínky.
14. ANSYS FLUENT: Processing: výpočet (stacionární, nestacionární), konvergence řešení; Postprocessing: vyhodnocení výsledků. Příklady použití CFD programů v praxi.
Podmínky absolvování předmětu
Výskyt ve studijních plánech
Výskyt ve speciálních blocích
Hodnocení Výuky