619-0804/01 – Modelování procesů (MP)

Garantující katedraKatedra fyzikální chemie a teorie technologických procesůKredity5
Garant předmětuprof. Ing. Jana Dobrovská, CSc.Garant verze předmětuprof. Ing. Jana Dobrovská, CSc.
Úroveň studiapregraduální nebo graduálníPovinnostpovinně volitelný
Ročník1Semestrletní
Jazyk výukyčeština
Rok zavedení2005/2006Rok zrušení2014/2015
Určeno pro fakultyFMTUrčeno pro typy studianavazující magisterské
Výuku zajišťuje
Os. čís.JménoCvičícíPřednášející
DOB30 prof. Ing. Jana Dobrovská, CSc.
GRY04 doc. Ing. Karel Gryc, Ph.D.
MIH50 prof. Ing. Karel Michalek, CSc.
SME06 prof. Ing. Bedřich Smetana, Ph.D.
SAW002 doc. Ing. Markéta Tkadlečková, Ph.D.
Rozsah výuky pro formy studia
Forma studiaZp.zak.Rozsah
prezenční Zápočet a zkouška 2+2

Cíle předmětu vyjádřené dosaženými dovednostmi a kompetencemi

- charakterizovat základní teoretické a praktické zákonitostí modelování procesů - definovat a klasifikovat matematické, statistické a analytické modely - charakterizovat princip fyzikálního a numerického modelování - popsat a analyzovat modely chemických reaktorů – ideální a reálné reaktory, reaktory s pístovým tokem, reaktory promíchávané - aplikovat získané teoretické poznatky v oblasti procesního inženýrství

Vyučovací metody

Přednášky
Cvičení (v učebně)
Ostatní aktivity

Anotace

Předmět je zaměřen na pochopení základních teoretických a praktických zákonitostí modelování procesů a to jak v oblasti numerického modelování, tak i v oblasti fyzikálního modelování s konkrétními aplikacemi směřovanými do oblasti procesního inženýrství.

Povinná literatura:

[1] Michalek, K.: Využití fyzikálního a numerického modelování pro optimalizaci metalurgických procesů. VŠB-TU Ostrava, 2001, 125 s. [2] Kuneš, J. – Vavroch, O. – Franta, V. : Základy modelování. SNTL Praha, 1989, 263 s. [3] Rédr, M. - Příhoda, M.: Základy tepelné techniky. Praha, SNTL, 1991, 677 s. [4] Beňa, J. – Kossaczký, E.: Základy teorie modelovania. Veda, Bratislava, 1981. [5] Hanousek, J. – Charamza, P.: Moderní metody zpracování dat. Educa´99, 1992. [6] Lipson Ch. – Narenda, J. S.: Statistical Design and Analysis of Engineering Experiments. McGraw-Hill, Inc., 1973. [7] Chmúrny, D. a kol.: Modelovanie a riadenie chemicko-technologických procesov a systémov. Alfa, Bratislava, 1985. [8] Erfurth, H. – Just, G.: Modelování a optimalizace chemických procesů. SNTL, Praha 1979. [9] Kubíček, M.: Numerické algoritmy řešení chemickoinženýrských úloh. SNTL, Praha 1983. [10] Dobrovská, J.: Modelování procesů (matematické modelování. Teoretický základ pro 3.ročník magisterského studijního programu Procesní inženýrství. Leden 2004 [11] Kozubková, M.: Modelování proudění - Fluent I., VŠB-TU Ostrava, 2008. (http://www.338.vsb.cz/PDF/Kozubkova-Fluent.pdf) [12] Drábková, S., Kozubková, M.: Cvičení z mechaniky tekutin, VŠB-TU Ostrava, 2002. (http://www.338.vsb.cz/PDF/HydroPriklad.pdf) [13] Bojko, M.: Návody do cvičení „Modelování proudění“ – Fluent, VŠB-TU Ostrava, 2008. (http://www.338.vsb.cz/PDF/Bojko-Fluent.pdf)

Doporučená literatura:

[1] Uživatelské příručky MS Word, MS Excel [2] časopisy: Ironmaking & Steelmaking, Steel Research International, Hutnické listy [3] Články v odborném tisku, příspěvky na konferencích, výzkumné zprávy, závěrečné práce. [4] Mazumdar, D., Evans, J., W.: Modeling of Steelmaking Processes. CRC Press, 1 edition, 2009. 493 pages. ISBN-13: 978-1420062434 [5] Ghosh, A., Chatterjee, A.: Ironmaking and Steelmaking. Prentice-Hall of India Pvt.Ltd, 2008. 472 pages. ISBN-13 978-8120332898 [6] Lee, H.-H.: Finite Element Simulations with ANSYS Workbench 13. SDC Publications, Pap/DVD editions, 2011. 608 pages. ISBN-13: 978-1585036530

Forma způsobu ověření studijních výsledků a další požadavky na studenta

Podmínky pro udělení zápočtu: - 100 % účast na cvičení – 4 body - 93 % účast na cvičení (1 omluvená neúčast) – 2 body - účast na cvičení menší než 79% ( 4 neúčasti a více)) poskytuje možnost neudělení zápočtu - zpracování, odevzdání a obhájení 3 teoretických programů zadaných vedoucím cvičení – hodnocení (12 + 12+ 12) = max.36 bodů Bodové hodnocení zápočtu: - zápočet min. bodů 20 - zápočet max. bodů 40 V celkovém zisku bodového ohodnocení zápočtu musí být obsaženo nenulové hodnocení všech 3 teoretických programů, tzn. student musí odevzdat všechny teoretické programy. Bodové hodnocení zkoušky: zkouška kombinovaná - praktická část zkoušky - max. 30 bodů - ústní část zkoušky - max. 30 bodů Zkouška se skládá z praktické části, což představuje vyřešení daného úkolu aplikací PC, a teoretické (ústní) části. V celkovém zisku bodového ohodnocení zkoušky musí být obsaženo jak nenulové hodnocení praktické části zkoušky, tak nenulové hodnocení vlastní ústní zkoušky, tzn. student musí absolvovat obě části zkoušky. Bodové hodnocení předmětu se získá součtem bodů za cvičení a za absolvování zkoušky. Výsledná klasifikace je dána podmínkami ve Studijním a zkušebním řádu VŠB TUO.

E-learning

V současnosti jsou k dispozici studijní opory z části zajišťované katedrou metalurgie a slévárenství v českém jazyce: http://www.fmmi.vsb.cz/cs/okruhy/studium-a-vyuka/podklady-ke-studiu

Další požadavky na studenta

......................

Prerekvizity

Předmět nemá žádné prerekvizity.

Korekvizity

Předmět nemá žádné korekvizity.

Osnova předmětu

1. Základní pojmy: systém a jeho vlastnosti, struktura a cílové chování; zařízení, procesy, operace, fyzikální, resp. chemické děje. Úvod do matematického modelování: model, modelování, matematické modelování. 2. Klasifikace matematických modelů, modely deterministické a stochastické, modely empirické (statistické) a modely odvozené na základě přírodních zákonitostí (analytické). Metodika získávání matematických modelů. Matematická struktura rovnic v matematických modelech. 3. Modely statistické. Regresní výpočty – vyhodnocování experimentálních dat. Základní pojmy: metoda nejmenších čtverců, standardní chyba odhadu, koeficient determinace, standardní chyby koeficientů, ANOVA, t-test. Modely lineární a nelineární regrese. Vícenásobná regrese. 4. Modely analytické. Fenomenologický přístup k matematickému modelování procesů – modely založené na teorii přenosových jevů. 5. Aplikace matematického modelování: matematické modelování kinetiky následných chemických reakcí – teoretický základ. 6. Aplikace matematického modelování: modelování difúzních dějů v krystalizujících materiálech (kovových slitinách) – teoretický základ. 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. Podstata a základní princip fyzikálního modelování. Příklady využití fyzikálního modelování. Podobnost dvou systémů. Geometrická, kinematická a dynamická podobnost. Základní typy sil v dynamicky podobných systémech. Tepelná podobnost. Bezrozměrové parametry. Kriteria podobnosti. Simplexní kriteria, komplexní kriteria, parametrická kriteria. Základní vlastnosti kriterií podobnosti. 10. Úplná fyzikální rovnice, základní rovnice, kriteriální rovnice. Stanovení kriterií podobnosti pomocí rozměrové analýzy. Buckinghamův teorém. Příklady použití rozměrové analýzy. 11. Stanovení bezrozměrových parametrů metodou podobnostní transformace základních rovnic. Indikátory podobnosti. Podobnostní transformace diferenciální rovnice toku skutečné viskózní kapaliny. Porovnání obou metod stanovení kriterií podobnosti. Přibližné fyzikální modelování. Automodelnost – úplná a částečná. Fyzikální význam některých kritérií podobnosti. 12. Základy teorie chemických reaktorů. Ideální průtokové reaktory – reaktor s pístovým tokem, reaktor s dokonalým promícháváním. Retenční čas. Průběh C a F křivek pro ideální reaktory a reálné reaktory. Modely pro reálné (neideální) podmínky toku – disperzní model a kombinovaný model, charakteristické objemy reaktoru. 13. Metody stanovení retenčních časů – vodivostní metoda, metoda s měřením pH kapaliny, teplotní metoda, radionuklidová metoda. Vizualizace proudění v reaktorech – metoda obarvené kapaliny, metoda vláken, metoda vznášejících se reflexních částic, odbarvovací nebo zbarvovací metoda. VÝPOČTOVÁ CVIČENÍ: 1. Použití prostředí MS Excel pro vědecké a inženýrské aplikace – přesnost výpočtů, ovládání Excelu: sešit, list, buňka, relativní, absolutní a smíšené odkazy, operátory, vestavěné funkce, doplňkové funkce a nástroje, výpočet funkcí jedné proměnné. 2. Inženýrské tabulky – výpočet funkcí dvou proměnných, grafy funkcí jedné a dvou proměnných. 3. Databáze, tvorba databází v prostředí MS Excel. 4. Regresní výpočty, modely lineární regrese, vícenásobná lineární regrese. 5. Regresní výpočty, modely nelineární regrese. 6. Matematické modelování kinetiky následných chemických reakcí. 7. Úvod pro práci s CFD programem 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 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. Metoda řešení soustavy lineárních rovnic pomocí maticové metody - možnosti řešení v prostředí MS Excel. 11. Použití metody regresní a korelační analýzy při vyhodnocování výsledků modelových experimentů. Využití programu Statgraphics. 12. Výpočet charakteristických objemů reaktorů z naměřené RTD křivky. Numerický převod C křivky na F křivku. 13. Výpočet průběhu vzájemného směšování dvou různých tekutin v podmínkách reaktoru – analytické stanovení F-křivky. 14. Vyrovnávací cvičení, zápočet.

Podmínky absolvování předmětu

Prezenční forma (platnost od: 1960/1961 letní semestr, platnost do: 2010/2011 letní semestr)
Název úlohyTyp úlohyMax. počet bodů
(akt. za podúlohy)
Min. počet bodů
Zápočet a zkouška Zápočet a zkouška 100 (100) 51
        Zápočet Zápočet 40 (40) 0
                Projekt Projekt 36  0
                Jiný typ úlohy Jiný typ úlohy 4  0
        Zkouška Zkouška 60 (60) 0
                Písemná zkouška Písemná zkouška 30  0
                Ústní zkouška Ústní zkouška 30  0
Rozsah povinné účasti:

Zobrazit historii

Výskyt ve studijních plánech

Akademický rokProgramObor/spec.Spec.ZaměřeníFormaJazyk výuky Konz. stř.RočníkZLTyp povinnosti
2014/2015 (N3909) Procesní inženýrství (3911T008) Chemické a fyzikální metody zkoušení materiálu P čeština Ostrava 1 povinně volitelný stu. plán
2014/2015 (N3909) Procesní inženýrství (2807T004) Chemické inženýrství P čeština Ostrava 1 povinný stu. plán
2013/2014 (N3909) Procesní inženýrství (2807T004) Chemické inženýrství P čeština Ostrava 1 povinný stu. plán
2013/2014 (N3909) Procesní inženýrství (3911T008) Chemické a fyzikální metody zkoušení materiálu P čeština Ostrava 1 povinně volitelný stu. plán
2012/2013 (N3909) Procesní inženýrství (2807T004) Chemické inženýrství P čeština Ostrava 1 povinný stu. plán
2012/2013 (N3909) Procesní inženýrství (3911T008) Chemické a fyzikální metody zkoušení materiálu P čeština Ostrava 1 povinně volitelný stu. plán
2011/2012 (N3909) Procesní inženýrství (2807T004) Chemické inženýrství P čeština Ostrava 1 povinný stu. plán
2011/2012 (N3909) Procesní inženýrství (3911T008) Chemické a fyzikální metody zkoušení materiálu P čeština Ostrava 1 povinně volitelný stu. plán
2010/2011 (N3909) Procesní inženýrství (2807T004) Chemické inženýrství P čeština Ostrava 1 povinný stu. plán
2010/2011 (N3909) Procesní inženýrství (3911T008) Chemické a fyzikální metody zkoušení materiálu P čeština Ostrava 1 povinně volitelný stu. plán
2009/2010 (N3909) Procesní inženýrství (3911T008) Chemické a fyzikální metody zkoušení materiálu P čeština Ostrava 1 povinně volitelný stu. plán
2009/2010 (N3909) Procesní inženýrství (2807T004) Chemické inženýrství P čeština Ostrava 1 povinný stu. plán
2008/2009 (N3909) Procesní inženýrství (2807T004) Chemické inženýrství P čeština Ostrava 1 povinný stu. plán
2008/2009 (N3909) Procesní inženýrství (3911T008) Chemické a fyzikální metody zkoušení materiálu P čeština Ostrava 1 povinně volitelný stu. plán
2007/2008 (N3909) Procesní inženýrství (2807T004) Chemické inženýrství P čeština Ostrava 1 povinný stu. plán
2007/2008 (N3909) Procesní inženýrství (3911T008) Chemické a fyzikální metody zkoušení materiálu P čeština Ostrava 1 povinně volitelný stu. plán
2006/2007 (N3909) Procesní inženýrství (2807T004) Chemické inženýrství P čeština Ostrava 1 povinný stu. plán
2006/2007 (N3909) Procesní inženýrství (3911T008) Chemické a fyzikální metody zkoušení materiálu P čeština Ostrava 1 povinně volitelný stu. plán
2005/2006 (N3909) Procesní inženýrství (2807T004) Chemické inženýrství P čeština Ostrava 1 povinný stu. plán
2005/2006 (N3909) Procesní inženýrství (3911T008) Chemické a fyzikální metody zkoušení materiálu P čeština Ostrava 1 povinně volitelný stu. plán

Výskyt ve speciálních blocích

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