635-3040/01 – Modelování tepelných procesů (MTP)
| Garantující katedra | Katedra tepelné techniky | Kredity | 6 |
| Garant předmětu | Ing. Mario Machů, Ph.D. | Garant verze předmětu | Ing. Mario Machů, Ph.D. |
| Úroveň studia | pregraduální nebo graduální | Povinnost | povinný |
| Ročník | 2 | Semestr | zimní |
| | Jazyk výuky | čeština |
| Rok zavedení | 2019/2020 | Rok zrušení | |
| Určeno pro fakulty | FMT | Určeno pro typy studia | navazující magisterské |
Cíle předmětu vyjádřené dosaženými dovednostmi a kompetencemi
Student bude umět:
- aplikovat teorii podobnosti při tvorbě modelu,
- použít rozměrovou analýzu pro popis fyzikálních dějů, sestavit kriteriální rovnici,
- determinovat okrajové podmínky tepelných úloh,
- aplikovat stacionární a nestacionární metodu elementárních bilancí, resp. konečných objemů na řešení úloh sdílení tepla vedením, konvekcí a zářením,
- determinovat podmínky stability explicitní metody,
- numericky řešit problémy sdílení tepla se změnou fáze,
- řešit úlohy výměny tepla radiací mezi několika povrchy,
- analyzovat a algoritmizovat transport tepla v pecích a při plynulém odlévání a stanovit okrajové podmínky.
Vyučovací metody
Přednášky
Individuální konzultace
Cvičení (v učebně)
Experimentální práce v laboratoři
Anotace
Předmět je zaměřen na teoretické a praktické přístupy k modelování transportu tepla. Pozornost je věnována aplikaci teorie podobnosti, využití rozměrové analýzy pro popis fyzikálního děje, numerickému modelování vedení tepla v kartézských a válcových souřadnicích s využitím metody elementárních bilancí resp. metody konečných objemů, stanovení okrajových podmínek, modelování vedení tepla se změnou fáze, modelování výměny tepla radiací mezi více povrchy v diatermním prostředí. Znalosti jsou aplikovány na modelování přenosu tepla v pecích a v procesu plynulého odlévání včetně determinace okrajových podmínek.
Povinná literatura:
Doporučená literatura:
[1] KOZEL, K., FÜRST, J. Numerické metody řešení problémů proudění. Praha: Vydavatelství ČVUT, 2001.
[2] DOLEJŠÍ, Z. a kol. Plynulé odlévání oceli. Díl 1., Tepelně technické poměry při plynulém odlévání oceli. 2. vyd. Praha: Technickoekonomický výzkumný ústav hutního průmyslu, 1989.
[3] ENENKL, V., HLOUŠEK, J., JANOTKOVÁ, E. Termomechanika. 10. vyd. Brno: VUT, 1983.
Forma způsobu ověření studijních výsledků a další požadavky na studenta
Písemný test a ústní zkouška.
E-learning
Další požadavky na studenta
Nejsou další požadavky.
Prerekvizity
Předmět nemá žádné prerekvizity.
Korekvizity
Předmět nemá žádné korekvizity.
Osnova předmětu
• Cíle modelování, druhy modelů. Fyzikální a matematické modelování.
• Základy teorie podobnosti. Úplná fyzikální rovnice, podmínky jednoznačnosti. Konstanta podobnosti, indikátor podobnosti, invariant. Odvození kriteriální rovnice metodou analýzy základních rovnic.
• Princip rozměrové analýzy, aplikace na praktických problémech.
• Fyzikální modelování. Využití analogií.
• Implementace závislostí termo-fyzikálních vlastností v numerických modelech. Regresní analýza, interpolace. Praktické úlohy.
• Okrajové podmínky. Použití kriteriálních rovnic pro definici povrchové podmínky.
• Modelování ohřevu a chlazení tepelně technicky tenkého tělesa s rekrystalizací. Realizace modelu v Matlabu a Excelu.
• Modelování vedení tepla v tlustých tělesech. Fourierova rovnice vedení tepla, diskretizace Laplaceova operátoru. Principy metody konečných objemů a metody konečných prvků.
• Numerická náhrada derivací ve Fourierově rovnici vedení tepla. Explicitní, implicitní a smíšené metody sítí.
• Metoda elementárních bilancí pro stacionární a nestacionární úlohu v kartézských a polárních souřadnicích. Aplikace na konkrétní úlohy.
• Podmínka stability explicitní metody pro vnitřní a vnější element, fiktivní teplota. Volba dělní sítě. Přesnost numerického řešení.
• Modelování vedení tepla se změnou fáze. Praktická úloha modelování tuhnutí oceli.
• Modelování vedení tepla s transportem látky. Model krystalizátoru plynulého odlévání.
• Sdružený teplotní model s průchodem elektrického proudu a vznikem Jouleova tepla.
• Modelování sdílení tepla zářením. Index směrovosti. Výměna tepla zářením mezi několika povrchy v průteplivém prostředí.
• Modelování sdílení tepla v pracovním prostoru pece.
• Modelování procesu plynulého odlévání, metody stanovení podmínek jednoznačnosti v licím stroji. Determinace povrchových podmínek v krystalizátoru, v sekundární a terciární oblasti chlazení. Simulace vlivu parametrů na odvod tepla a tvorbu licí kůry.
Podmínky absolvování předmětu
Výskyt ve studijních plánech
Výskyt ve speciálních blocích
Hodnocení Výuky
Předmět neobsahuje žádné hodnocení.