|
Vyučující
|
-
Velemínský Jan, prof. Ing. CSc.
-
Moulis Pavel, Ing. Ph.D.
|
|
Obsah předmětu
|
Témata přednášek podle týdnů: 1. Úvod. Bilanční rovnice a z ní plynoucí rovnice proudění pro zachování hmotnosti a hybnosti. 2. Pokračování v odvozování rovnic proudění: energetická rovnice a její zvláštní tvary jako je Fourier- Kirchhoffova rovnice a 1. zákon termodynamiky, popis disipace. Vlastnosti a klasifikace parciálních diferenciálních rovnic. 3. Základní vztahy stlačitelného, nevazkého, izoentropického, ustáleného proudění, Hugoniotů teorém, rychlost zvuku jako funkce rychlosti proudění, kritický, celkový a maximální stav, rovnice izoentropického prooudění a parametry kritického stavu, vlastnosti expanse v dýze při různých protitlacích. 4. Stlačitelné proudění. Kritické průtočné množství při adiabatických podmínkách s energetickými ztrátami. Kolmý a šikmý kompresní ráz. 5. Stlačitelné proudění. Proudění se ztrátami v adiabatickém potrubí, v labyrintové ucpávce. Expanzní rázové vlny Prandtl-Meyerova typu. 6. Vířivé proudění, operátor rotace aplikovaný na pohybovou rovnici, vlastnosti cirkulace v nevazkém proudění, rychlost indukovaná vírovým vláknem. Úvod do teorie rychlostní mezní vrstvy. 7. Mezní vrstva. Náhradní tlouštky mezní vrstvy. odtržení mezní vrstvy a úplav špatně obtékaných těles. Integrální rovnice mezní vrstvy - její odvození a analýza. 8. Mezní vrstva. Pohlhausenova metoda určení rychlostního profilu. Laminární a turbulentní mezní vrstva na desce a na štíhlých leteckých profilech. 9. Rovnice mezní vrstvy zjednodušená Prandtlem. Upřesnění procesu odtržení proudu, tvorba separačních bublin. Úvod do turbulentního proudění. Statistické charakteristiky turbulence, kovariance rychlostních fluktuací a výkonové spektrální hustoty. Měření fluktuací žárovým anemometrem. 10. Turbulentní proudění. Časové ustředňování základních diferenciálních rovnic proudění, Van Driestovy a Reynoldsovy rovnice. Turbulentní smykové napětí, turbulentní vazkost, turbulentní tepelný tok, nutnost zavedení modelů turbulence. Teorie směšovací délky, logaritmický zákon stěny, univerzální rozložení rychlosti. 11. Turbulentní proudění. Přesné turbulentní transportní rovnice a podstata jejich modelování. Některé modely turbulence: Reynoldsův napěťový model (RSM), K-epsilon , K-omega , Renormalizace grup RNG K-epsilon, LES, DES a jejich vlastnosti. 12. Obtékání leteckých profilů. Vztlakový, odporový a torzní součinitel. Nástroje ke zvýšení maximálního vztlaku: zadní a přední klapky, sloty, odsávání mezní vrstvy, vefukování do mezní vrstvy. Teorie křídla, indukovaný odpor. 13. Statické a dynamické síly působící na profil. Stabilita vibrací a kritická letová rychlost. Divergence profilu v ohybu, flutter v ohybu a torzně ohybový flutter. Obsah seminářů podle týdnů: 1.týden: Úvod do výpočtové dynamiky tekutin (CFD), výpočtové systémy, plánování analýzy CFD, FLUENT - struktura programu, možnosti programu. 2.týden: Spuštění FLUENTu a GAMBITu, možnosti pre- a post-zpracování, uživatelská rozhraní, ukázky. 3. týden: Diskretizace výpočtové oblasti, strukturované a nestrukturované výpočtové sítě, GAMBIT- práce na vzorových úlohách. 4. týden: Druhy okrajových podmínek, fyzikální vlastnosti, úvod do používání FLUENTu. 5.týden: Nevazký, laminární a turbulentní proud, dělený řešič, proudění v ohybu kanálu. 6.týden: Řídící parametry řešení, přenos tepla, periodické proudění. 7.týden: Zpracování výsledků, vizualizace, alfanumerická hlášení. 8.týden: Modelování turbulence, modelování mezních vrstev, proudění v ejektoru 9.týden: Vázané řešiče, stlačitelné proudění v dýze. 10.týden: Adaptace výpočtové sítě. Proudění v turbinové lopatkové mříži, vnější proudění. 11.týden: Případy neustálených proudění, proudění kolem špatně obtékaného tělesa. 12.týden: 3-rozměrné proudění, rotující souřadný systém, proudění ve stupni ventilátoru 13.týden: Prostorová proudění v průmyslových a výzkumných aplikacích, rekapitulace.
|
|
Studijní aktivity a metody výuky
|
Přednáška s praktickými aplikacemi, Samostatná práce studentů
- Projekt individuální [40]
- 25 hodin za semestr
- Kontaktní výuka
- 65 hodin za semestr
- Příprava na zkoušku [10-60]
- 40 hodin za semestr
|
| Předpoklady |
|---|
| Odborné znalosti |
|---|
| vysvětlit základní jevy statiky a dynamiky mechaniky tekutin a určit jejich vlastnosti |
| znát a popsat jednoduché úlohy výpočtově a experimentálně |
| rozumět matematickému popisu principů složitějších problémů proudění, které jsou jádrem komerčních programů v oboru mechanika tekutin a na základě toho fundovaně pracovat a ověřovat pravdivost výsledků |
| přenášet metody mechaniky tekutin do příbuzných oborů |
| vypočítat základní statistické parametry dat |
| vysvětlit základní jevy statiky a dynamiky mechaniky tekutin |
| Odborné dovednosti |
|---|
| používat kancelářský software |
| řešit jednoduché praktické příklady z mechaniky tekutin |
| Výsledky učení |
|---|
| Odborné znalosti |
|---|
| porozumět matematickému aparátu, který popisuje laminární nebo turbulentní proudění |
| modelovat geometrii řešených prostorových úloh, pokrýt ji výpočtovou sítí, řídit numerický výpočet |
| zpracovat výsledky výpočtu pomocí postprocesorového programu |
| řešit náročné technické úlohy: nestacionární, stlačitelná proudění, s pohyblivou geometrií |
| Odborné dovednosti |
|---|
| orientovat se v mechanice tekutin, zejména v dynamice tekutin, problematice turbulence a smykových oblastí |
| umět správně zvolit matematický model pro danou fyzikální úlohu |
| formulovat správně zadání pro matematickou simulaci |
| ovládat základní software pro řešení úloh z dynamiky tekutin |
| Vyučovací metody |
|---|
| Odborné znalosti |
|---|
| Samostatná práce studentů, |
| Přednáška s aktivizací studentů, |
| Hodnotící metody |
|---|
| Kombinovaná zkouška, |
| Individuální prezentace, |
|
Doporučená literatura
|
-
Manuály Gambit, Fluent, Rampant.
-
Fletcher, Clive A. J. Computational techniques for fluid dynamics 1 : fundamental and general techniques. 2nd ed. Berlin : Springer, 1991. ISBN 3-540-53058-4.
-
Chen, Chin-Jen; Jaw, Shenq-Yuh. Fundamentals of turbulence modeling. [1st ed.]. Bristol : Taylor & Francis, 1997. ISBN 1-56032-405-8.
-
Kozubková, Marie; Drábková, Sylva. Numerické modelování proudění. VŠB-TU Ostrava, 2003.
|