Teorie hydraulických strojů (FSI-ITS)

Akademický rok 2019/2020
Garant: doc. Ing. Jaroslav Štigler, Ph.D.  
Garantující pracoviště: EÚ všechny předměty garantované tímto pracovištěm
Jazyk výuky: čeština
Cíle předmětu:
Cílem předmětu je prohloubit teoretické znalosti z hydromechaniky, podat studentům základní přehled o metodách řešení proudění kapalin tak, aby v případě jejich dalšího vzdělávání mohli navazovat na získané poznatky o proudění kapalin a jeho modelování. Ukázat možnosti a některé směry dalšího výzkumu v oblasti proudění kapalin.
Výstupy studia a kompetence:
Prohloubení vědomostí z oblasti popisu a modelování proudění kapalin v rovině a prostoru. Přehled základních metod využívaných pro řešení proudění v hydraulických strojích.
Prerekvizity:
Student musí mít osvojeny základní znalosti s hydromechaniky, které se týkají základních rovnic hydromechaniky, jednorozměrného proudění potrubím, Bernouliova rovnice, rovnice kontinuity pro jednorozměrné proudění. Z matematiky je třeba ovládat diferenciální, integrální a vektorový počet.
Obsah předmětu (anotace):
V úvodních přednáškách budou zopakovány a prohloubeny znalosti z hydromechaniky. V navazujících přednáškách budou probrány základní věty a zákony proudění kapalin v širších souvislostech. Bude podrobněji probráno dvou a třírozměrné nevířivé a vířivé proudění ideální kapaliny. Dále budou studenti seznámeni se stěžejními tématy proudění kapalin jako jsou: - mezní vrstva, její vznik, vývoj a základní metody řešení laminární mezní vrstvy, - turbulentní proudění a jeho matematické modelování. Dále se studenti seznámí s vybranými metodami, které jsou využívány při řešení proudění kapalin v lopatkových strojích, jako je: - Metoda singularit pro tenké profily, - Metoda hraničních vířivých elementů, - Metoda sítí, - Metoda konečných objemů.
Metody vyučování:
Předmět je vyučován formou přednášek, které mají charakter výkladu základních principů a teorie dané disciplíny. Cvičení je zaměřeno na praktické zvládnutí látky probrané na přednáškách.
Způsob a kritéria hodnocení:
Podmínky pro získání zápočtu jsou účast na cvičeních, vypracování a obhájení zadaných úkolů. Zkouška bude probíhat ve dvou částech. V první části studenti absolvují test, kterým jsou prověřeny základní teoretické znalosti a dovednosti studenta, které musí znát zpaměti. Ve druhé ústní části si student vybere jednu z otázek týkající se přednesené látky, nad kterou bude probíhat diskuse.
Vymezení kontrolované výuky a způsob jejího provádění a formy nahrazování zameškané výuky:
Na cvičeních je kontrolovaná účast. Případné zameškané hodiny, v malé míře, jsou řešeny vypracováním zadaných úkolů.
Typ (způsob) výuky:
    Přednáška  13 × 3 hod. nepovinná                  
    Cvičení  13 × 1 hod. povinná                  
Osnova:
    Přednáška 1. Matematické základy, Einsteinova sumační symbolika, tenzor, operace s tenzory.
2. Metody popisu kontinua,základní pojmy mechaniky tekutin, trajektorie, proudnice, rotor rychlosti, vírové vlákno, vírová trubice, Stokesova věta.
3. Typy proudění, základní rovnice popisující proudění kapalin. Problém hydromechaniky.
4. Bernouliova rovnice, Lagrangeúv integrál. Rovinné proudění, definice proudové funkce, nevířivé proudění, konformní zobrazení, funkce komplexního potenciálu.
5. Metoda sítí a její aplikace na rovinný a rotačně symetrický kanál
6. Nevířivé proudění, jednoduché proudové útvary ? princip superpozice výpočet proudění kolem rotujícího válce.
7.-8. Metoda singularit pro tenké profily a profilové mříže - princip.
9.-10 Vířivé proudění ideální kapaliny, metoda hraničních vířivých elementů, Biot-sawartův zákon.
11. Turbulentní proudění ? modely turbulence, základy metody konečných objemů.
12.- 13. Mezní vrstva, základní pojmy, řešení laminární mezní vrstvy
    Cvičení 1. Procvičování matematického zápisu v Einsteinově sumační symbolice, tenzorový počet. 2. Odvození některých vět a zákonů hydromechaniky 3. Konformní zobrazení - Žukovského transformace. Naprogramování v tabulkovém procesoru excel. 4.-5. Metoda sítí a její aplikace na proudění v rovinném a rotačně symetrickém kanálu . 6. Modely rovinného víru. 7.-9. Řešení rovinného proudění kolem nerotujícího a rotujícího válce, stanovení vztlakové síly. 10. Výpočet indukované rychlosti od konečného úseku přímého vírového vlákna. 11.-12. Řešení laminární mezní vrstvy.
Literatura - základní:
1. Brdička Miroslav, Samek Ladislav, Sopko Bruno: Mechanika Kontinua
2. LEWIS, R.I: Vortex element methods for fluid dynamic analysis of engineering systems, , 0
3. Hydraulické stroje: Hydraulické stroje, , 0
4. NECHLEBA, M.: Vodní turbíny, , 0
Literatura - doporučená:
1. Brdička Miroslav, Samek Ladislav, Sopko Bruno: Mechanika Kontinua
2. FLEISCHNER, P.: Vybrané statě z mechaniky tekutin, , 0
3. ŠOB, F.: Hydromechanika, , 0
4. NECHLEBA, M.: Vodní turbíny I., , 0
Zařazení předmětu ve studijních programech:
Program Forma Obor Spec. Typ ukončení   Kredity     Povinnost     St.     Roč.     Semestr  
M2I-P prezenční studium M-FLI Fluidní inženýrství -- zá,zk 6 Povinný 2 1 L
M2I-P prezenční studium M-FLI Fluidní inženýrství P pro absolventy B-EPP zá,zk 6 Povinný 2 1 L