Modelování přenosu tepla a proudění (FSI-ITM)

Akademický rok 2021/2022
Garant: doc. Ing. Jaroslav Katolický, Ph.D.  
Garantující pracoviště: EÚ všechny předměty garantované tímto pracovištěm
Jazyk výuky: čeština
Cíle předmětu:
Seznámit studenty se základy počítačového modelování proudění a přenosu
tepla jak po teoretické, tak po praktické stránce.
Výstupy studia a kompetence:
Teoretické základy počítačového modelování proudění a přenosu tepla
(diskretizační metody, zpracování nestacionárních úloh, konvektivně-
difúzní úlohy, algoritmy řešení proudového pole).
Praktické znalosti základů práce s CFD-programy (vytvoření modelu,
diskretizace oblasti, zadání okrajových podmínek, řízení výpočtu,
zpracování výsledků).
Prerekvizity:
Teoretické základy přenosu tepla, termomechaniky a mechaniky tekutin.
Obsah předmětu (anotace):
Teoretická část (přednášky):
Základy počítačového modelování. Přenos tepla vedením v jedno- a dvourozměrových souřadných systémech. Diskretizační metoda kontrolních objemů. Linearizace zdrojů, okrajové podmínky, řešení soustavy algebraických rovnic (algoritmus TDMA). Výpočtová schémata pro
nestacionární vedení tepla. Rovnice vazkého laminárního proudění, obecná transportní rovnice. Diskretizace úloh konvektivně-difúzního typu.
Algoritmus řešení rychlostního a tlakového pole.
Praktická část (cvičení):
Práce s CFD-programem StarCD (stacionární 2-D proudění s přenosem tepla, přirozená konvekce, nestacionární úlohy).
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:
Pro udělení klasifikovaného zápočetu je nutné zpracovat semestrální projekt.
Vymezení kontrolované výuky a způsob jejího provádění a formy nahrazování zameškané výuky:
Účast na cvičení je povinná. Neúčast může být nahrazena cvičením s jinou skupinou nebo zpracováním zadaného úkolu dle pokynů cvičícího.
Typ (způsob) výuky:
    Přednáška  13 × 2 hod. nepovinná                  
    Cvičení s počítačovou podporou  13 × 2 hod. povinná                  
Osnova:
    Přednáška 1. Obsah a cíle počítačového (numerického) modelování.
2. Metody numerického modelování. Metoda konečných diferencí (sítí).
3. Metoda konečných (kontrolních) objemů (MKO). Aplikace MKO na úlohu
vedení tepla.
4. Stacionární 2-D vedení tepla. Základní pravidla pro tvorbu
diskretizačních rovnic.
5. Linearizace zdrojového členu. Tepelná vodivost na hranici KO.
6. Zpracování okrajových podmínek. Způsoby diskretizace oblasti. Jiné
souřadné systémy.
7. Řešení soustavy diskretizačních rovnic. Řešič pro 1-D úlohy. TDMA-
algoritmus.
8. Řešiče pro vícerozměrné úlohy. Iterativní metody. Bodová Jacobiho a
Gauss-Seidelova metoda. Liniová Gauss-Seidelova metoda.
9. Konvergence řešení. Reziduum. Horní a dolní relaxace. Bloková korekce.
10.Nestacionární problémy. Jednosměrné souřadnice. Nestacionární vedení.
tepla. Explicitní, implicitní, Crank-Nicholsonovo schéma.
11.Numerické řešení proudění. Rovnice laminárního proudění. Obecná
transportní rovnice.
12.Diskretizace konvekčně-difúzního problému. Exaktní řešení.
Diskretizační schémata.
13.Řešení proudového pole. Přesazené sítě.
14.Algoritmus SIMPLE a SIMPLER.
    Cvičení s počítačovou podporou 1. Seznámení s prostředím operačního systému Unix a programu Star-CD.
2. Filozofie tvorby výpočtového modelu.
3. Definice okrajových podmínek a termofyzikálních vlastností.
4. Řešení přirozené konvekce. Zpracování a analýza výsledků.
5. Zadání a zpracování nestacionárních úloh.
6. Zadání semestrální práce.
7. Zpracování semestrální práce.
Literatura - základní:
1. S. V. Patankar: Numerical Heat Transfer and Fluid Flow, , 0
2. S. V. Patankar: Computation of Conduction and Duct Flow Heat Transfer, , 0
3. H.K.Verseeg, W.Malalasekera: An introduction to computational fluid dynamics. The finite volume method
Literatura - doporučená:
1. M. Jícha: Počítačové modelování úloh vedení tepla a proudění, , 0
Zařazení předmětu ve studijních programech:
Program Forma Obor Spec. Typ ukončení   Kredity     Povinnost     St.     Roč.     Semestr  
N-ETI-P prezenční studium TEP Technika prostředí -- kl 5 Povinný 2 1 L
N-IMB-P prezenční studium BIO Biomechanika -- kl 5 Povinně volitelný 2 2 L
N-IMB-P prezenční studium IME Inženýrská mechanika -- kl 5 Povinně volitelný 2 2 L