Pokročilé termofluidní modelování (FSI-IMT)

Akademický rok 2022/2023
Garant: doc. Ing. Jaroslav Katolický, Ph.D.  
Garantující pracoviště: EÚ všechny předměty garantované tímto pracovištěm
Jazyk výuky: čeština
Cíle předmětu:
Prohloubení teoretických i praktických znalostí a dovedností z oblasti
počítačového modelování proudění a přenosu tepla s ohledem na jejich
případné využití při zpracování DP.
Výstupy studia a kompetence:
Teoretické základy počítačového modelování komplexních problémů proudění
a přenosu tepla (modely turbulence, dvoufázové proudění, radiace).
Prohloubení a rozšíření znalostí práce s CFD-programem Star-CCM+
(zpracování a úpravy složitých modelů, nestrukturované sítě, různé druhy
výstupů, vizualizace).
Prerekvizity:
Teoretické základy přenosu tepla, termomechaniky a mechaniky tekutin. Základy počítačového modelování proudění a přenosu tepla (diskretizační metody, zpracování nestacionárních úloh, konvektivně-difúzní úlohy, algoritmy řešení proudového pole).
Obsah předmětu (anotace):
Teoretická část (přednášky):
- Modelování turbulence. Časově středované proudění. Turbulentní difuzivita (viskozita a tepelná vodivost), modely pro její určení. Pokročilé modely turbulence.
- Vícefázové proudění
- Pohyblivé domény
- Modelování tepelné a solární radiace.
- Makra a automatizace úkonů v programu Star-CCM+.

Praktická část (cvičení):
Řešení komplexních úloh proudění a přenosu tepla programem Star-CCM+ (3-D úlohy, radiace a sluneční záření, vícefázové proudění).
Metody vyučování:
Předmět je vyučován formou práce na počítačích, vybavených softwarem vhodným pro řešení problému v oblasti výpočetní mechaniky tekutin.
Způsob a kritéria hodnocení:
Pro udělení klasifikovaného zápočtu 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 × 1 hod. povinná                  
Osnova:
    Přednáška 1. Základní postupy při numerické simulaci CFD
2. Numerická simulace turbulentního proudění. Základní přístupy.
3. Střední veličiny turbulentního proudění. Reynoldsovy rovnice.
4. Modely s turbulentní vazkostí. Boussinesqova hypotéza.
5. Algebraické modely turbulence. Jedno- a dvourovnicové modely.
6. Okrajové podmínky pro turbulentní proudění. Vlastnosti turbulentní mezní vrstvy.
7. Reynolds-Stress modely. Metoda velkých vírů (LES).
8. Vícefázové proudění.
9. Metody simulování vícefázového proudění (Euler/Lagrange přístup).
10. Numerické simulace s pohyblivou doménou
11. Numerické řešení tepelné radiace.
12. Modelování slunečního záření.
13. Automatizace úkonů v programu Star-CCM+.
    Cvičení s počítačovou podporou 1. Základní postupy při numerické simulaci CFD - Test vlivu nezávislosti sítě na řešení numerické simulace.
2. Numerická simulace turbulentního proudění - Výpočet proudění ve zúženém potrubí, porovnání s výsledky experimentu.
3. Vícefázové proudění (Lagrangeovský přístup) - Transport a depozice aerosolů v dýchacím ústrojí.
4. Vícefázové proudění (Eulerovský přístup) - Simulace vodní hladiny metodou VOF.
5. Numerické simulace s pohyblivou doménou - Výpočet proudění uvnitř ventilátoru.
6. Numerické řešení tepelné radiace - Výpočet teploty uvnitř automobilu za podmínky letního provozu klimatizace.
7. Automatizace úkonů v programu Star-CCM+ - Definice okrajové podmínky pomocí uživatelské funkce.
Literatura - základní:
1. VERSTEEG, H K a W MALALASEKERA. An Introduction to Computational Fluid Dynamics: The Finite Volume Method. 2. vyd. B.m.: Pearson Education Limited, 2005. ISBN 978-0-13-127498-3.
2. TU, Jiyuan, Guan Heng YEOH a Chaoqun LIU. Computational Fluid Dynamics: A Practical Approach. B.m.: Butterworth-Heinemann, 2007. ISBN 9780080556857.
3. WILCOX, David C. Turbulence modeling for CFD. 3rd vyd. B.m.: DCW Industries, 2006. ISBN 978-1928729082.
Zařazení předmětu ve studijních programech:
Program Forma Obor Spec. Typ ukončení   Kredity     Povinnost     St.     Roč.     Semestr  
CŽV prezenční studium CZV Základy strojního inženýrství -- zá,zk 4 Povinný 1 1 Z
N-ETI-P prezenční studium TEP Technika prostředí -- zá,zk 4 Povinný 2 2 Z