Praktické aplikace CFD (FSI-K20)

Akademický rok 2023/2024
Garant: doc. Ing. Vojtěch Turek, Ph.D.  
Garantující pracoviště: ÚPI všechny předměty garantované tímto pracovištěm
Jazyk výuky: čeština
Cíle předmětu:
Cílem předmětu je získání praktických zkušeností s řešením úloh, které jsou typické pro průmyslové využití CFD.
Výstupy studia a kompetence:
Studenti se seznámí s celkovým procesem nastavení a řešení úloh proudění pomocí komerčního softwaru ANSYS Fluent. Dozvědí se o metodách a postupech tvorby geometrie, tvorby výpočetních sítí, se zadáváním okrajových podmínek a volbou jednotlivých modelů pro účely CFD výpočtů. Získají zkušenosti s výpočtovým modelováním úloh z inženýrské praxe včetně přesahů do oblasti multifyzikálních úloh.
Prerekvizity:

Doporučuje se absolvování kurzu „Počítačové modelování proudění tekutin (KPT)“.
Obsah předmětu (anotace):
Předmět poskytuje seznámení s použitím komerčního softwaru pro CFD výpočty a stručný úvod k řešení výpočtových úloh z inženýrské praxe. Studenti se ve výuce seznámí s tvorbou geometrie a výpočetní sítě, způsoby nastavování okrajových podmínek, volbou vhodných výpočetních modelů, dále s nastavením parametrů výpočtu, se způsoby monitorování běžícího výpočtu a s vyhodnocováním výsledků simulace. Řešené úlohy zahrnují 2D a 3D geometrii, proudění, přestup tepla a nestacionární výpočty. Výuka probíhá v počítačové učebně a podstatnou součástí výuky je samostatná práce na praktických úlohách. Studenti se naučí používat nástroje programu ANSYS, jmenovitě SpaceClaim pro modelování geometrie, ANSYS Meshing a Fluent Meshing pro tvorbu sítě, ANSYS Fluent pro vlastní řešení proudění a CFD-Post pro vyhodnocení výsledků.
Metody vyučování:
Předmět je vyučován formou cvičení, které je zaměřeno na praktické zvládnutí látky.
Způsob a kritéria hodnocení:
Zápočet se uděluje za zpracování technické zprávy o řešení vybrané výpočtové úlohy. Zpráva musí obsahovat popis řešeného problému, souhrn použitých metod a postupu řešení (včetně nastavení okrajových podmínek), shrnutí a rozbor výsledků v grafické a alfanumerické podobě.
Vymezení kontrolované výuky a způsob jejího provádění a formy nahrazování zameškané výuky:
Podmínkou udělení zápočtu je pravidelná účast ve výuce, čímž se rozumí účast alespoň ve dvou třetinách hodin (9 cvičení z celkových 13).
Typ (způsob) výuky:
    Cvičení s počítačovou podporou  13 × 3 hod. povinná                  
Osnova:
    Cvičení s počítačovou podporou 1. Tvorba geometrie a tvorba sítě pro 2D úlohy.
2. Nastavování okrajových podmínek a volba základních modelů pro 2D výpočet proudění (laminární i turbulentní proudění), provedení výpočtu a vyhodnocení výsledků.
3. Tvorba geometrie a tvorba sítě pro 3D úlohy.
4. Nastavování okrajových podmínek a modelů pro 3D úlohy, výpočet a vyhodnocení.
5. Zadání projektu – výpočet 3D trubkového výměníku tepla, pokročilé úpravy geometrie pro účely CFD.
6. Příprava sítě pro výpočet 3D trubkového výměníku tepla.
7. Nastavení a výpočet proudění s přestupem tepla ve 3D trubkovém výměníku tepla.
8. Příprava geometrie a tvorba sítě pro 2D úlohu nestacionárního proudění při obtékání válce.
9. Řešení nestacionárního turbulentního proudění, simulace vzniku Kármánovy vírové stezky při obtékání válce.
10. Vyhodnocování výsledků nestacionárního proudění obtékání válce, frekvenční analýza.
11. Parametrizace úloh, optimalizace řešení pro CFD výpočty.
12. Interakce proudění a pevných těles (FSI) – nastavení a přenos dat mezi ANSYS Fluent a ANSYS Mechanical.
13. Shrnutí probíraných poznatků, závěrečný přehled doporučených modelů pro inženýrské aplikace v CFD analýze.
Literatura - základní:
1. Leschziner, M.: Statistical Turbulence Modelling for Fluid Dynamics – Demystified: An Introductory Text for Graduate Engineering Students. Imperial College Press, London, UK (2015)
2. Wilcox, D. C.: Turbulence Modeling for CFD, 3rd ed. DCW Industries, Inc., La Cañada, CA, USA (2006)
3. Menter, F. R.; Lechner, R.; Matyushenko, A.: Best Practice: RANS Turbulence Modeling in Ansys CFD. ANSYS, Inc., Canonsburg, PA, USA (2022)
Literatura - doporučená:
1. Versteeg, H. K.; Malalasekera, W.: An Introduction to Computational Fluid Dynamics: The Finite Volume Method, 2nd ed. Pearson Education Ltd., Harlow, UK (2007)
2. Dahlquist, G.; Björck, Å.: Numerical Methods. Dover Publications, Mineola, NY, USA (2003)
Zařazení předmětu ve studijních programech:
Program Forma Obor Spec. Typ ukončení   Kredity     Povinnost     St.     Roč.     Semestr  
N-PRI-P prezenční studium --- bez specializace -- zá 3 Povinně volitelný 2 2 Z