Multifyzikální simulace v automobilovém průmyslu (FSI-QMO)

Cílem je poskytnout základní vědomosti v problematice multifyzikálních simulací s využitím výpočtové dynamiky tekutin (CFD), které jsou aplikovány při vývoji motorových vozidel a pohonných jednotek. Cílem je rovněž získání v praxi využitelných poznatků v oblastech externí aerodynamicky vozidel, vnitřní aerodynamiky rotačních strojů, mazání hydrodynamických a valivých ložisek nebo těsnění pracovních prostorů rotačních strojů.

Student získá schopnosti praktické aplikace moderních metod podloženou znalostí nezbytných teoretických principů. Tyto schopnosti student uplatní při vývoji motorových vozidel v oblastech jako jsou aerodynamika vozidel, proudění tekutin a přenosu tepla v rotačních strojích nebo mazání pohonných jednotek.

Znalosti matematiky vyučované v bakalářském studiu a nezbytně zahrnující lineární algebru (matice, determinanty, soustavy lineárních rovnic), diferenciální a integrální počet a diferenciální rovnice.

Znalosti základních principů hydrodynamiky a termodynamiky vyučované v bakalářském studiu.

Předmět studentům poskytne přehled o soudobých výpočtových simulacích proudění tekutin a jejich interakcích s pevnými tělesy využívaných při vývoji dopravních prostředků. V rámci předmětu jsou představeny popisy hlavních fyzikálních dějů se zaměřením na vzájemné interakce. Upřednostněny jsou v praxi využitelné poznatky zahrnující mazání a výpočtovou dynamiku tekutin (CFD). Důraz je kladen na praktické využití simulací v rámci komerčních programů. Výpočtové simulace jsou aplikovány na typické úlohy vyskytující se v automobilovém průmyslu, jako jsou interakce komponent pohonných jednotek prostřednictvím ložisek, obtékání karoserie vozidel nebo interakce lopatek turbodmychadel s proudící tekutinou.

Předmět je vyučován formou přednášek, které mají charakter výkladu základních principů a teorie dané disciplíny. Cvičení je zaměřeno na praktické zvládnutí látky předem probrané na přednáškách.

Zápočet je podmíněn aktivní účastí ve cvičeních, řádným vypracováním semestrální práce a splněním podmínek při kontrolních testech. Závěrečná zkouška ověřuje znalosti získané při přednáškách, cvičeních a při samostudiu podpůrných zdrojů informací. Zkouška a je rozdělena do písemné teoretické části, písemné výpočtové části zahrnující řešení problémů mazání, proudění tekutin nebo přestupu tepla, a do části ústní. Zkouška zohledňuje práci studenta ve cvičení. Student musí pro úspěšné splnění zkoušky dosáhnout nadpoloviční počet bodů z celkového počtu bodů. Ústní zkouška může ověřit znalosti studenta v dané problematice a ovlivnit výsledné hodnocení.

Cvičení jsou povinná, forma nahrazení zameškané výuky je řešena individuálně s cvičícím nebo s garantem předmětu. Přednášky jsou nepovinné, avšak silně doporučené.

1. Základní pojmy v multifyzikálních simulacích


2. Pokročilé metody diskretizace objemů


3. Základy popisu proudění s využitím výpočtové dynamiky tekutin (CFD)


4. Modelování domény a okrajových podmínek při proudění tekutin pomocí CFD


5. Numerické řešení transportních rovnic v CFD


6. Modelování turbulentního proudění


7. Modelování přenosu tepla a neustáleného turbulentního proudění


8. Modelování neustáleného turbulentního proudění tekutin pomocí CFD


9. Popis mazání komponent


10. Modelování hydrodynamického mazání


11. Modelování elastohydrodynamického a smíšeného mazání


12. Dynamika plynů v těsnění rotačních strojů


13. Vybrané problémy při řešení multifyzikálních úloh

1. Představení nástrojů pro aplikaci CFD


2. Aplikace metod diskretizace těles a oblastí


3. Aplikace metod diskretizace oblastí pro CFD simulace


4. Pokračování aplikace metod diskretizace oblastí pro CFD simulace


5. Základy aplikace nástrojů pro CFD


6. Simulace vybrané části turbodmychadla


7. Simulace proudění v kompresoru turbodmychadla


8. Simulace a analýza mazání komponent


9. Simulace proudění oleje v mazací soustavě


10. Simulace a analýza externí aerodynamiky části vozidla


11. Simulace externí aerodynamiky vozidla


12. Simulace proudění plynu skrze tenkou mezeru


13. Zápočtový test formou praktické aplikace CFD nástroje

NGUYEN-SCHÄFER, Hung. Rotordynamics of Automotive Turbochargers. Second Edition. Ludwigsburg, Germany: Springer, 2015. ISBN 978-3-319-17643-7.