Předmět 3D proudění (3Dpro)

Na serveru studentino.cz naleznete nejrůznější studijní materiály: zápisky z přednášek nebo cvičení, vzorové testy, seminární práce, domácí úkoly a další z předmětu 3Dpro - 3D proudění, Vysoká škola báňská - Technická univerzita Ostrava (VŠB-TU).

Materiál	Typ	Datum	Počet stažení

Cíl

Studenti se seznámí s fyzikálním významem turbulence při proudění skutečných tekutin v obecné trojrozměrné geometrii.Podrobně se seznámí s návrhem a tvorbou výpočetní geometrie a sítě v programech DesignModeler a ANSYS Meshing vprostředí ANSYS. Pomocí numerické simulace se naučí navrhnout a definovat matematický model pro řešení úloh vícefázovéhoproudění, proudění příměsí s chemickými reakcemi včetně přestupu tepla, radiace a časově závislých úloh. Dále sesetkají s problematikou proudění pevných částic ve formě diskrétní fáze a řešením problematiky výměníku tepla.

Osnova

Týden: P - přednáška, C - cvičení1. P.: Programové prostředí software DesignModeler. Vytváření 2D a 3D geometrie (formáty importovaných souborů).C.: Vyhledáváni informací o CFD na internetovských adresách (www.ansys.com, http://www.ansys.com/Products/Simulation+Technology/Fluid+Dynamics).Prezentace výsledků CFD analýzy problematiky spalování paliv na základě prezentovaných prací publikovaných na internetu.Základní nabídky a roletové menu programu DesignModeler.2. P.: Představení programu na tvorbu výpočetní sítě (ANSYS Meshing), metody síťování, 2D a 3D elementy. Kritériahodnocení kvality výpočetní sítě, typy mezních vrstev, adaptace sítě.C.: Tvorba prostorové geometrie, import různých formátu (*.igs, *.stp) do prostředí programu DesignModeler, úpravageometrie. Tvorba 2D a 3D geometrie v programu DesignModeler (import a export do jiných software), úprava a editacegeometrie.3. P.: Numerické řešení diferenciální rovnice 1.řádu, integrální metoda, metoda konečných objemů, simple a simplecmetody, interpolační schéma, konvergence (reziduály, uderrelax).C.: Aplikace různých prvků na 3D geometrii, vyhodnocení kvality výpočetní sítě, počtu elementů, vytvoření různýchtypů mezních vrstev, export výpočetní sítě do prostředí programu ANSYS Fluent14. Vyhodnocení kvality sítě v programuANSYS Meshing.4. P.: Fyzikální vlastnosti, základní pojmy definice přenosu, přenos hmoty (Fickův zákon), přenos tepla kondukcí(Fourierův zákon), přenos hmoty a hybnosti (proudění), přenos tepla konvekcí a kondukcí. C.: Roletové menu programu ANSYS Fluent14, charakteristika základní filozofie numerické simulace (definování matematickéhomodelu, okrajových podmínek, fyzikálních vlastností médii, inicializace, řešení a vyhodnocení).5. P.: Okrajové podmínky ve Fluentu, změna typu okrajových podmínek, zadávání profilů pro okrajové podmínky, metodyvýpočtu. Typy okrajových podmínek pro stlačitelné a nestlačitelné proudění. Laminární model proudění.C.: Definice fyzikálních vlastnosti plynné příměsi (konstantní, funkční závislosti na teplotě, kinetická teorieplynu) a směsi, charakteristika pojmů: koncentrace, hmotnostní zlomek, objemový zlomek,…6. P.: Turbulence, stlačitelné proudění, N-S rovnice, rovnice kontinuity, Reynoldsova rovnice a pravidla, časovéstředování, , Boussinesqova hypotéza, dvourovnicový model turbulence (k-eps , RNG, RSM ,k-, Spalart-Almaras).C.: Příklad na Fickův zákon binární difuze (molekulový přenos hmoty) v oblasti nekonečně rozměrné desky o danétloušťce, definování modelu, okrajových podmínek, numerická simulace a interpretace výsledků.7. P.: Rovnice energie pro nestlačitelné a stlačitelné proudění, přestup tepla stěnou (tenká stěna), přestup teplastěnou skutečné tloušťky (SOLID), typy okrajových podmínek pro stěny, modelování v blízkosti stěny, stěnové funkce.C.: Příklad: testování různých typů okrajových podmínek s hlediska řešení přestupu tepla v tyči o různém materiálu.8. P.: Okrajové podmínky symetrie a periodické, fyzikální vlastnosti tekutin závislé na teplotě, definice v programuFluent.C.: Laminární proudění vzduchu v osově symetrické 2D geometrii (trubka). Testování různých modelů turbulence astěnových funkcí při výpočtu v osově symetrické oblasti (2D), adaptace sítě, vyhodnocení v programu ANSYS Fluenta EXCEL.9. P.: Transportní rovnice pro hmotnostní zlomky, definice difúzního toku a zdrojového členu vlivem chemické reakce,definice směsi a výpočet fyzikálních vlastností směsi.C.: Příklad na přestup tepla při laminárním proudění tekutiny v plynovém hořáku. Testování vlivu typu okrajovépodmínky stěny hořáku, změna tepelných okrajových podmínek pro stěny, vyhodnocení a porovnání.10. P.: Proudění plynů s chemickou reakcí a přestupem tepla a radiací, rovnice energie, modely spalování plynnýchfázi, definování kinetiky procesu spalování pomocí Arheniovy rovnice (pre-exponenciální faktor, aktivační energie).C.: Aplikace výpočtu proudění směsi plynů (metan, vzduch,…) v trojrozměrné geometrii (trubka, pohárkový hořák),definice složení směsi a hmotnostních zlomků na vstupní a výstupní okrajové podmínce, vyhodnocení v programu Fluent.11. P.: Proudění s pevnými částicemi a kapkami, trajektorie, definice diskrétní fáze, interakce se spojitou fázi,změna skupenství, matematické modelování problematiky spalování pevných částic (např. práškové uhlí).C.: Spalování metanu se vzduchem v laminárním režimu proudění v aplikaci na pohárkový hořák (spalování metanu sevzduchem – jednorovnicový, dvourovnicový model). CFD analýzy spalování kusového dřeva v krbových kamnech - prezentacepostupu definování problematiky a vyhodnocení výsledků numerické simulace. Zadání individuální semestrální práce.12. P.: Vícefázové proudění, charakteristika matematických modelů VOF, Mixture, Euler, definování jednotlivýchfází, definice kavitace pomocí vícefázového matematického modelu, fyzikální vlastností fází.C.: Tvorba výpočetní sítě semestrálního projektu, nastavení matematického modelu, numerická simulace. Aplikaceproudění pevných částic v trojrozměrné oblasti, vliv gravitačního zrychlení, různé granulometrie, množství diskrétnífáze Prezentace výsledků řešení problematiky požáru uvnitř domku (definování zdrojových členu).13. P.: Matematické přístupy spalování pevných paliv, problematika definování matematického modelu spalování kusovéhodřeva v krbových kamnech, matematické modelování nízkoteplotní oxidace uhlí.C.: Pokračování v práci na individuální semestrální práci. Řešení problematiky spalování práškového uhlí v pádovétrubce, vyhodnocení matematických přístupů a porovnání výsledků s experimentem.14. P.: Prezentace semestrálních prací v Power-pointuC.: Prezentace semestrálních prací, definování problému, metody výpočtu, prezentace výsledků zpracování semestrálnípráce do prezentace v Power-pointu, animace. Řešení problematiky nízkoteplotní oxidace uhlí v aplikaci a skládkuuhlí ve volném terénu - vliv okrajových podmínek na průběh nízkoteplotní oxidace.

Literatura

[1] BOJKO, M. 3D PROUDĚNÍ – ANSYS FLUENT učební text. Ostrava: VŠB-TU Ostrava, 2012. 314 s. ISBN 978-80-248-2607-3 .

Požadavky

Žádné

Garant

Ing. Marian Bojko, Ph.D.

Vyučující

Ing. Marian Bojko, Ph.D.prof. RNDr. Milada Kozubková, CSc.