Detail předmětu
Modelování přenosu tepla a proudění
FSI-ITM Ak. rok: 2021/2022 Letní semestr
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).
Jazyk výuky
čeština
Počet kreditů
5
Garant předmětu
Zajišťuje ústav
Výsledky učení předmětu
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.
Plánované vzdělávací činnosti a výukové metody
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.
Učební cíle
Seznámit studenty se základy počítačového modelování proudění a přenosu
tepla jak po teoretické, tak po praktické stránce.
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.
Použití předmětu ve studijních plánech
Program N-IMB-P: Inženýrská mechanika a biomechanika, magisterský navazující
specializace BIO: Biomechanika, povinně volitelný
Program N-IMB-P: Inženýrská mechanika a biomechanika, magisterský navazující
specializace IME: Inženýrská mechanika, povinně volitelný
Program N-ETI-P: Energetické a termofluidní inženýrství, magisterský navazující
specializace TEP: Technika prostředí, povinný
Typ (způsob) výuky
Přednáška
26 hod., nepovinná
Vyučující / Lektor
Osnova
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
26 hod., povinná
Vyučující / Lektor
Osnova
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.