Detail předmětu

Modelování přenosu tepla a proudění

FSI-ITMAk. rok: 2021/2022

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).

Garant předmětu

doc. Ing. Jaroslav Katolický, Ph.D.

Zajišťuje ústav

Energetický ústav (EÚ)

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.

Literatura

S. V. Patankar: Numerical Heat Transfer and Fluid Flow, , 0
M. Jícha: Počítačové modelování úloh vedení tepla a proudění, , 0
S. V. Patankar: Computation of Conduction and Duct Flow Heat Transfer, , 0
H.K.Verseeg, W.Malalasekera: An introduction to computational fluid dynamics. The finite volume method

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.

Jazyk výuky

čeština

Cíl

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.

Zařazení předmětu ve studijních plánech

  • Program N-ETI-P magisterský navazující

    specializace TEP , 1. ročník, letní semestr, 5 kreditů, povinný

  • Program N-IMB-P magisterský navazující

    specializace BIO , 2. ročník, letní semestr, 5 kreditů, povinně volitelný
    specializace IME , 2. ročník, letní semestr, 5 kreditů, povinně volitelný

Typ (způsob) výuky

 

Přednáška

26 hod., nepovinná

Vyučující / Lektor

Ing. Jakub Elcner, Ph.D.

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

Ing. Jakub Elcner, Ph.D.

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.