Týden: P - přednáška, C - cvičení
1. 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. Kritéria hodnocení kvality výpočetní sítě, typy mezních vrstev, adaptace sítě.
C.: Tvorba prostorové geometrie, import různých formátu (*.igs, *.stp) do prostředí programu DesignModeler, úprava geometrie. Tvorba 2D a 3D geometrie v programu DesignModeler (import a export do jiných software), úprava a editace geometrie.
3. P.: Numerické řešení diferenciální rovnice 1.řádu, integrální metoda, metoda konečných objemů, simple a simplec metody, interpolační schéma, konvergence (reziduály, uderrelax).
C.: Aplikace různých prvků na 3D geometrii, vyhodnocení kvality výpočetní sítě, počtu elementů, vytvoření různých typů mezních vrstev, export výpočetní sítě do prostředí programu ANSYS Fluent14. Vyhodnocení kvality sítě v programu ANSYS 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 matematického modelu, okrajových podmínek, fyzikálních vlastností médii, inicializace, řešení a vyhodnocení).
5. P.: Okrajové podmínky ve Fluentu, změna typu okrajových podmínek, zadávání profilů pro okrajové podmínky, metody výpočtu. Typy okrajových podmínek pro stlačitelné a nestlačitelné proudění. Laminární model proudění.
C.: Definice fyzikálních vlastnosti plynné příměsi (konstantní, funkční závislosti na teplotě, kinetická teorie plynu) a směsi, charakteristika pojmů: koncentrace, hmotnostní zlomek, objemový zlomek,…
6. P.: Turbulence, stlačitelné proudění, N-S rovnice, rovnice kontinuity, Reynoldsova rovnice a pravidla, časové středování, , 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 dané tloušťce, definování modelu, okrajových podmínek, numerická simulace a interpretace výsledků.
7. P.: Rovnice energie pro nestlačitelné a stlačitelné proudění, přestup tepla stěnou (tenká stěna), přestup tepla stěnou 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 programu Fluent.
C.: Laminární proudění vzduchu v osově symetrické 2D geometrii (trubka). Testování různých modelů turbulence a stěnových funkcí při výpočtu v osově symetrické oblasti (2D), adaptace sítě, vyhodnocení v programu ANSYS Fluent a 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 okrajové podmínky 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 plynných fázi, 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 se vzduchem – jednorovnicový, dvourovnicový model). CFD analýzy spalování kusového dřeva v krbových kamnech - prezentace postupu definování problematiky a vyhodnocení výsledků numerické simulace. Zadání individuální semestrální práce.
12. P.: Vícefázové proudění, charakteristika matematických modelů VOF, Mixture, Euler, definování jednotlivých fází, definice kavitace pomocí vícefázového matematického modelu, fyzikální vlastností fází.
C.: Tvorba výpočetní sítě semestrálního projektu, nastavení matematického modelu, numerická simulace. Aplikace proudění pevných částic v trojrozměrné oblasti, vliv gravitačního zrychlení, různé granulometrie, množství diskrétní fáze Prezentace výsledků řešení problematiky požáru uvnitř domku (definování zdrojových členu).
13. P.: Matematické přístupy spalování pevných paliv, problematika definování matematického modelu spalování kusového dřeva v krbových kamnech, matematické modelování nízkoteplotní oxidace uhlí.
C.: Pokračování v práci na individuální semestrální práci. Řešení problematiky spalování práškového uhlí v pádové trubce, vyhodnocení matematických přístupů a porovnání výsledků s experimentem.
14. P.: Prezentace semestrálních prací v Power-pointu
C.: Prezentace semestrálních prací, definování problému, metody výpočtu, prezentace výsledků zpracování semestrální práce do prezentace v Power-pointu, animace. Řešení problematiky nízkoteplotní oxidace uhlí v aplikaci a skládku uhlí ve volném terénu - vliv okrajových podmínek na průběh nízkoteplotní oxidace.
1. 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. Kritéria hodnocení kvality výpočetní sítě, typy mezních vrstev, adaptace sítě.
C.: Tvorba prostorové geometrie, import různých formátu (*.igs, *.stp) do prostředí programu DesignModeler, úprava geometrie. Tvorba 2D a 3D geometrie v programu DesignModeler (import a export do jiných software), úprava a editace geometrie.
3. P.: Numerické řešení diferenciální rovnice 1.řádu, integrální metoda, metoda konečných objemů, simple a simplec metody, interpolační schéma, konvergence (reziduály, uderrelax).
C.: Aplikace různých prvků na 3D geometrii, vyhodnocení kvality výpočetní sítě, počtu elementů, vytvoření různých typů mezních vrstev, export výpočetní sítě do prostředí programu ANSYS Fluent14. Vyhodnocení kvality sítě v programu ANSYS 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 matematického modelu, okrajových podmínek, fyzikálních vlastností médii, inicializace, řešení a vyhodnocení).
5. P.: Okrajové podmínky ve Fluentu, změna typu okrajových podmínek, zadávání profilů pro okrajové podmínky, metody výpočtu. Typy okrajových podmínek pro stlačitelné a nestlačitelné proudění. Laminární model proudění.
C.: Definice fyzikálních vlastnosti plynné příměsi (konstantní, funkční závislosti na teplotě, kinetická teorie plynu) a směsi, charakteristika pojmů: koncentrace, hmotnostní zlomek, objemový zlomek,…
6. P.: Turbulence, stlačitelné proudění, N-S rovnice, rovnice kontinuity, Reynoldsova rovnice a pravidla, časové středování, , 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 dané tloušťce, definování modelu, okrajových podmínek, numerická simulace a interpretace výsledků.
7. P.: Rovnice energie pro nestlačitelné a stlačitelné proudění, přestup tepla stěnou (tenká stěna), přestup tepla stěnou 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 programu Fluent.
C.: Laminární proudění vzduchu v osově symetrické 2D geometrii (trubka). Testování různých modelů turbulence a stěnových funkcí při výpočtu v osově symetrické oblasti (2D), adaptace sítě, vyhodnocení v programu ANSYS Fluent a 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 okrajové podmínky 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 plynných fázi, 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 se vzduchem – jednorovnicový, dvourovnicový model). CFD analýzy spalování kusového dřeva v krbových kamnech - prezentace postupu definování problematiky a vyhodnocení výsledků numerické simulace. Zadání individuální semestrální práce.
12. P.: Vícefázové proudění, charakteristika matematických modelů VOF, Mixture, Euler, definování jednotlivých fází, definice kavitace pomocí vícefázového matematického modelu, fyzikální vlastností fází.
C.: Tvorba výpočetní sítě semestrálního projektu, nastavení matematického modelu, numerická simulace. Aplikace proudění pevných částic v trojrozměrné oblasti, vliv gravitačního zrychlení, různé granulometrie, množství diskrétní fáze Prezentace výsledků řešení problematiky požáru uvnitř domku (definování zdrojových členu).
13. P.: Matematické přístupy spalování pevných paliv, problematika definování matematického modelu spalování kusového dřeva v krbových kamnech, matematické modelování nízkoteplotní oxidace uhlí.
C.: Pokračování v práci na individuální semestrální práci. Řešení problematiky spalování práškového uhlí v pádové trubce, vyhodnocení matematických přístupů a porovnání výsledků s experimentem.
14. P.: Prezentace semestrálních prací v Power-pointu
C.: Prezentace semestrálních prací, definování problému, metody výpočtu, prezentace výsledků zpracování semestrální práce do prezentace v Power-pointu, animace. Řešení problematiky nízkoteplotní oxidace uhlí v aplikaci a skládku uhlí ve volném terénu - vliv okrajových podmínek na průběh nízkoteplotní oxidace.