Drukuj Eksport do pliku (MS Word)
Nazwa przedmiotu:
Modelowanie komputerowe przepływów turbulentnych
Koordynator przedmiotu:
dr inż. Sławomir Kubacki
Status przedmiotu:
Fakultatywny ograniczonego wyboru
Poziom kształcenia:
Studia II stopnia
Program:
Mechanika i Budowa Maszyn
Grupa przedmiotów:
Obieralne
Kod przedmiotu:
NS747
Semestr nominalny:
2 / rok ak. 2013/2014
Liczba punktów ECTS:
3
Liczba godzin pracy studenta związanych z osiągnięciem efektów uczenia się:
1. Liczba godzin kontaktowych: 50, w tym a) wykład – 30 godz. b) ćwiczenia laboratoryjne – 15 godz. c) konsultacje – 5 godz. 2. Praca własna studenta: 25 godziny, w tym a) 2 godz. – przygotowanie sprawozdań z wybranych zajęć laboratoryjnych b) 15 godz. – realizacja indywidualnego zadania badawczego dotyczącego modelowania przepływów turbulentnych i przygotowanie raportu c) 8 godz. – przygotowanie się studenta do kolokwium z wykładu
Liczba punktów ECTS na zajęciach wymagających bezpośredniego udziału nauczycieli akademickich:
1.5 punktów ECTS – 35 godz., w tym a) uczestnictwo w wykładach – 30 godz. b) konsultacje – 5 godz.
Język prowadzenia zajęć:
polski
Liczba punktów ECTS, którą student uzyskuje w ramach zajęć o charakterze praktycznym:
1.5 punktów ECTS – 40 godz., w tym a) udział w ćwiczeniach laboratoryjnych – 15 godz. b) przygotowanie sprawozdań z wybranych zajęć laboratoryjnych – 2 godz. c) realizacja indywidualnego zadania badawczego i przygotowanie raportu - 15 godz. d) przygotowanie się do kolokwium z wykładu – 8 godz.
Formy zajęć i ich wymiar w semestrze:
  • Wykład30h
  • Ćwiczenia0h
  • Laboratorium15h
  • Projekt0h
  • Lekcje komputerowe0h
Wymagania wstępne:
Dobra znajomość równań opisujących ruch ośrodka ciągłego oraz równań opisujących proces wymiany ciepła, znajomość podstawowych schematów dyskretyzacji równań, podstaw algebry liniowej oraz znajomość zasad programowania w języku C w zakresie kursów prowadzonych na studiach pierwszego stopnia uczelni technicznych.
Limit liczby studentów:
150
Cel przedmiotu:
Nauczenie podstawowych technik uśredniania równań zachowania masy i pędu (uśrednianie w przestrzeni i uśrednianie Reynoldsa); nauczenie podstawowych technik modelowania zjawisk podsiatkowych w symulacjach przepływów turbulentnych; przekazanie wiedzy w zakresie modelowania zjawisk turbulentnych i modelowania procesu wymiany ciepła oraz domknięcia nieznanych składników równań dla metod opartych na uśrednianiu w czasie; nauczenie poprawnej interpretacji i analizy wyników symulacji numerycznych oraz poprawnego sporządzania raportów z wykonanych zadań.
Treści kształcenia:
Treści merytoryczne przedmiotu: 1. Podstawowe techniki modelowania przepływów turbulentnych. 2. Uśrednianie równań zachowania masy i pędu w przestrzeni. 3. Widmowa gęstość energii, kaskadowy proces transportu energii (koncepcja Richardsona), skale dyssypatywne Kołmogorowa i całkowa skala długości turbulentnej. 4. Podstawowe modele podsiatkowe stosowane w symulacji przepływów turbulentnych (metoda Symulacji Wielkich Wirów). 5. Wymagania dotyczące rozdzielczości siatki obliczeniowej w symulacjach przepływów turbulentnych. 6. Uśrednienie równań zachowania masy pędu i energii w czasie dla płynów nieściśliwych i uśrednianie Favre dla płynów ściśliwych. 7. Równania transportu składowych tensora naprężeń turbulentnych, równanie transportu energii kinetycznej turbulencji i prędkości dyssypacji i sposoby domknięcia nieznanych składników tych równań. 8. Hipoteza Boussinesq, definicja lepkości wirowej, podstawowe modele turbulencji i zakres stosowalności tych modeli. 9. Modelowanie procesu turbulentnej wymiany pędu w pobliżu ściany. 10. Uogólnione momenty centralne i równanie transportu uogólnionych momentów centralnych. 11. Podstawowe techniki hybrydyzacji metody Symulacji Wielkich Wirów i metod opartych na uśrednianiu w czasie oraz koszt symulacji przepływów turbulentnych z wykorzystaniem metod hybrydowych. 12. Metody dyskretyzacji członów konwekcyjnych w równaniach pędu. 13. Sposoby generacji syntetycznej turbulencji na wlotach do obszarów obliczeniowych dla metody symulacji wielkich wirów. 14. Nadprodukcja naprężeń turbulentnych w punktach stagnacji i sposoby jej ograniczenia.
Metody oceny:
a) Raporty z wybranych ćwiczeń laboratoryjnych sprawdzające poprawność interpretacji uzyskanych wyników symulacji numerycznych oraz poprawność formułowania wniosków. b) Raport z zadania badawczego (projekt) dotyczącego modelowania wybranego typu przepływu turbulentnego. c) Kolokwium z wykładu obejmujące całość wyłożonego materiału dotyczącego modelowania przepływów turbulentnych.
Egzamin:
nie
Literatura:
Zalecana literatura: 1. Materiały dostarczone przez wykładowcę (slajdy opracowane w programie Power Point) i instrukcje do ćwiczeń laboratoryjnych 2. D.C. Wilcox, Turbulence Modelling for CFD. DCW Industries, Inc. 2006. 3. S.B. Pope, Turbulent Flows, Cambridge University Press, 2000. 4. P.A. Durbin I B.A. Pettersson Reif, John Wiley & Sons Ltd, The Atrium, Southern Gate, Chichester, West Sussex, England,2003. 5. L. Davidson, Using isotropic synthetic fluctuations as inlet boundary conditions for unsteady simulations. Advances and Applications in Fluid Mechanics, 1(1):1–35, 2007 6. S.S. Girimaji, Partially-Averaged Navier-Stokes model for turbulence: a Reynolds-Averaged Navier-Stokes to Direct Numerical Simulation bridging method, Journal of Applied Mechanics, Vol. 73, pp. 413-421, 2006. 7. F.R. Menter, Two-Equation Eddy-Viscosity Turbulence Models for Engineering Applications. AIAA J., 32(8):1598-1605, 1994.
Witryna www przedmiotu:
strona internatowa Zakładu Aerodynamiki, wydziału MEiL, Politechniki Warszawskiej
Uwagi:
-

Efekty uczenia się

Profil ogólnoakademicki - wiedza

Efekt NS747_W1
Zna techniki uśredniania równań zachowania masy i pędu.
Weryfikacja: kolokwium z wykładu
Powiązane efekty kierunkowe: MiBM2_W03
Powiązane efekty obszarowe: T2A_W03, T2A_W07
Efekt NS747_W2
Ma podstawową wiedzę w zakresie modelowania turbulentnej wymiany pędu i procesu wymiany ciepła stosując klasyczne modele turbulencji.
Weryfikacja: kolokwium z wykładu
Powiązane efekty kierunkowe: MiBM2_W08
Powiązane efekty obszarowe: T2A_W04, T2A_W05, T2A_W07
Efekt NS747_W3
Ma podstawą wiedzę w zakresie modelowania zjawisk podsiatkowych w obliczeniach przepływów turbulentnych stosując metodę symulacji wielkich wirów.
Weryfikacja: kolokwium z wykładu
Powiązane efekty kierunkowe: MiBM2_W01
Powiązane efekty obszarowe: T2A_W01, T2A_W07

Profil ogólnoakademicki - umiejętności

Efekt NS747_U1
Potrafi zastosować odpowiedni sposób domknięcia uśrednionych równań zachowania pędu i równań transportu wybranych wielkości turbulentnych stosując klasyczne techniki modelowania turbulencji.
Weryfikacja: kolokwium z wykładu
Powiązane efekty kierunkowe: MiBM2_U10
Powiązane efekty obszarowe: T2A_U08, T2A_U09
Efekt NS747_U2
Potrafi interpretować i analizować uzyskane wyniki symulacji numerycznej przepływu turbulentnego, poprzez ich porównanie z wynikami publikowanymi w czasopismach naukowych lub w bazach danych.
Weryfikacja: raport z zadania badawczego
Powiązane efekty kierunkowe: MiBM2_U01
Powiązane efekty obszarowe: T2A_U01
Efekt NS747_U3
Potrafi sporządzić dobrze udokumentowany raport z wykonanych zadań badawczych dotyczących modelowania przepływu turbulentnego.
Weryfikacja: raport z zadania badawczego, raporty z ćwiczeń laboratoryjnych
Powiązane efekty kierunkowe: MiBM2_U03
Powiązane efekty obszarowe: T2A_U03
Efekt NS747_U4
Potrafi ocenić jakość wykorzystywanych metod modelowania zjawisk turbulentnych i jakość zastosowanych procedur domknięcia wybranych składników równań różniczkowych poprzez porównanie uzyskanych wyników obliczeń z danymi eksperymentalnymi.
Weryfikacja: raport z zadania badawczego, raporty z ćwiczeń laboratoryjnych
Powiązane efekty kierunkowe: MiBM2_U22
Powiązane efekty obszarowe: T2A_U18
Efekt NS747_U5
Potrafi na podstawie przedłożonych wytycznych w sposób poprawny zrealizować symulacje numeryczne przepływu turbulentnego stosując klasyczne techniki modelowania zjawiska turbulencji.
Weryfikacja: raporty z zajęć laboratoryjnych
Powiązane efekty kierunkowe: MiBM2_U13
Powiązane efekty obszarowe: T2A_U08, T2A_U09