Politechnika
Warszawska

Katalog
ECTS

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 Projektowanie Maszyn

Grupa przedmiotów:

Obieralne

Kod przedmiotu:

ML.NS747

Semestr nominalny:

2 / rok ak. 2021/2022

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:

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:

1) Raporty z wybranych ćwiczeń laboratoryjnych sprawdzające poprawność interpretacji uzyskanych wyników symulacji numerycznych oraz poprawność formułowania wniosków. 2) Raport z zadania badawczego (projekt) dotyczącego modelowania wybranego typu przepływu turbulentnego. 3) 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 internetowa Zakładu Aerodynamiki, Wydziału MEiL, Politechniki Warszawskiej.

Uwagi:

-

Efekty uczenia się

Profil ogólnoakademicki - wiedza

Charakterystyka ML.NS747_W1

Zna techniki uśredniania równań zachowania masy i pędu.
Weryfikacja: Kolokwium z wykładu.
Powiązane charakterystyki kierunkowe: MiBM2_W03
Powiązane charakterystyki obszarowe:

Charakterystyka ML.NS747_W2

Ma podstawową wiedzę w zakresie modelowania turbulentnej wymiany pędu i procesu wymiany ciepła stosując klasyczne modele turbulencji.
Weryfikacja: Kolokwium z wykładu.
Powiązane charakterystyki kierunkowe: MiBM2_W08
Powiązane charakterystyki obszarowe:

Charakterystyka ML.NS747_W3

Ma podstawą wiedzę w zakresie modelowania zjawisk podsiatkowych w obliczeniach przepływów turbulentnych stosując metodę symulacji wielkich wirów.
Weryfikacja: Kolokwium z wykładu.
Powiązane charakterystyki kierunkowe: MiBM2_W01
Powiązane charakterystyki obszarowe:

Profil ogólnoakademicki - umiejętności

Charakterystyka ML.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 charakterystyki kierunkowe: MiBM2_U10
Powiązane charakterystyki obszarowe:

Charakterystyka ML.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 charakterystyki kierunkowe: MiBM2_U01
Powiązane charakterystyki obszarowe:

Charakterystyka ML.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 charakterystyki kierunkowe: MiBM2_U03
Powiązane charakterystyki obszarowe:

Charakterystyka ML.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 charakterystyki kierunkowe: MiBM2_U22
Powiązane charakterystyki obszarowe:

Charakterystyka ML.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 charakterystyki kierunkowe: MiBM2_U13
Powiązane charakterystyki obszarowe: