Detail předmětu

Modelování procesů

FSI-IMPAk. rok: 2016/2017

V kurzu se posluchači na řadě příkladů seznámí se základními typy matematických modelů používaných pro navrhování, analýzu a optimalizaci procesních systémů a zařízení:
• Model zpracovatelské linky popisující hmotovou a energetickou bilanci kontinuálního procesu.
• Model procesního zařízení popisující průběh dávkového procesu.
• Model pro optimalizaci procesu či zařízení.
• Model pro detailní analýzu podmínek v zařízení.
Probírané modely jsou povětšinou na bázi systému rovnic (převážně lineárních) a obyčejných diferenciálních rovnic. Kromě analytického řešení systémů rovnic se posluchači naučí aplikovat základní numerické metody řešení ODR a graficky řešit lineární optimalizační úlohy.

Jazyk výuky

čeština

Počet kreditů

6

Garant předmětu

doc. Ing. Jiří Hájek, Ph.D.

Zajišťuje ústav

Ústav procesního inženýrství (ÚPI)

Výsledky učení předmětu

Pochopení zásad návrhu matematických modelů složitých systémů a jejich aplikací v praxi. Přehled o procesních a energetických systémech a typech modelů, které se používají pro jejich navrhování, analýzu a optimalizaci. Po absolvování by posluchači měli být schopni zvolit vhodný typ modelu pro návrh, analýzu či optimalizaci systému či zařízení, rozumět podstatě používaných modelů, mít přehled o metodách řešení a zkušenost s jejich aplikací.

Prerekvizity

Procesní systémové inženýrství; základní znalosti z matematiky, fyziky a chemie z prvních čtyř semestrů studia na FSI.

Plánované vzdělávací činnosti a výukové metody

Předmět je vyučován formou přednášek, které mají charakter výkladu základních principů a teorie, vysvětlení metod řešení a předvedení postupů řešení. Přednášky zahrnují ukázkové příklady, řešené interaktivně se studenty, s důrazem na pochopení. Průběžně je do přednášek zahrnuto opakování nejdůležitějších prerekvizit, nutných pro zvládnutí probírané látky. Cvičení je zaměřeno na procvičování a ukázky práce v softwarových nástrojích.

Způsob a kritéria hodnocení

ZÁPOČET: Pro udělení zápočtu je nutná pravidelná a aktivní účast ve cvičeních, a úspěšné zvládnutí zápočtové písemky. Kritériem úspěšného zvládnutí písemky je získání nadpolovičního počtu bodů. Posluchač má u písemky možnost jedné opravy.

ZKOUŠKA: Zkouška je písemná. Maximální celkový dosažitelný počet bodů je 100. Hodnocení je pak provedeno standardním způsobem podle počtu dosažených bodů (0-50 bodů …F, 51-60 bodů …E, 61-70 bodů …D, 71-80 bodů …C, 81-90 bodů …B, 91 a víc bodů …A).

Učební cíle

Cílem je seznámení studentů s přístupy k modelování pro návrh, analýzu a optimalizaci provozování průmyslových a energetických jednotek (procesů) a zařízení. Studenti by měli být schopni vybrat typ modelu pro řešení typických problémů, mít povědomí o metodách řešení a být schopni jednodušší úlohy řešit.

Vymezení kontrolované výuky a způsob jejího provádění a formy nahrazování zameškané výuky

Účast ve cvičení je kontrolována, přičemž je povolena dvakrát neomluvená neúčast. Účast na přednáškách je důležitá pro zvládnutí metod, které na cvičeních nejsou vysvětlovány, ale pouze procvičovány na příkladech.

Základní literatura

R. M. Felder and R. W. Rousseau, Elementary Principles of Chemical Processes, 3rd Update Edition. Wiley, 2004.

Doporučená literatura

Perry, Robert H.: Perry’s chemical engineers’ handbook, McGraw-Hill, New York, 2008
Ramirez, W. F.: Computational Methods for Process Simulation, 2 edition. Oxford ; Boston: Butterworth-Heinemann, 1998

Zařazení předmětu ve studijních plánech

  • Program B3S-P bakalářský

    obor B-EPP , 3 ročník, zimní semestr, povinný

Typ (způsob) výuky

 

Přednáška

39 hod., nepovinná

Vyučující / Lektor

doc. Ing. Jiří Hájek, Ph.D.

Osnova

1. Základy modelování. Definice systému. Orientovaný graf. Větve a uzly. Demonstrace na konkrétním příkladu
2. Materiálová bilance, látková bilance, energetická bilance, materiálové a energetické proudy, jednotkové operace, extenzivní a intenzivní veličiny.
3. Simulace a modelování. Jednoduché modely. Mísiče, rozdělovače, manipulátory, výměníky tepla.
4. Stupně volnosti. Řešitelnost. Sekvenční modulární simulace. Rovnicový popis systému. Recyklační proud a iterativní řešení.
5. Ustálený a neustálený, kontinuální a dávkový proces. Kinetika chemické reakce, rovnováha, konverze.
6. Citlivostní analýza. Účelová funkce, omezení, optimalizace. Hierarchie modelu procesu/zařízení a optimalizace.
7. Algebraické systémy rovnic, aplikace na bilance procesních systémů.
8. Ukázkový příklad – bilancování procesních systémů softwarem W2E.
9. Systémy obyčejných diferenciálních rovnic, aplikace na simulace procesních systémů.
10. Ukázkový příklad – simulace procesních systémů v prostředí MATLAB.
11. Systémy parciálních diferenciálních rovnic, aplikace na výpočty napjatosti, ukázkový příklad v programu ANSYS.
12. Systémy parciálních diferenciálních rovnic, aplikace na proudění tekutin.
13. Ukázkový příklad – proudění tekutin v programu ANSYS FLUENT.

Cvičení

26 hod., povinná

Vyučující / Lektor

Ing. Jiří Vondál, Ph.D.

Osnova

Cvičení s poč. podporou. Práce s počítačem k jednotlivým přednáškovým tématům v programech W2E, MATLAB, ANSYS.