Detail předmětu

Modelování přenosu tepla a proudění

FSI-ITMAk. rok: 2025/2026

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).

Jazyk výuky

čeština

Počet kreditů

5

Garant předmětu

doc. Ing. Jaroslav Katolický, Ph.D.

Zajišťuje ústav

Energetický ústav (EÚ)

Vstupní znalosti

Teoretické základy přenosu tepla, termomechaniky a mechaniky tekutin.

Pravidla hodnocení a ukončení předmětu

Pro udělení klasifikovaného zápočetu je nutné zpracovat semestrální projekt.
Účast na cvičení je povinná. Neúčast může být nahrazena cvičením s jinou skupinou nebo zpracováním zadaného úkolu dle pokynů cvičícího.

Učební cíle

Seznámit studenty se základy počítačového modelování proudění a přenosu
tepla jak po teoretické, tak po praktické stránce.
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).

Základní literatura

H.K.Verseeg, W.Malalasekera: An introduction to computational fluid dynamics. The finite volume method
S. V. Patankar: Computation of Conduction and Duct Flow Heat Transfer, , 0
S. V. Patankar: Numerical Heat Transfer and Fluid Flow, , 0

Doporučená literatura

M. Jícha: Počítačové modelování úloh vedení tepla a proudění, , 0

Zařazení předmětu ve studijních plánech

  • Program N-ETI-P magisterský navazující

    specializace TEP , 1 ročník, letní semestr, povinný

  • Program N-IMB-P magisterský navazující

    specializace IME , 2 ročník, letní semestr, povinně volitelný
    specializace BIO , 2 ročník, letní semestr, povinně volitelný

Typ (způsob) výuky

 

Přednáška

26 hod., nepovinná

Vyučující / Lektor

doc. Ing. Jaroslav Katolický, 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

doc. Ing. Jaroslav Katolický, 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.