III. semestar sveučilišnog diplomskog studija Strojarstvo
Tjedno opterećenje: 2P + 2V
ECTS bodovi: 4
Nositelj kolegija
prof.dr.sc. Marija Živić, redovita profesorica u trajnom zvanju
konzultacije uz prethodni dogovor na e-mail, ured G3
mzivic@unisb.hr
Izvođači kolegija
prof.dr.sc Zdravko Virag, vanjski suradnik
zdravko.virag@fsb.hr
doc.dr.sc. Mario Holik, docent
konzultacije uz prethodni dogovor na e-mail, ured G104a
mholik@unisb.hr
dr.sc. Antun Barac, viši asistent
konzultacije uz prethodni dogovor na e-mail, ured G104a
abarac@unisb.hr
Matej Đuranović, mag.ing.mech., asistent
konzultacije uz prethodni dogovor na e-mail, ured G107
mduranovic@unisb.hr
Željko Zmaić, dipl.ing., stručni suradnik
konzultacije uz prethodni dogovor na e-mail, ured G3a
zzmaci@unisb.hr
Okvirni sadržaj predmeta
Povijesni razvoj mehanike fluida. Mehanika fluida danas. Mehanika fluida kao teorijsko-experimentalna znanost. Računalna mehanika fluida – CFD. Fizikalno modeliranje procesa strujanja fluida. Matematičko modeliranje procesa strujanja fluida. Kontinuum kao matematički model materije. Matematičke osnove: indeksna notacija i tenzorski račun. Matematički opis strujanja fluida diferencijalnim i integralnim oblicima osnovnih fizikalnih zakona: zakona očuvanja mase, zakona očuvanja količine gibanja, zakon očuvanja momenta količine gibanja, zakona očuvanja energije i drugog zakona termodinamike. Sustav Navier-Stokesovih parcijalnih diferencijalnih jednadžbi za trodimenzionalno, viskozno, nestacionarno, kompresibilno strujanje. Konstitutivne jednadžbe: Newtonov zakon viskoznosti, Fourierov zakon toplinske vodljivosti, toplinska i kalorička jednadžba stanja savršenog plina. Modeliranje turbulencije. Vrste i razine aproksimacije matematičkog modela strujanja fluida: DNS, LES, RANS, TSL, PNS, BL, DLM, EM, SIRF, PM. Matematička priroda parcijalnih diferencijalnih jednadžbi. Analitičko i numeričko riješenje sustava parcijalnih diferencijalnih jednadžbi. Numeričke metode za rješavanje sustava parcijalnih diferencijalnih jednadžbi. Metoda konačnih volumena. Diskretizacija prostora konačnim volumenima. Generiranje mreže konačnih volumena. Diskretizacija parcijalnih diferencijalnih jednadžbi metodom konačnih volumena. Numeričke metode rješavanja sustava diskretiziranih parcijalnih jednadžbi tj. sustava linearnih algebarskih jednadžbi. Diskretizacija vremena. Moderni CFD software-i.
Primjena stečenih teorijskih znanja na izradi numeričke CFD simulacije strujanja fluida primjenom komercijalnog generatora mreže Gambit i komercijalnog RANS CFD solvera (riješavača) Fluent, te postprocesing i analiza rezultata dobivenih ovom numeričkom simulacijom.
Oblici provođenja nastave i način provjere znanja
Predavanja, auditorne i računalne vježbe te pedagoške radionice.
Cilj kolegija
Definirati matematički model kojim se opisuje strujanje fluida te ovladati primjenom jednog komercijalnog računalnog paketa za rješavanje problema strujanja fluida s izmjenom topline, u smislu generiranja mreže, zadavanja modela te početnih i rubnih uvjeta, te prikaza i analize rezultata.
Način polaganja ispita
Pismeno i usmeno.
Popis literature potrebne za studij i polaganje ispita
- Zdravko Virag: Računalna dinamika fluida, Sveučilište u Zagrebu, FSB Zagreb, 2009/2010.
- Zdravko Virag: Predavanja iz kolegija Mehanika fluida II, Sveučilište u Zagrebu, FSB Zagreb
- Zdravko Virag: Vježbe iz kolegija Mehanika fluida II, Sveučilište u Zagrebu, FSB Zagreb
Popis literature koja se preporučuje kao dopunska
- Petar Kesić: Osnove aerodinamike, Sveučilište u Zagrebu, FSB Zagreb, 2003.
- John D. Anderson, Jr.: Fundamentals of Aerodynamics, Mc Graw Hill, New York, 1995.
- John D. Anderson, Jr.: Computational Fluid Dynamics (The Basics with Applications), Mc Graw Hill, New York, 1995.
Ishodi učenja
- Interpretirati fizikalno značenje pojedinih članova u Navier-Stokesovim jednadžbama
- Analitički riješiti Navier-Stokesove jednadžbe u jednostavnim slučajevima
- Definirati model turbulencije i način zadavanja rubnih uvjeta
- Prepoznati tip parcijalne diferencijalne jednadžbe
- Interpretirati metodu konačnih volumena
- Kompetentno koristiti komercijalni računalni paket za proračun jednostavnijih problema s izmjenom topline i strujanjem fluida
- Analizirati rezultate proračuna
Povezivanje ishoda, učenja, nastavnih metoda i procjena ishoda učenja
| Nastavna aktivnost | ECTS | Ishod učenja | Aktivnost studenata | Metode procjenjivanja | Bodovi min-max |
|---|---|---|---|---|---|
| Pohađanje nastave | 2 | 1-7 | Prisutnost uz aktivno sudjelovanje | Evidencija uz kratku pismenu provjeru znanja | 5-10 |
| Kontinuirana provjera znanja | 1 | 2, 6 | Pismena provjera znanja | 2 kontrolne zadaće | 25-40 |
| Završni ispit | 1 | 1-5 | Pismena i usmena provjera znanja | 2 zadatka na pismenom 2 pitanja na usmenom | 30-50 |
| Ukupno: | 4 | 60-100 |