Моделювання гідромеханічних процесів
Спеціальність: Хімічні технології та інженерія (освітньо-наукова програма)
Код дисципліни: 7.161.10.E.142
Кількість кредитів: 5.00
Кафедра: Хімічна інженерія
Лектор: к.т.н., доцент Гаврилів Р.І.
Семестр: 2 семестр
Форма навчання: денна
Завдання: Вивчення навчальної дисципліни передбачає формування у здобувачів освіти компетентностей:
Інтегральна компетентність (ІНТ):
Здатність розв’язувати складні спеціалізовані задачі та проблеми хімічних технологій та інженерії під час професійної діяльності або у процесі навчання, що передбачає проведення досліджень та/або здійснення інновацій і характеризуються комплексністю та невизначеністю умов і вимог.
загальні компетентності:
ЗК2. Здатність застосовувати знання у практичних ситуаціях.
ЗК3. Здатність до пошуку, оброблення та аналізу інформації з різних джерел.
фахові компетентності:
ФК1. Здатність досліджувати, класифікувати і аналізувати показники якості хімічної продукції, технологічних процесів і обладнання хімічних виробництв.
ФК3. Здатність використовувати результати наукових досліджень і дослідно-конструкторських розробок для вдосконалення існуючих та/або розробки нових технологій і обладнання хімічних виробництв.
ФК4. Здатність використовувати сучасне спеціальне наукове обладнання та програмне забезпечення при проведенні експериментальних досліджень і здійсненні дослідно-конструкторських розробок у сфері хімічних технологій та інженерії.
ФК5. Володіння навиками роботи у спеціалізованому програмному забезпеченні, призначеному для комп’ютерного та (або) чисельного моделювання, інженерного аналізу та автоматизованої конструкторської підготовки промислового обладнання хімічних виробництв та супутніх технологічних процесів.
Результати навчання: В результаті вивчення дисципліни фахівець повинен знати:
- теоретичні основи обчислювальної гідромеханіки і математичний апарат, який використовується для опису процесів руху рідин і газів;
- методику чисельного моделювання гідромеханічних систем і принципи побудови комп’ютерних моделей;
- можливості використання програмного комплексу для вивчення та аналізу процесів механіки рідин і газів
Необхідні обов'язкові попередні та супутні навчальні дисципліни: Попередні навчальні дисципліни:
Фізика
Вища математика
Фізична хімія
Процеси та апарати хімічної технології
Машини та апарати хімічних виробництв
Супутні і наступні навчальні дисципліни:
Чисельне моделювання процесів та апаратів хімічної технології, ч.1,2
Чисельне моделювання масообмінних процесів
Методологія фізичного моделювання хіміко-технологічних процесів
Короткий зміст навчальної програми: -Вступ. Загальні поняття про комп’ютерне моделювання гідромеханічних процесів в хімічній технології. CFD аналіз на основі ПК ANSYS Fluent.
-Теоретичні основи механіки суцільних середовищ. Сили, які діють в суцільному середовищі, основні рівняння механіки руху рідин і газів.
-Фізичні аспекти турбулентності. Загальна характеристика турбулентних потоків. Сучасні підходи і області застосування різноманітних підходів до моделювання турбулентних потоків.
-Напівемпірична теорія турбулентності. Рівняння Рейнольдса і методи їх вирішення.
-Гіпотеза Буссінеска і моделі турбулентної в’язкості на її основі.
-Алгебраїчні і напівдиференційні моделі турбулентності.
-Моделі турбулентної в’язкості з одним диференційним рівнянням. Модель Спаларта-Аллмараса.
-Моделі турбулентної в’язкості з двома диференційними рівняннями. k–? і k–? моделі турбулентності та їх види.
-Інші моделі на основі турбулентної в’язкості. Моделі, які не використовують гіпотезу Буссінеска. Модель рейнольдсових напружень (RSM).
-Сучасні методи прямого чисельного моделювання турбулентності. Метод моделювання макровихрових структур «LES-модель» і метод моделювання відщеплених вихорів «DES-модель».
-Методика постановки задачі при моделюванні турбулентних потоків в ПК ANSYS Fluent, визначення граничних умов моделювання, підготовка розрахункової моделі.
-Моделювання пограничного шару в турбулентному потоці та низькорейнольдсових потоків.
-Основи моделювання стаціонарних і нестаціонарних гідромеханічних процесів.
-Чисельне моделювання внутрішньої, зовнішньої і змішаної задач гідромеханіки в ПК ANSYS Fluent..
-Моделювання процесів перемішування
-Моделювання руху багатофазових потоків: DPM (Discrete Phase Model) модель дис¬кретної фази і DEM (Discrete Element Method) метод дискретного елемента. Аналіз траєкторії руху твердої фази в газовому потоці.
-Особливості моделювання руху ненютонівських рідин
-Моделювання потоків навколо рухомих об’єктів, особливості використання динамічних сіток кінцевих елементів.
-Моделювання з використанням функції користувача (UDF).
-Обробка результатів моделювання турбулентних потоків.
Опис: Роль комп’ютерного моделювання в наукових
дослідженнях. Основні поняття комп’ютерного моделювання
процесів хімічної технології.
Мета і завдання моделювання ХТП. Огляд програмних
продуктів для чисельного моделювання.
Принципи комп’ютерного моделювання хіміко-технологічних
процесів. Етапи моделювання: побудова математичного опису
процесу, розробка алгоритму, чисельний експеримент.
Чисельні методи моделювання основних процесів в хімічній
технології. Метод кінцевих елементів (МКЕ). Реалізація МКЕ в
пакеті ANSYS.
Види аналізів в ANSYS. Використання методу кінцевих
елементів для вирішення задач гідро- і газодинаміки в ANSYS
FLUENT. Огляд і класифікація задач гідро- і газодинаміки, які
вирішуються в ANSYS FLUENT.
Використання методу кінцевих елементів для аналізу теплових
процесів в хімічній технології. Огляд моделей, які реалізовані в
програмному комплексі ANSYS FLUENT.
Використання методу кінцевих елементів для аналізу процесів
за участю багатофазових потоків в ANSYS FLUENT.
Використання методу кінцевих елементів для дослідження
масообмінних та реакційних процесів в ANSYS FLUENT.
Створення проекту чисельного експерименту в програмному
модулі ANSYS. Основи роботи в ANSYS WORKBENCH.
Робота з проектом в ANSYS Workbench.
Створення геометричних моделей досліджуваного об’єкту в
Design Modeler.
Створення сітки кінцевих елементів. Структуровані і
неструктуровані сітки. Робота в програмному модулі Mesher.
Підготовка і налаштування чисельного експерименту в ANSYS
FLUENT. Вибір фізичних моделей.
Налаштування робочих умов, властивостей матеріалів, сполук
та потоків. Налаштування початкових та граничних умов
моделювання.
Вибір і налаштування вирішувача у програмі Fluent,
використання явних і неявних схем дискретизації.
Обробка і візуалізація результатів моделювання.
Методи та критерії оцінювання: Екзаменаційний контроль, усне опитування, поточний контроль, виконання практичних, лабораторних робіт.
Критерії оцінювання результатів навчання: Поточний контроль 30
Екзаменаційний контроль 70
Разом за дисципліну 100
Порядок та критерії виставляння балів та оцінок: 100–88 балів – («відмінно») виставляється за високий рівень знань (допускаються деякі неточності) навчального матеріалу компонента, що міститься в основних і додаткових рекомендованих літературних джерелах, вміння аналізувати явища, які вивчаються, у їхньому взаємозв’язку і роз витку, чітко, лаконічно, логічно, послідовно відповідати на поставлені запитання, вміння застосовувати теоретичні положення під час розв’язання практичних задач; 87–71 бал – («добре») виставляється за загалом правильне розуміння навчального матеріалу компонента, включаючи розрахунки , аргументовані відповіді на поставлені запитання, які, однак, містять певні (неістотні) недоліки, за вміння застосовувати теоретичні положення під час розв’язання практичних задач; 70 – 50 балів – («задовільно») виставляється за слабкі знання навчального матеріалу компонента, неточні або мало аргументовані відповіді, з порушенням послідовності викладення, за слабке застосування теоретичних положень під час розв’язання практичних задач; 49–26 балів – («не атестований» з можливістю повторного складання семестрового контролю) виставляється за незнання значної частини навчального матеріалу компонента, істотні помилки у відповідях на запитання, невміння застосувати теоретичні положення під час розв’язання практичних задач; 25–00 балів – («незадовільно» з обов’язковим повторним вивченням) виставляється за незнання значної частини навчального матеріалу компонента, істотні помилки у відповідях на запитання, невміння орієнтуватися під час розв’язання практичних задач, незнання основних фундаментальних положень.
Рекомендована література: Рекомендована література
Базова
Література до теоретичного курсу:
1. Гартман Т.Н. Основы компьютерного моделирования химико-технологических процессов: Учебное пособие для вузов./ Т.Н Гартман. Т.В. Клушин. – М. ИКЦ. «Академкнига», 2006.- 416 с ил.
2. Кондранин Т.В., Ткаченко Б.К., Березникова М.В., Евдокимов А.В., Зуев А.П. Применение пакетов прикладных программ при изучении курсов механики жидкости и газа: Учебное пособие ? М.: МФТИ, 2005. ? 104 с.
3. ANSYS 15.0 Tutorials / University of Alberta, 2015.
4. Применение системы ANSYS к решению задач механики сплошной среды: практическое руководство /[А. К. Любимов, Н. Н. Берендеев, М. Ю. Втюрин и др. ; отв. ред. А. К. Любимов]; Нижегородский государственный университет. - Нижний Новгород: Изд-во Нижегородского университета, 2006 - 227с.
5. Каплун А.Б., Морозов Е.М., Олферьева М.А., ANSYS в руках инженера. М.: Едиториал УРСС, 2004
6. Басов К.А., ANSYS и LMS Virtual Lab. Геометрическое моделирование. М.: Изд-во ДМК пресс, 2006.
7. Снегирёв А.Ю. Высокопроизводительные вычисления в технической физике. Численное моделирование турбулентных течений: Учеб. пособие. СПб.: Изд-во Политехн. ун-та, 2009. — 143 с.
8. Мазо А.Б., Поташев К.А. Гидродинамика. Учебное пособие. – Казань: КГУ, 2008. – 126 с.
9. Гарбарук А.В. Моделирование турбулентности в расчетах сложных течений: учебное пособие / А.В. Гарбарук, М.Х. Стрелец, М.Л. Шур – СПб: Изд-во Политехн. ун-та, 2012. – 88 с.
10. Моделирование турбулентных течений: Учебное пособие / И.А. Белов, С.А. Исаев, Балт. гос. техн. ун-т. СПб., 2001. 108 с.
Уніфікований додаток: Національний університет «Львівська політехніка» забезпечує реалізацію права осіб з інвалідністю на здобуття вищої освіти. Інклюзивні освітні послуги надає Служба доступності до можливостей навчання «Без обмежень», метою діяльності якої є забезпечення постійного індивідуального супроводу навчального процесу студентів з інвалідністю та хронічними захворюваннями. Важливим інструментом імплементації інклюзивної освітньої політики в Університеті є Програма підвищення кваліфікації науково-педагогічних працівників та навчально-допоміжного персоналу у сфері соціальної інклюзії та інклюзивної освіти. Звертатися за адресою:
вул. Карпінського, 2/4, І-й н.к., кімн. 112
E-mail: nolimits@lpnu.ua
Websites: https://lpnu.ua/nolimits https://lpnu.ua/integration
Академічна доброчесність: Політика щодо академічної доброчесності учасників освітнього процесу формується на основі дотримання принципів академічної доброчесності з урахуванням норм «Положення про академічну доброчесність у Національному університеті «Львівська політехніка» (затверджене вченою радою університету від 20.06.2017 р., протокол № 35).