Preskoči na glavno vsebino

Računalniška dinamika tekočin

2024/2025
Program:
Magistrski študijski program 2. stopnje Jedrska tehnika
Letnik:
1 ali 2 letnik
Semester:
prvi
Vrsta:
izbirni
ECTS:
6
Jezik:
slovenski
Ure na teden – 1. semester:
Predavanja
2
Seminar
0
Vaje
2
Laboratorij
0
Pogoji za vključitev v delo oz. za opravljanje študijskih obveznosti

Vpis v letnik.
Opravljeni projekti so pogoj za opravljanje ustnega izpita.

Vsebina

• Osnovne enačbe mehanike tekočin, prenosa toplote in prenosa snovi. Osnovne oblike enačb. Modeli v mehaniki tekočin; klasifikacija modelov glede na tip vodilnih parcialnih diferencialnih enačb.
• Pregled osnovnih numeričnih metod: metode končnih razlik, končnih volumnov in končnih elementov. Numerične metode za osnovne matrične operacije. Paralelizacija.
• Eulerjeve enačbe stisljivega toka. Numerične metode za reševanje sistemov hiperboličnih parcialnih diferencialnih enačb. Poudarek na eksplicitnih numeričnih shemah.
• Nestisljiv tok viskozne tekočine. Implicitne in delno implicitne sheme. Reševanje Poissonove enačbe za tlačno polje.
• Modeliranje turbulence: direktna numerična simulacija, metoda velikih vrtincev (LES), modeli Reynoldsovih napetosti (RANS).
• Simulacije dvofaznih tokov.
Praktični primeri:
1. Razvoj lastnih programov za:

  • reševanje 1D hiperboličnih enačb stisljivega toka,
  • reševanje enačb nestisljivega viskoznega toka v enostavni geometriji.
  • Simulacije z obstoječimi računalniškimi programi:

  • uporaba modelov turbulentnega toka,

  • spektralne sheme za direktno numerično simulacijo turbulence,
  • simulacije enostavnih dvofaznih tokov.
Temeljni literatura in viri
  1. Computational Fluid Dynamics: The Basics with Applications, John David Anderson, McGraw Hill, 1995
  2. Computational Methods for Fluid Dynamics, Joel H. Ferziger and Milovan Peric, Springer Verlag, 1999
  3. Computational Techniques for Fluid Dynamics, Specific Techniques for Differential Flow Categories, C. A. J. Fletcher, Springer-Verlag, 1991
Cilji in kompetence

Cilji: Pridobiti praktična znanja, potrebna za numerično reševanje osnovnih enačb mehanike tekočin in prenosa toplote ter snovi. Razvoj lastnih računalniških programov in uporaba obstoječih računalniških paketov.
Kompetence: Modeliranje in sposobnost reševanja problemov, računalniške spretnosti.

Predvideni študijski rezultati

Znanje in razumevanje Poznavanje osnovnih parcialnih diferencialnih enačb mehanike tekočin in njihovo reševanje z metodami končnih razlik/volumnov - z lastnimi in obstoječimi računalniškimi programi.
Razumevanje drugih numeričnih metod uporabnih v mehaniki tekočin. Poznavanje osnovnih modelov turbulence.
Uporaba Reševanje osnovnih enačb mehanike tekočin in prenosa toplote z metodami končnih razlik in končnih volumnov. Uporaba obstoječih računalniških programov za simulacije konkretnih primerov.
Refleksija Ob spoznavanju osnovnih matematičnih modelov in numeričnih metod za njihovo reševanje, se od študenta pričakuje tudi kritičen pogled na kvaliteto numeričnih rezultatov. Le ta je odvisna od zanesljivosti matematičnega modela in od natančnosti numerične sheme.
Prenosljive spretnosti - niso vezane le na en predmet Spoznavanje osnovnih ohranitvenih enačb mehanike tekočin in prenosa toplote. Reševanje različnih tipov navadnih in parcialnih diferencialnih enačb. Numerične metode: reševanje sistemov linearnih in nelinearnih enačb, paralelno programiranje.

Metode poučevanja in učenja

Predavanja, individualni projekti, konzultacije. Del vsebin bo podan v obliki e-pouka in z vključevanjem v aktualne znanstvene projekte.

Načini ocenjevanja

ocena projektov
ustni izpit
oceni 5 (negativno), 6-10 (pozitivno) ob upoštevanju Statuta UL

Reference nosilca

Ivo Kljenak:
1. KLJENAK, I., MAVKO, B. Simulation of void fraction profile evolution in subcooled nucleate boiling flow in a vertical annulus using a bubble-tracking approach. Heat and Mass Transfer, 2006, vol. 42, pp. 552-561.
2. KLJENAK, I., BABIĆ, M., MAVKO, B., BAJSIĆ, I. Modeling of containment atmosphere mixing and stratification experiment using a CFD approach. Nuclear Engineering and Design, 2006, vol. 236, pp. 1682-1692.
3. BABIĆ, M., KLJENAK, I., MAVKO, B.. Simulations of TOSQAN containment spray tests with combined Eulerian CFD and droplet-tracking modelling. Nuclear Engineering and Design, 2009, vol. 239, no. 4, pp. 708-721.
Iztok Tiselj:
1. TISELJ, I, PETELIN, S. First and second order accurate schemes for two-fluid models. J. fluids eng., 1998, vol. 120 (2), str. 363-368.
2. TISELJ, I, ČERNE, G. Some comments on the behaviour of the RELAP5 numerical scheme at very small time steps. Nucl. sci. eng., 2000, 134, str. 306.
3. BERGANT R, TISELJ, I. Near-wall passive scalar transport at high Prandtl numbers. Phys. fluids, 2007, vol. 19, str. 065105-1 - 18.