Detail předmětu

Multifyzikální simulace v automobilovém průmyslu

FSI-QMO Ak. rok: 2027/2028 Zimní semestr

Předmět je zaměřen na moderní výpočtové simulace proudění tekutin, přenosu tepla a souvisejících fyzikálních dějů, které se uplatňují při vývoji motorových vozidel a jejich pohonných jednotek. Důraz je kladen na praktické využití výpočtové dynamiky tekutin (CFD) při řešení technických problémů, jako jsou optimalizace proudění v kompresorech a turbínách turbodmychadel, chlazení motorů a elektrických pohonů, mazání a hydrodynamická ložiska nebo aerodynamika vozidel včetně problematiky znečišťování jejich povrchů.

Studenti se seznámí se základními fyzikálními principy, metodami tvorby výpočtových modelů a možnostmi využití komerčních CFD nástrojů. Součástí výuky je modelování turbulentního a vícefázového proudění, přenosu tepla a vybraných multifyzikálních interakcí. Pozornost je věnována správné volbě výpočtových modelů, interpretaci a kritickému hodnocení výsledků simulací. Praktické počítačové úlohy a přednášky odborníků z průmyslové praxe propojují získané znalosti s reálnými aplikacemi v automobilovém průmyslu.

Garant předmětu

prof. Ing. Pavel Novotný, Ph.D.

Zajišťuje ústav

Ústav automobilního a dopravního inženýrství

Výsledky učení předmětu

Prerekvizity

Předpokládají se znalosti bakalářské matematiky (lineární algebra, diferenciální a integrální počet, diferenciální rovnice), hydromechaniky, termomechaniky a základů přenosu tepla. Výhodou jsou zkušenosti s výpočtovým modelováním a numerickými metodami získané v předchozích magisterských předmětech.

Plánované vzdělávací činnosti a výukové metody

Způsob a kritéria hodnocení

Předmět je zakončen zápočtem a zkouškou. Zápočet je podmíněn účastí na povinných počítačových cvičeních a splněním předepsaných praktických úloh; zameškané činnosti se nahrazují podle pokynů vyučujícího. Hodnocení zahrnuje průběžné testy navazující na přednášky, praktické řešení CFD úlohy včetně fyzikálního odhadu nebo kontrolního výpočtu a kritického vyhodnocení, písemné ověření teoretických znalostí, písemné výpočtové úlohy a ústní část zaměřenou na aplikaci poznatků. Účast v jednotlivých bodovaných částech je dobrovolná; neúčast znamená nulový bodový zisk v příslušné části. Ústní část je přístupná při dosažení stanovené minimální úrovně hodnocení v předcházejících částech; hodnocení lze uzavřít i bez ústní části. K úspěšnému absolvování je nutný zápočet a dosažení stanovené celkové úrovně hodnocení. Přesné rozdělení bodů, klasifikační hranice a organizační podmínky jsou stanoveny a studentům oznámeny před zahájením výuky v souladu se závaznou dokumentací předmětu. Nástroje umělé inteligence je dovoleno využívat výhradně v průběhu počítačových cvičení a pouze v rozsahu povoleném vyučujícím; při průběžných testech a všech částech zkoušky jejich použití není dovoleno.

Jazyk výuky

čeština

Cíl

Cílem předmětu je ukázat, jak lze pomocí CFD a multifyzikálních simulací řešit skutečné vývojové problémy motorových vozidel a jejich pohonných jednotek – od snižování aerodynamického odporu a znečišťování povrchů vozidel přes proudění a přenos tepla v motorech a jejich chladicích a mazacích soustavách až po optimalizaci kompresorů, turbín a ložisek turbodmychadel. Studenti se naučí propojovat fyzikální zákonitosti s výběrem výpočtového modelu, tvorbou simulace a kritickým hodnocením výsledků. Na příkladech z průmyslové praxe a při počítačových cvičeních získají dovednosti využitelné při návrhu účinnějších, spolehlivějších a energeticky úspornějších technických systémů. Součástí výuky je porozumění předpokladům a omezením CFD modelů a schopnost posoudit, zda výsledky simulace poskytují dostatečný podklad pro technické rozhodnutí.

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

Použití předmětu ve studijních plánech

Program N-ADI-P: Automobilní a dopravní inženýrství, magisterský navazující
obor ---: bez specializace, 6 kredity, povinně volitelný

Program N-AAE-P: Pokročilé automobilové inženýrství, magisterský navazující
obor ---: bez specializace, 6 kredity, povinně volitelný

Typ (způsob) výuky

 

Přednáška

26 hod., nepovinná

Osnova


  1. Multifyzikální simulace a interakce fyzikálních dějů v automobilovém průmyslu

  2. Metody tvorby výpočetních sítí pro CFD

  3. Fyzikální principy a matematický popis proudění tekutin

  4. Výpočtové domény a okrajové podmínky v CFD

  5. Numerické řešení transportních rovnic v CFD

  6. Modelování turbulentního proudění pomocí CFD

  7. Modelování neustáleného turbulentního proudění pomocí CFD

  8. Modelování přenosu tepla a tepelných interakcí pomocí CFD

  9. Fyzikální principy mazání komponent pohonných jednotek

  10. Modelování hydrodynamického mazání ložisek turbodmychadel

  11. Modelování vícefázového proudění pomocí CFD

  12. Průmyslové aplikace CFD v aerodynamice motorových vozidel

  13. Průmyslové aplikace CFD v rotačních strojích

Cvičení s počítačovou podporou

26 hod., povinná

Osnova


  1. Představení nástrojů pro aplikaci CFD

  2. Aplikace metod diskretizace těles a oblastí

  3. Aplikace metod diskretizace oblastí pro CFD simulace

  4. Pokračování aplikace metod diskretizace oblastí pro CFD simulace

  5. Základy aplikace nástrojů pro CFD

  6. Simulace vybrané části turbodmychadla

  7. Simulace proudění v kompresoru turbodmychadla

  8. Simulace a analýza mazání komponent

  9. Simulace proudění oleje v mazací soustavě

  10. Simulace a analýza externí aerodynamiky části vozidla

  11. Simulace externí aerodynamiky vozidla

  12. Simulace proudění plynu skrze tenkou mezeru

  13. Zápočtový test formou praktické aplikace CFD nástroje