Přehled studia |
Přehled oborů |
Všechny skupiny předmětů |
Všechny předměty |
Seznam rolí |
Vysvětlivky
Návod
Webová stránka:
https://studium.fs.cvut.cz/studium/u12120/W21O001_Matematicke_modelovani_obehu_SM/
Anotace:
Garant: Jan Macek
Zvládnout základy termodynamické simulace složitých systémů s aerodynamickými ději při 1-D nestacionárním proudění. Pochopit důvody a způsob získání empirických doplnění popisu spalovacích motorů. Zvládnout základy optimalizace oběhu.
Cíle studia:
Zvládnout základy termodynamické simulace složitých systémů s aerodynamickými ději při 1-D nestacionárním proudění. Pochopit důvody a způsob získání empirických doplnění popisu spalovacích motorů. Zvládnout základy optimalizace oběhu.
Obsah:
Syllabus
| 1. | | Úvod - základy termodynamické simulace nestacionárních dějů v motorech, lagrangeovský a eulerovský přístup, obecný vztah pro zákon zachování v leibnizovské formě. Základní prvek modulárního modelu s využitím MKO - podklad formulace zákonů zachování s konvekcí, difusí a zdrojovými členy. |
| 2. | | Zákon zachování pro hmotnost látek: popis chemické stechiometrie a kinetiky. Zákon zachování hybnosti. |
| 3. | | Konstitutivní vztahy - rovnice stavu a jejich derivace. Entalpie a vnitřní energie reagujících směsí. Zákon zachování energie. |
| 4. | | Formulace rovnice pro společný tlak vícezónového modelu. Princip inverzního algoritmu pro vyhodnocení průběhu hoření. |
| 5. | | Obecná formulace soustavy obyčejných DR pro 0-D model - příklad OBEH. Numerické metody a specifické vlastnosti pravých stran zákonů zachování (stiffness). |
| 6. | | Dosazení do pravých stran ODR: |
- hoření - určení počátku spontánního hoření (zejména průtahu vznětu), semiempirický model s Vibeho funkcemi, určení jejich parametrů, detonační spalování
- prostup tepla stěnami (přestupní součinitel, tepelné odpory stěn, výpočet teploty stěn)
- průtoky ventily.
Mechanická účinnost motoru - výpočet ztrát.
| 7. | | Průtok a účinnost turbiny, model turbodmychadla v 0-D a 1-D. |
Příklady výstupů pro výfukový systém a turbodmychadlo (interpretace výsledků.
| 8. | | Soustava rovnic pro 1-D nestacionární proudění a její vlastnosti. Charakteristiky, řešení Cauchyho úlohy. |
| 9. | | Vznik nestacionární rázové vlny. Pojem slabého řešení, důležitost MKO. Okrajové podmínky. Nestacionární sdílení tepla v polomasivu, typy okrajových úloh. Iterační řešení okrajové podmínky 3. druhu při proměnlivé teplotě i součiniteli přestupu tepla. |
10 Další příklady interpretace výstupů
adiabatický motor a motor bez chlazení, rozbor hoření, rozbor naplnění válce, pomůcky pro odhad dynamických jevů a vnitřního chlazení. Jak kalibrovat model při omezených znalostech z experimentů.
| 11. | | Přechodové režimy, podrobné simulace a simulace v reálném čase. Dynamika mechanismů motoru. Dopravní zpoždění a pístové toky. Regulátory. |
Osnovy přednášek:
| 1. | | Úvod - základy termodynamické simulace nestacionárních dějů v motorech, lagrangeovský a eulerovský přístup, obecný vztah pro zákon zachování v leibnizovské formě. Základní prvek modulárního modelu s využitím MKO - podklad formulace zákonů zachování s konvekcí, difusí a zdrojovými členy. |
| 2. | | Zákon zachování pro hmotnost látek: popis chemické stechiometrie a kinetiky. Zákon zachování hybnosti. |
| 3. | | Konstitutivní vztahy - rovnice stavu a jejich derivace. Entalpie a vnitřní energie reagujících směsí. Zákon zachování energie. |
| 4. | | Formulace rovnice pro společný tlak vícezónového modelu. Princip inverzního algoritmu pro vyhodnocení průběhu hoření. |
| 5. | | Obecná formulace soustavy obyčejných DR pro 0-D model - příklad OBEH. Numerické metody a specifické vlastnosti pravých stran zákonů zachování (stiffness). |
| 6. | | Dosazení do pravých stran ODR: |
- hoření - určení počátku spontánního hoření (zejména průtahu vznětu), semiempirický model s Vibeho funkcemi, určení jejich parametrů, detonační spalování
- prostup tepla stěnami (přestupní součinitel, tepelné odpory stěn, výpočet teploty stěn)
- průtoky ventily.
Mechanická účinnost motoru - výpočet ztrát.
| 7. | | Průtok a účinnost turbiny, model turbodmychadla v 0-D a 1-D. |
Příklady výstupů pro výfukový systém a turbodmychadlo (interpretace výsledků.
| 8. | | Soustava rovnic pro 1-D nestacionární proudění a její vlastnosti. Charakteristiky, řešení Cauchyho úlohy. |
| 9. | | Vznik nestacionární rázové vlny. Pojem slabého řešení, důležitost MKO. Okrajové podmínky. Nestacionární sdílení tepla v polomasivu, typy okrajových úloh. Iterační řešení okrajové podmínky 3. druhu při proměnlivé teplotě i součiniteli přestupu tepla. |
10 Další příklady interpretace výstupů
adiabatický motor a motor bez chlazení, rozbor hoření, rozbor naplnění válce, pomůcky pro odhad dynamických jevů a vnitřního chlazení. Jak kalibrovat model při omezených znalostech z experimentů.
| 11. | | Přechodové režimy, podrobné simulace a simulace v reálném čase. Dynamika mechanismů motoru. Dopravní zpoždění a pístové toky. Regulátory. |
Osnovy cvičení:
Není.
Literatura:
Macek, J.: MMM.ppt - knihovna U 12 120
Macek, J., Kliment, V.: Spalovací turbiny, turbodmychadla a ventilátory. ČVUT v Praze 2006, ISBN 80-01-03529-8
Požadavky:
Termodynamika a dynamika plynů, dynamika a numerická matematika (alespoň pro obyčejné DR) v rozsahu alespoň magisterského studia FS ČVUT.
Klíčová slova:
spalovací motor, pracovní proces, přeplňování, simulace, zónový přístup, optimalizace, turbodmychadlo, obyčejné diferenciální rovnice, hyperbolické parciální diferenciální rovnice, charakteristiky, tlakové vlny, přechodové režimy motoru, dynamika mechanismů, regulátory
Předmět je zahrnut do těchto studijních plánů:
| Plán |
Obor |
Role |
Dop. semestr |
| Stránka vytvořena 29.4.2024 14:52:26, semestry: Z/2023-4, Z/2024-5, L/2023-4, připomínky k informační náplni zasílejte správci studijních plánů |
Návrh a realizace: I. Halaška (K336), J. Novák (K336) |