Numerisk strömningsmekanik och värmeöverföring
Numerical Fluid Dynamics and Heat Transfer

MMVN05F, 7,5 högskolepoäng

Gäller från och med: Vårterminen 2020
Beslutad av: Anders Gustafsson / FUN (2)
Datum för fastställande: 2020-02-16

Allmänna uppgifter

Avdelning: Inst för energivetenskaper
Kurstyp: Gemensam kurs, avancerad nivå och forskarnivå
Kursen ges även på avancerad nivå med kurskod: MMVN05
Undervisningsspråk: Engelska

Syfte

Kursen syftar till att ge grundläggande kunskap om moderna numeriska beräkningsmetoder som används rutinmässigt för analys av strömning och värmeöverföring det som med ett samlingsnamn brukar kallas CFD. Tonvikten läggs på inkompressibel strömning och konvektiv värmeöverföring Dessutom diskuteras de vanligaste turbulensmodellerna och hur dessa påverkar lösningen. Kursen avser att ge färdigheter i att genomföra denna typ av simuleringar i någon kommersiell programvara. Vidare avser kursen ge färdigheter i att analysera och bedöma resultat från dylika numeriska simuleringar. Dessa kunskaper skall vara tillräckliga för att för en given ingenjörsmässig problemställning kunna välja lämplig lösningsstrategi och kunna bedöma noggrannheten i resultatet.

Mål

Kunskap och förståelse

För godkänd kurs skall doktoranden

• kunna redogöra för potentialer och begränsningarna i de metoder som behandlas i kursen
• kunna redogöra för de vanligaste RANS-baserade turbulensmodellernas uppbyggnad och hur dessa kan påverka den numeriska lösningen av strömningar
• kunna redogöra för processen från matematisk beskrivning till numerisk lösning av ett strömnings- och värmeöverföringsproblem, samt vilka krav som ställs för att systemet skall vara lösbart
• kunna beskriva de olika felkällor som finns i processen från matematisk beskrivning till numerisk lösning av strömnings- och värmeöverföringsproblem och hur dessa påverkar resultatet
• kunna redogöra för olika metoder att behandla s k konvektions-diffusionstermer, och algoritmer för tryck-hastighetskopplingen (t ex SIMPLE, SIMPLEC, SIMPLEX, PISO etc)
• kunna förklara några för ämnet viktiga och grundläggande begrepp

Färdighet och förmåga

För godkänd kurs skall doktoranden

• kunna genomföra simuleringar i någon kommersiell CFD-programvara
• kunna analysera ett strömnings- eller värmeöverföringsfall och föreslå en strategi för lösning av detsamma med avseende på ingående ekvationer, möjliga förenklingar, val av lämplig numerisk metod och turbulensmodell samt jämföra med en alternativa metoder och modeller
• kunna kritiskt granska och bedöma noggrannhet och rimlighet hos resultat från simulering av strömningar

Värderingsförmåga och förhållningssätt

För godkänd kurs skall doktoranden

• kunna aktivt deltaga i diskussioner kring inom ämnet relevanta problem
• kunna i tal och skrift presentera i en teknisk rapport innehållande analyser och val av numerisk lösningsmetod och turbulensmodell

Kursinnehåll

Kursen behandlar metoder för att numeriskt lösa ingenjörsmässiga strömnings- och värmeöverföringsproblem. Hanteringen av s k konvektions-diffusionstermer behandlas. Begreppet numerisk diffusion införs. Algoritmer för tryck-hastighetskopplingen presenteras (t ex SIMPLE, SIMPLEC, SIMPLEX, PISO etc). I kursen behandlas diskretisering med finita volymmetoder, samt hur dessa påverkar noggrannhet och stabilitet hos lösningen. Olika typer av beräkningsnät, hur de genereras och hur de påverkar felet i lösningen ingår. Dessutom diskuteras de vanligast förekommande turbulensmodellerna baserade på Reynolds medelvärderade Navier-Stokes ekvationer (RANS) och hur dessa kan påverka lösningen. Datorlaborationer och projektarbete kommer att utföras i kommersiell CFD programvara.

Kurslitteratur

Versteeg, H. & Malalasekera, W.: An Introduction to Computational Fluid Dynamics-The Finite Volume Method, 2nd ed. Pearson Education Limited, 2007. ISBN 9780131274983.

Kursens undervisningsformer

Undervisningsformer: Föreläsningar, laborationer, övningar, projekt. Laborationerna är datorbaserade och kan genomföras antingen på egen hand eller vid de schemalagda laborationstillfällena. Projektarbetet genomförs individuellt

Kursens examination

Examinationsformer: Skriftlig tentamen, skriftlig rapport, inlämningsuppgifter, seminarieföredrag av deltagarna. Med skriftlig tentamen menas här ett 2-timmars prov på teorin i kursen
Betygsskala: Underkänd, godkänd
Examinator: Universitetslektor Hesameddin Fatehi

Antagningsuppgifter

Förutsatta förkunskaper: Grundläggande kurs i strömningsmekanik

Kurstillfällesinformation

Startdatum: 2022-03-21
Slutdatum: 2022-06-04
Kursfart: Helfart

Kontaktinformation och övrigt

Kursansvarig: Hesameddin Fatehi <hesameddin.fatehi@energy.lth.se>
Hemsida: http://www.fm.energy.lth.se/english/education/courses/numerical-fluid-dynamics-and-heat-transfer-mmvn05