Kursplan för CFD för ingenjörer

Kursplan fastställd 2022-02-21 av programansvarig (eller motsvarande).

Kursöversikt

  • Engelskt namnComputational fluid dynamics for engineers (CFD)
  • KurskodKKR073
  • Omfattning7,5 Högskolepoäng
  • ÄgareMPISC
  • UtbildningsnivåAvancerad nivå
  • HuvudområdeKemiteknik
  • InstitutionKEMI OCH KEMITEKNIK
  • BetygsskalaTH - Mycket väl godkänd (5), Väl godkänd (4), Godkänd (3), Underkänd

Kurstillfälle 1

  • Undervisningsspråk Engelska
  • Anmälningskod 25112
  • Max antal deltagare80
  • Min. antal deltagare12
  • Blockschema
  • Sökbar för utbytesstudenterJa

Poängfördelning

0116 Tentamen 4 hp
Betygsskala: TH		 4 hp
  • 29 Maj 2023 em J
  • 08 Okt 2022 em J
  • 25 Aug 2023 em J
0216 Projekt 3,5 hp
Betygsskala: UG		 3,5 hp

I program

Examinator

Gå till kurshemsidan (Öppnas i ny flik)

Behörighet

Grundläggande behörighet för avancerad nivå
Sökande med en programregistrering på ett program där kursen ingår i programplanen undantas från ovan krav.

Särskild behörighet

Engelska 6
Sökande med en programregistrering på ett program där kursen ingår i programplanen undantas från ovan krav.

Kursspecifika förkunskaper

Minst en grundläggande kurs i transportprocesser eller strömningsmekanik. KAA060/KAA061 Transportprocesser, 7.5 hp MTF053 Strömningsmekanik, 7.5 hp Eller likvärdig kurs.

Syfte

Kursen ger en introduktion till avancerad modellering med hjälp av Computational Fluid Dynamics (CFD), som har blivit ett oumbärligt verktyg för många ingenjörer. Fokus ligger på att modellera samspelet mellan konvektion, diffusion, värmeledning, kemiska reaktioner, förbränning för enfas och flerfasflöden. Målet med kursen är att lära ut hur man gör CFD-analyser korrekt men inte hur man skriver en egen CFD-kod, vilket skiljer sig från många andra CFD kurser. Studenten ges praktisk erfarenhet av skapa 2D och 3D CAD-modeller, meshning samt simulering. Ett annat viktigt mål är att ge studenterna ett kritiskt förhållningssätt till att identifiera möjligheter och att förstå begränsningar med avancerade simuleringsprogram. Efter genomgången kurs skall studenten kunna välja lämpliga modeller och utföra avancerade simuleringar i enlighet med riktlinjer för bästa praxis inom området.

Lärandemål (efter fullgjord kurs ska studenten kunna)

  • Förstå de grundläggande principerna för turbulens, blandning, snabba reaktioner (förbränning), flerfasflöden och hur dessa är relaterade.
  • Förstå grunderna och begränsningar med de modeller som används i CFD och kunna välja lämpliga modeller för dessa system.
  • Lösa problem relaterade till systemen ovan genom att välja lämpliga modeller och numeriska metoder.
  • Ge eleverna praktisk erfarenhet av att använda toppmodern CFD-programvara.
  • Kritiskt utvärdera simuleringsresultat och kommunicera resultaten i muntlig och skriftlig form.

Innehåll

Kursen presenterar de grundläggande ekvationerna för impuls, massa och värmetransport och hur dessa löses i kommersiella CFD koder. Numeriska metoder presenteras och deras tillförlitlighet diskuteras. Grundläggande Computer Aided Design (CAD) och meshning introduceras. Turbulenta flödens egenskaper och modellering med k-e, Reynolds stress modeller och LES beskrivs. Flerfasflöden är mycket vanliga i kemiteknik och Euler-Lagrange, Mixture (Algebraisk Stress), Euler-Euler och VOF modeller presenteras. Modeller för att blandning och snabba reaktioner i turbulenta flöden beskrivs. CFD analyser ger både möjligheter till förståelse men det finns också begränsningar med analyserna, dessa diskuteras tillsammans med begreppen verifiering och validering. Datorövningarna ger en introduktion i hur man formulerar och löser CFD problem med en avancerad CFD kod. Övningsuppgifterna omfattar flöde och reaktion inuti en porös katalysator, förbränning av icke-förblandade gaser, och flerfassimulering av spray som förångas. Projektet handlar om design av ett selektivt katalytisk reduktionssystem på industriell skala för rening av avgaser från ett kraftvärmeverk. Projektet gör det möjligt för eleven att utforska olika designförbättringar och tillämpa 'best practice' riktlinjer för CFD-simuleringar. Begreppet virtuella design introduceras och eleverna kan utforska olika designer för att hitta en optimal konstruktion.

Organisation

Kursen innehåller föreläsningar, 3 stycken datorövningar och ett projekt. Syftet med projektet är att ge eleverna möjlighet att praktisera problemformuleringen och problemlösning med hjälp av avancerad CFD-programvara. Skriftliga kortfattade rapporter på datorövningarna samt en rapport på projektet krävs. Den senare ska innehålla en kritisk diskussion av de modeller som används i simuleringen och en bedömning av tillförlitligheten i resultaten.

Litteratur

B. Andersson, R. Andersson, L. Håkansson, M. Mortensen, R. Sudiyo, B. van Wachem, Computational Fluid Dynamics for Engineers, Chalmers edition (säljs på Cremona för cirka 180 SEK).
eller B. Andersson, R. Andersson, L. Håkansson, M. Mortensen, R. Sudiyo, B. van Wachem, 2011, Computational Fluid Dynamics for Engineers, IBSN 978-1107018952, Cambridge University Press. (inbunden bok, säljs på Amazon för cirka 92 USD).

Examination inklusive obligatoriska moment

En skriftlig tentamen efter ca 4 veckor. Betygen godkänd/inte godkänd baseras på skriftlig tentamen och skriftliga och muntliga rapporter. Högre betyg kräver en utökad projektrapport och en muntlig tentamen.

Kursens examinator får examinera enstaka studenter på annat sätt än vad som anges ovan om särskilda skäl föreligger, till exempel om en student har ett beslut från Chalmers om pedagogiskt stöd på grund av funktionsnedsättning.