Kursplan för Strömningsmekanik, fortsättningskurs

Kursplan fastställd 2021-02-26 av programansvarig (eller motsvarande).

Kursöversikt

  • Engelskt namnMechanics of fluids
  • KurskodTME226
  • Omfattning7,5 Högskolepoäng
  • ÄgareMPAME
  • UtbildningsnivåAvancerad nivå
  • HuvudområdeMaskinteknik
  • InstitutionMEKANIK OCH MARITIMA VETENSKAPER
  • BetygsskalaTH - Mycket väl godkänd (5), Väl godkänd (4), Godkänd (3), Underkänd

Kurstillfälle 1

  • Undervisningsspråk Engelska
  • Anmälningskod 03119
  • Blockschema
  • Sökbar för utbytesstudenterJa

Poängfördelning

0120 Inlämningsuppgift, del A 1,5 hp
Betygsskala: UG		1,5 hp
0220 Inlämningsuppgift, del B 1,5 hp
Betygsskala: UG		1,5 hp
0320 Tentamen 4,5 hp
Betygsskala: TH		4,5 hp
  • 24 Okt 2022 em J_DATA
  • 04 Jan 2023 em J_DATA
  • 22 Aug 2023 fm J_DATA

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

En grundläggande kurs i strömningsmekanik

Syfte

Kursen ger en introduktion till kontinuummekanik och turbulent strömning.

Lärandemål (efter fullgjord kurs ska studenten kunna)

  • Manipulera tensoruttryck med hjälp av indexnotation, och använda divergenssatsen och transportteoremet.
  • Härleda Navier-Stokes ekvationer och energiekvationen med hjälp av tensornotation
  • Analytiskt lösa Navier-Stokes ekvationer för ett par enkla strömningsproblem och analysera och förstå dessa strömningsfall
  • Karaktärisera turbulensen
  • Förstå och förklara energispektrum för turbulensen och kaskadprocessen
  • Härled de exakta transportekvationerna för turbulent kinetisk energi
  • Identifiera de olika termerna i denna ekvationer och beskriva vilken roll de spelar
  • Härleda den linjära hastighetslagen och den logaritmiska hastighetslagen för ett turbulent gränsskikt
  • Förstå och förklara modellantagande i k-epsilon-modellen
  • Förstå de två olika metoderna för att behandla väggrandvillkor: väggfunktioner och lågreynoldstalsmodeller
  • Beräkna enkla strömningsfall med ett kommersiellt CFD-program

Innehåll

Studenterna kommer inledningsvis att lära dig grunderna i Cartesiska tensorer och indexnotation. Ett starkt fokus ligger på att härleda och förstå transportekvationerna i tre dimensioner. Dessa ekvationer utgör en allmän grund för strömningsmekanik, turbulens och värmetransport.

I kontinuummekaniken diskuterar vi töjnngshastighetstensorn, vorticitetstensor och vorticitetsvektorn. I anslutning till vorticitet, kommer begreppet virvelfri strömning, friktionsfri strömning och potentialströmning att införas. Transportekvationen för vorticitetsvektorn kommer att härledas från Navier-Stokes ekvationer Fullt utvecklad kanalströmmning kommer att analyseras i detalj. Studenterna analyserar resultaten från en numerisk lösning.

I en konstruktionsuppgift med Python eller Matlab/Octave kommer studenerna att beräkna olika storheter såsom ökningen av centrumhastigheten, minskningen av väggskjuvspänningen, virvelbildningen samt egenvärden och egenvektorer för hastighetstöjnongstensorn. Under större delen av kursen får studenterna lära sig grunderna i turbulent strömning och turbulensmodellering. Den grundläggande ekvationen för turbulent kinetisk energi kommer att härledas. Vi går sedan vidare till k-epsilon-modellen vilken är den vanligaste turbulensmodellen som används i industrin. Två olika metoder för att behandla randvillkoren vid väggar kommer att studeras. I den ena metoden används grova rutnät nära väggen och man gör antaganden om hur strömning och turbulens ser ut nära väggen; det kallas väggfunktioner. I den andra metoder används ett fint rutnät där man löser upp de viskösa effekterna nära väggen. Man måste då modifiera turbulensmodellen för att ta hänsyn till dessa efffekter. Metoden kallas lågreynoldstalsmodell.

I en andra konstruktionsuppgift med STAR-CCM+ kommer studenterna att få beräkna turbulent strömning för enkla tvådimensionella strömningsfall

För mer information

. Föreläsare hemsida



Organisation

Föreläsningar, En datororövning där man använder Python eller Matlab/Octave. En andra datorövning där vi använder det kommerisiella CFD-progammet STAR-CCM+ (CFD=Computational Fluid dynamics). Datorövningarna resovisas som skriftliga rapporter

Litteratur

E-bok som laddas ner från kurshemsidan

Examination inklusive obligatoriska moment

Konstruktionsuppgifter och skriftlig 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.