CFD módszerek és alkalmazások

NEPTUN kódjai: a BMETE80NE10 és BMETE80MFAB

Utolsó módosítás: 2024.08.28., 18:02-kor Dr. Kiss Attila által

Mely szakon kerül előadásra a tárgy:

A „CFD módszerek és alkalmazások” című 4 kredites tantárgy, a BME Gépészmérnöki Kar (GPK) Energetikai Mérnöki MSc képzés Atomenergetika specializáció kötelező- (BMETE80NE10 kóddal), valamint a BME Természettudományi Kar (TTK) Fizikus MSc képzés Nukleáris Technika specializáció kötelezően választható tantárgya (BMETE80MFAB kóddal).

A tantárgy tematikája:

A tantárgy a háromdimenziós numerikus áramlástani (Computational Fluid Dynamics – CFD) technika Reynolds-átlagolt Navier–Stokes (Reynolds-averaged Navier–Stokes – RANS) megközelítés elméleti alapjait és főleg atomenergetikai gyakorlati alkalmazásait mutatja be a hallgatóknak.

A tantárgy elméleti előadásainak keretében (az órák kb. 40%) többek között bemutatásra kerülnek:

  • a CFD módszer és jelentősége, felhasználási területei;
  • a hő- és áramlástani folyamatokat leíró megmaradási egyenletek (az anyag-, impulzus- és energia-megmaradási egyenletek, a megmaradási egyenletek általános alakjai (integrális és differenciális), és az állapotegyenletek) és azok tulajdonságai;
  • az egyenletek megoldásához használható numerikus módszerek (főleg a véges térfogatok módszere) és az azokkal kapcsolatos alapfogalmak (pl. a differenciasémák (centrális, upwind) és azok tulajdonságai);
  • az atomenergetikai berendezésekben kialakuló turbulens áramlások leírásának lehetőségei, és a fontosabb turbulenciamodellek;
  • a fő hibaforrások és bizonytalanságok a CFD elemzésekben;
  • valamint a Best Practice Guidelines (BPG) fő céljai, módszerei, szempontjai.

A fentiek ismertetésénél a hangsúly a kereskedelmi CFD kódokban leggyakrabban alkalmazott véges térfogatok módszerére kerül.

Az előadások mellett számítógéptermi vezetett gyakorlatokon sajátítják el a hallgatók a CFD módszert a gyakorlatban (az órák kb. 50%), amelyek során a hallgatók feladatokat oldanak meg, és elsajátítják az Ansys CFX kommerciális CFD kód használatát. A gyakorlatok során bemutatásra kerülnek a CFD technika nukleáris energetikai alkalmazásai a BME Nukleáris Technikai Intézetben végzett kutatások eredményein keresztül.

A tantárgy során egy házi feladatot kell megoldaniuk a hallgatóknak önállóan a gyakorlatokon elsajátított ismeretek alkalmazásával. A tantermi órák végén a hallgatók konzultálhatnak a tárgy oktatójával a házi feladatukról (az órák kb. 5%). A házi feladat beadási határideje a szorgalmi időszak utolsó napjának vége.

A tantárgy során egy másik önálló feladatuk is lesz a hallgatóknak a nyelvi kompetenciájuk fejlesztése érdekében: egy legalább 8 oldalas CFD témájú angol nyelvű tudományos cikket kell választaniuk, elolvasniuk, a lényegét pedig egy 5-10 perces előadásban bemutatniuk az egyik tantermi óra során (az órák kb. 5%).

Házi feladat (később kerül aktualizálásra):

Kérem, minden hallgató válaszon három feladatot az alábbi listából, sorszámozza egytől háromig a kiválasztottakat és küldje el Dr. Kiss Attilának e-mailben (Okt.Admin@reak.bme.hu). Az adott feladatot elsőnek választó hallgató készítheti azt el házi feladatként. Önállóan otthon vagy az NTI számítógéptermében (R316) dolgozhatnak a feladat megoldásán (saját jegyzet, korábbi gyakorlatok anyagai használhatók). A házi feladat jegyzőkönyvének beadási határideje a szorgalmi időszak utolsó napja. A kiválasztható házi feladatok listája: a 2023/2024. tanév őszi félévében kerül kiadásra. Az adott feladatot elsőként választó hallgató e-mailben kapja meg a feladat pontos specifikációját!

Önálló nyelvi feladat (később kerül aktualizálásra):

A tantárgy során ez a másik önálló feladatuk a hallgatóknak. Ennek célja a nyelvi kompetenciájuk fejlesztése. Egy legalább 8 oldalas angol nyelvű tudományos cikket kell választaniuk (például a Science Direct keresőjének segítségével), amely egy CFD-s alkalmazásról szól, majd el kell olvasniuk, a lényegét pedig egy 5-10 perces (az előadások hossza a tárgy aktuális hallgatói létszámától függ) előadásban bemutatniuk az egyik tantermi óra során. További részletek később!

Záróvizsga tételek:

A „CFD módszerek és alkalmazások” című tantárgy az Energetikai Mérnöki MSc képzés Atomenergetika specializáció egyik választható specializációs záróvizsga tárgycsoportjának a része. Ennek a tárgycsoportnak a címe: Termohidraulika (záróvizsga tárgykódja: ZVETE80NETH, a 2019. évi mintatanterv szerint). További vonatkozó részek a tárgycsoport leírásából:

  • „Ez a záróvizsga tantárgycsoport az Atomerőművi üzemzavar-elemzések (BMETE80NE06), valamint a CFD módszerek és alkalmazások (BMETE80NE10) tantárgyak súlyponti részeit tartalmazza. A záróvizsgán minden vizsgázó egy tételt kap a lenti teljes listából, és külön felkészülési idő nélkül felel a feltett tételből.”
  • …
  • „II. CFD MÓDSZEREK ÉS ALKALMAZÁSOK:
    II./1. Ismertesse az anyag-, impulzus- és energia-megmaradási egyenleteket, a megmaradási egyenletek általános alakját (integrális és differenciális), és az állapotegyenletek!II./2. Ismertesse a turbulens áramlások fő jellemzőit, azok számításának módszereit (RANS, LES, DNS), a turbulenciamodellek fő típusait!II./3. Ismertesse a véges térfogatok módszer alapjait, a differenciasémákat (centrális, upwind) és azok tulajdonságait!II./4. Melyek a fő hibaforrások és bizonytalanságok a CFD (Computational Fluid Dynamics) elemzésekben? Ismertesse a Best Practice Guidelines (BPG) fő céljait, módszereit, szempontjait!”

Eredmények (később kerül aktualizálásra):

Az érdemjegyek megállapítása a tárgy tantárgyi adatlapjában (a tantárgyi adatlap aktualizálása folyamatban van) közzétett ponthatárok (7. oldal 3.5 pont) alapján történt.