Aerodynamika dopravních prostředků - KME/ADP
Garant
Cíle předmětu
Cílem předmětu je seznámit studenty se základními principy modelování vnější a vnitřní aerodynamiky dopravních prostředků (silničních a kolejových vozidel) včetně odpovídající legislativy. Student v průběhu semestru získá základní představu o modelování turbulentního proudění a o modelování a numerickém řešení mezní vrstvy při obtékání karosérie dopravních prostředků s využitím výpočtového systému ANSYS Fluent. Bude umět vyjádřit aerodynamický odpor vozidel a definovat problematiku proudění kolem dopravních prostředků při nižších a vysokých rychlostech. Pochopí důležitost vnější aerodynamiky při konstrukci silničních a kolejových vozidel a vnitřní aerodynamiky na komfort a pohodlí posádky. Student po absolvování předmětu získá jak praktické dovednosti při vytváření zjednodušených výpočtových modelů dopravních prostředků s využitím výpočtového systému ANSYS Fluent, tak odpovídající znalosti pro analýzu jejich aerodynamických vlastností.Přehled látky
Harmonogram předmětu (přednášky a cvičení), v rámci cvičení budou řešeny praktické příklady a jejich počítačová implementace:1) Opakování základních pojmů z mechaniky tekutin (výchozí rovnice dynamiky tekutin - rovnice kontinuity, Navierovy-Stokesovy rovnice, energetická rovnice), fyzikální vlastnosti tekutin, přestup tepla.
2) Základy turbulentního proudění - fyzikální význam turbulence, metody modelování turbulentního proudění (RANS a modely turbulence, základy metody simulace velkých vírů (LES) a přímá numerická simulace (DNS)), okrajové podmínky pro turbulentní proudění.
3) Základy numerického řešení proudění - základy diferenčních metod (řád přesnosti, stabilita, konvergence), princip metody konečných objemů.
4) Modelování mezní vrstvy - numerické řešení laminární a turbulentní mezní vrstvy (tloušťka mezní vrstvy, smykové napětí, třecí součinitel) kolem vodorovné desky, význam stěnových funkcí pro profily rychlosti a teploty. Numerické řešení mezní vrstvy při obtékání karoserie silničního a kolejového vozidla ve výpočtovém systému ANSYS Fluent.
5) Obtékání těles a aerodynamický odpor vozidel - definice odporové a vztlakové síly, definice třecího a vztlakového součinitele, numerické řešení odporové a vztlakové síly při obtékání karosérie vozidla ve výpočtovém systému ANSYS Fluent.
6) Základy aeroakustiky - definice aerodynamického hluku vozidel, typy aerodynamického hluku, zdroje hluku a jeho lokalizace, metody vedoucí k minimalizaci zdrojů hluku ve vozidle.
7) Výkon, spotřeba a stabilita vozidla z hlediska aerodynamiky - definice výkonu potřebného k překonání odporu vzduchu a valení, proudění vzduchu pod vozidlem, definice přítlaku a jeho vliv na stabilitu vozidla.
8) Aerodynamika silničních vozidel - popis proudění kolem karoserie silničního vozidla, požadavky na tvar karoserie silničního vozidla z hlediska aerodynamiky, příslušná legislativa.
9) Aerodynamika nákladních vozidel, přívěsů a autobusů, příslušná legislativa.
10) Aerodynamika kolejových vozidel - jízdní odpory kolejových vozidel, rozložení aerodynamického odporu na vozidlech v soupravě, vliv tvaru jednotlivých vozů na jejich aerodynamický odpor, vliv řazení vozů v soupravě, aerodynamický odpor vysokorychlostních jednotek, příslušná legislativa.
11) Aerodynamika kolejových vozidel - požadavky na kolejová vozidla z hlediska aerodynamiky, aerodynamické jevy při průjezdu souprav tunelem, tlakové rázy při míjení souprav, vliv tlakových vln na osoby podél trati, příslušná legislativa.
12) Základy vnitřní aerodynamiky dopravních prostředků - vliv příslušenství vozidel na jejich aerodynamiku, chlazení a klimatizace, komfort a jízdní pohodlí posádky, příslušná legislativa.
13) Experimentální aerodynamika - charakteristiky aerodynamického tunelu, měření v aerodynamickém tunelu, exkurze dle možností.
Odborné dovednosti po absolvování předmětu
Požadavky na studenta
Požadavky k zápočtu:Vypracování a odevzdání semestrální práce na odpovídající úrovni.
Zápočet z předmětu KME/ADP získaný v předchozích letech studia se neuznává.
Požadavky ke zkoušce:
Aktivní znalost přednášené látky a schopnost aplikovat získané poznatky.
Doporučená literatura
- Thomas Christian Schuetz (editor): Aerodynamics of Road Vehicles, Fifth Edition , SAE International, 2016
- SPURK, J.H.: Fluid mechanics , Springer-Verlag, Berlin, 1997
- DVOŘÁK, R. - KOZEL, K.: Matematické modelování v aerodynamice , Vydavatelství ČVUT, Praha, 1996
- T. Yomi Obidi: Theory and Applications of Aerodynamics for Ground Vehicles , SAE International, 2014