TEP4280 Introduksjon til numerisk strømningsberegning

Kompetanse

Etter fullført kurs vil kandidaten kunne ...

1. bruke kunnskap om matematiske modelleringsteknikker og gjennomføre numeriske strømningsberegninger av ingeniør-relaterte problemer.
2. modellere og simulere fluidrelaterte problemer ved å bruke tilgjengelige programvareverktøy.
3. bruke kunnskap om verifikasjons- og valideringsteknikker til å evaluere kvaliteten på den matematiske modellen, og begrunne påliteligheten til resultatene.
4. kommunisere resultatene av et modellert og simulert ingeniørproblem gjennom en vitenskapelig rapport og presentasjon.

Ferdighet

Etter fullført kurs vil kandidaten kunne...

1. utarbeide numerisk modell av realistiske ingeniørmessige problemstillinger, og simulere disse med gitte antakelser og beskrive resultatene med en spesifisert grad av nøyaktighet.
2. bruke kunnskap om numeriske metoder, turbulensmodellering, diskretisering og randbetingelser, og velge nødvendige parametere for å gjennomføre simuleringene.
3. klassifisere og vurdere mellom kompleksiteten til virkelige ingeniørsaker og tilgjengelige dataressurser. Kandidaten skal gjøre passende vurderinger av nødvendige forenklinger av den matematiske modellen og konsekvensene i form av nøyaktighet av resultatene.
4. løse forenklede tekniske problemer knyttet til fluiddynamikk ved hjelp av endelige differanser.
5. samarbeide i grupper og lage en vitenskapelig presentasjon, diskutere numeriske resultater, og bedømme kvaliteten på resultatene ut fra dagens status innenfor CFD. I tillegg skal kandidaten dokumentere arbeidet i en vitenskapelig rapport.

Kunnskap

Etter fullført kurs skal kandidaten ...

1. kunne forklare bevaringslovene og beskrive disse i sammenheng med numerisk strømningsberegning.
2. kunne løse forenklede fluiddynamiske problemer ved hjelp av kunnskap om partielle differensialligninger.
3. ha kunnskap om endelig differanser og endelig volum metoder, og vil kunne formulere grunnleggende fluiddynamisk-relaterte ingeniørproblemer med aktuell programvare.
4. kan liste de essensielle trinnene, fysiske lover, likninger og metoder som brukes for å gjennomføre en simuleringsbasert fluiddynamisk analyse.
5. ha kunnskap om grunnleggende etterbehandlingsteknikker av et simulert problem og kan vise konturer, strømlinjer og vektorer.
6. ha kunnskap om programvare for å modellere, og kan simulere forenklede fluiddynamiske problemer.
7. ha kunnskap om numeriske feil og usikkerheter, og trekke foreløpige konklusjoner om nøyaktigheten av de modellene.

ha kunnskap om dokumentasjon av vitenskapelige resultater oppnådd gjennom numerisk strømningsberegning.

Det er en fordel å ha erfaring i programmering, det kan være python, matlab.

Erfaring med linux er også nyttig.

Det vil være en fordel om du har gjennomført følgende kurs:

• TEP4100/TEP4110 Fluid Mechanics
• TMA4122 Calculus 4M, or equivalent courses.

1. Det vil bli gitt noen læringsoppgaver, og studentene må løse dem før prosjektarbeidet starter. Øvelsene tar sikte på å anvende teoretiske begreper lært i den tilsvarende uken og å løse faglige problemer eller gitt testcases. Disse øvelsene vil bidra til å utvikle problemløsning, matematisk, analytisk og kritisk tenkning. Vurderingskriterier for øvelsene vil bli presentert og diskutert i klasserommet. Øvelsene er forskjellige fra hverandre; derfor kan det være mulighet for ulike vurderingskriterier og krav om minimumspoeng for hver øvelse.
2. Studentene gjennomfører prosjektarbeidet i gruppe i løpet av semesteret. Prosjektrapporten i foreskrevet vitenskapelig format skal leveres til eksamenssystemet innen fristen. Prosjektpresentasjon er obligatorisk og er en del av prosjektarbeidet. Spesifikke krav og kriterier for prosjektrapporten og presentasjonen vil bli gitt i klasserommet.

Vilkår

1. Det er ikke tillatt å ta prosjektarbeidet på nytt. Det kan gis unntak dersom en student stryker i det forrige prosjektarbeidet. I dette tilfellet må studenten gjennomføre prosjektet i vårsemesteret sammen med ordinær undervisning, fullføre prosjektpresentasjonen og levere prosjektrapporten.
2. Dersom en student ønsker å ta hele emnet på nytt for å forbedre karakteren, må studenten fullføre de obligatoriske aktivitetene og prosjektet i vårsemesteret.

Vi vil bruke deler av følgende lærebok under første del av kurset:

Introduction to Computational Fluid Dynamics, An: The Finite Volume Method. Authors: H Versteeg and W Malalasekera. Publisher: Pearson.

Vi vil også bruke hjelpemateriell knyttet til OpenFOAM. Mer informasjon om de andre relevante bøkene og studiemateriellet vil bli gitt i klasserommet.

Studentene vil også forutsettes å lese enkelte forskningsartikler under prosjektarbeidet. Spesifikke detaljer om forskningsartiklene vil bli gitt ved starten av prosjeket.

Læringsmetoder er delt inn i flere kategorier,

• samarbeidslæring i gruppe,
• prosjektbasert læring,
• problembasert læring (casestudier).

Den aller første forelesningen fokuserer på kursspesifikk informasjon som kursstruktur, oppgaver, gruppearbeid, vurdering, forventninger og læringsutbytte. Det er ønskelig at alle studenter er til stede i den første forelesningen. De påfølgende forelesningene fokuserer på kursspesifikke instruksjoner og læring. Dette kurset er delt inn i to hovedsegmenter: (1) vanlige forelesninger og (2) prosjektarbeid. I ordinære forelesninger vil det bli gitt undervisning om teoretiske begreper og matematisk modellering gjennom forelesninger, presentasjoner, gruppearbeid og øvinger. Andre del av semesteret vil fokusere på å anvende de teoretiske begrepene og programmeringsferdigheter i prosjektarbeid. Prosjektarbeid skal utføres ved hjelp av tilgjengelige simuleringsverktøy for å løse oppgaver. Det inkluderer å lage geometri, grid, spesifisere grensebetingelser, simulere og etterbehande resultater. Studentene skal levere prosjektpresentasjon og rapport på slutten av semesteret.

Vi vil bruke OpenFOAM og ParaView som verktøy for CFD-simuleringer og etterbehandling av resultatene. Dette kurset gir ikke detaljer om OpenFOAM-programvaren. Nødvendig informasjon for å gjennomføre CFD-simuleringer ved bruk av OpenFOAM vil bli gitt under prosjektarbeidet.