Termohydraulický návrh jaderných zařízení 2
Kód | Zakončení | Kredity | Rozsah | Jazyk výuky |
---|---|---|---|---|
17THNJ2 | Z,ZK | 3 | 2+1 | česky |
- Garant předmětu:
- Přednášející:
- Cvičící:
- Předmět zajišťuje:
- katedra jaderných reaktorů
- Anotace:
-
Předmět uvádí studenty do problematiky mechaniky tekutiní. Nejvýznamnější část věnována základům popisu proudění, definici potřebných veličin a rovnic, tlakovým ztrátám,1D popisu proudění, turbulenci a jejímu vlivu na vlastnosti proudu, mezním vrstvám a odstředivým čerpadlům. V kurzu tak studenti získají základní náhled do problematiky, který je důležitý pro následné další vzděláváná jak v oboru mechaniky tekutin tak v dalších inženýrských oblastech (sdílení tepla, provoz elektráren, konstrukce strojů pro jaderné elektrárny).
- Požadavky:
-
THNJ1
- Osnova přednášek:
-
1. Úvod do předmětu, definice pojmů a veličin
Rozsah: 1 přednáška
Uvedení do problematiky proudění, definice základních veličin v mechanice tekutin (tlak, rychlostní pole, atd.), popis základních vlastností tekutin (např. viskozita, povrchové napětí, atd.), Newtonův zákon, rozdělení tekutin.
2. Hydrostatika
Rozsah: 2 přednášky
Hydrostatický tlak, Archimédův zákon, výpočet síly působící na plochy rovinné i zakřivené, odvození Eulerovy rovnice statiky tekutin a její použití: tekutiny v relativní silové rovnováze, ekvipotenciální plochy.
3. Kinematika tekutin
Rozsah: 1 přednáška
Základní pojmy (proudnice, vířivost, vírová trubice, cirkulace rychlosti, atd.) a zákonitosti (Helmholtzovy věty, Stokesova věta, atd.), odvození rovnice kontinuity, potenciální proudění (definice, využití komplexního potenciálu proudění pro výpočty, obtékání základních geometrií).
4. Rovnice obecné dynamiky tekutin
Rozsah: 2 přednášky
Základní definice z oblasti dynamiky tekutin, Eulerova rovnice dynamiky tekutin, Navier-Stokesovy rovnice pro nestlačitelné i stlačitelné tekutiny jejich odvození a hraniční podmínky, definice hydraulického průměru, výpočty základních typů proudění (mezi rovinnými deskami, stékání po stěně, atd.)
5. Turbulentní proudění
Rozsah: 1 přednáška
Definice turbulentního proudění a jeho popis v Eulerově i Lagrangeově přístupu, metody popisu a výpočtu turbulentního proudění: Reynoldsovy rovnice a problematika jejich uzavírání, Reynoldsova napětí, turbulentní kinetická energie, základní vlastnosti turbulence, Boussinesquova hypotéza, turbulentní viskozita, vliv turbulence na vlastnosti proudění.
6. 1D proudění a tlakové ztráty
Rozsah: 3 přednášky
Odvození Bernoulliovy rovnice a Euler-Lagrangeovy rovnice, použití rovnic pro výpočty 1D proudění, ztrátová energie, zjednodušení vybraných případů proudění na 1D proudění a jejich řešení: výtoky z nádob různými otvory a kanály, clony, Prandtlova a Pitottova trubice, nestacionární proudění, definice tlakových ztrát, tlakové ztráty místními odpory - součinitelé místních odporů: tvarovky, armatury, apod., místní odpory v jaderných reaktorech (vstup palivových souborů, distanční mřížky, výstup, ?), tlakové ztráty třením: součinitel tření pro různé typy proudění a kanály a jeho určení, tlakové ztráty na urychlení tekutiny, tlakové ztráty hydrostatickým tlakem, výpočty s tlakovými ztrátami, využití tlakových ztrát pro výpočet rychlostního profilu v potrubí (mocninový zákon).
7. Integrální věta o změně hybnostního toku
Rozsah: 1 přednáška
Odvození integrální věty o změně hybnostního toku, použití integrální věty o změně hybnostního toku pro výpočty: silového působení tekutiny na kanály, stěny a zakřivené plochy, Peltonovy turbíny, proudových čerpadel.
8. Obtékání povrchu reálnou tekutinou, mezní vrstvy
Rozsah: 1 přednáška
Definice a vznik a typy mezních vrstev, základní vlastnosti mezní vrstvy, výpočet rovinné mezní vrstvy, mezní vrstva při obtékání zakřivené stěny a problematika jejího odtržení, výpočet síly působící na obtékanou stěnu (těleso).
9. Rotující kanál a odstředivé čerpadlo
Rozsah: 1 přednáška
Teorie rotujícího kanálu, rovnice rotujícího kanálu, aplikace v odstředivém čerpadle, čerpací zařízení a měrná energie čerpadla, charakteristika čerpadla (Q-H charakteristika) a jeho návrh pro potrubí.
- Osnova cvičení:
-
Vybrané probírané kapitoly jsou demonstrovány na praktických jednoduchých příkladech, které s pomocí vyučujícího studenti samostatně řeší. Výpočet v kapitolách: hydrostatický tlak, síla kapaliny působící na stěnu, Archimédův zákon, komplexní potenciál proudění, Navier-Stokesovy rovnice, tlakové ztráty, Bernoulliova rovnice, Euler-Lagrangeova rovnice, integrální věta o změně hybnostního toku, čerpací zařízení, prostup tepla stěnou, žebra, teplotní pole v desce s vnitřními zdroji při nesymetrických hraničních podmínkách 3. a 4. druhu, vnější konvekce (přirozená i nucená), vnitřní konvekce, var, sdílení tepla radiací.
- Cíle studia:
-
Znalosti: Studenti získají základní znalosti z oblasti mechaniky tekutin, uplatnitelné zejména při řešení termohydrauliky primárního okruhu a aktivní zóny jaderných reaktorů. Získané obecné vědomosti z oboru jim rovněž usnadní vstup do podrobnějších konstrukčních návrhů i dalších zařízení jaderných elektráren, jako např. tepelné výměníky, čerpadla, apod., a pomohou objasnit jejich provozní charakteristiky.
Schopnosti: Studenti získají orientaci v dané problematice a budou schopni základních konstrukčních výpočtů. Získané znalosti uplatní v další části předmětu THNJ3 a THNJ4 a všech navazujících předmětech zabývajících se tepelnou a hydraulickou problematikou nebo konstrukcí jednotlivých zařízení na elektrárnách i chování a řízení jaderné elektrárny jako celku.
- Studijní materiály:
-
Hejzlar, R.: Mechanika tekutin, Vydavatelství ČVUT, Praha, 2001
Mareš R., Šifner O., Kadrnožka J.: Tabulky vlastností vody a vodní páry podle průmyslové formulace IAPWS-IF97, VUTIUM , 1999, ISBN 80-214-1316-6
Tong, L.S., Weisman, J.: Thermal Analysis of Pressurized Water Reactors, American Nuclear Society, Illinois USA, 1996, ISBN: 0-89448-038-3
- Poznámka:
- Další informace:
- Pro tento předmět se rozvrh nepřipravuje
- Předmět je součástí následujících studijních plánů: