Predmeti na FGG

Hidravlično modeliranje - B II - OG

Letnik izvajanja: 1. letnik
Študijski program: B II - Vodarstvo in okoljsko inženirstvo
Izvajalci: nosilec in izvajalec: prof. dr. Franc Steinman
nosilec in izvajalec: prof. dr. Matjaž Četina
asistent: doc. dr. Gašper Rak
asistent: asist. dr. Gorazd Novak
ECTS 8 kreditnih točk
Vsebina predmeta:

a. Sklop “Hidravlika nestalnega toka” Predavanja:

Nestalni tok s prosto gladino (vrste valov, osnovne Saint Venantove enačbe, metode reševanja – metoda karakteristik, eksplicitne in implicitne metode končnih razlik, začetni in robni pogoji, osnove dvodimenzijskih problemov, osnove in primeri gibanja nenewtonskih tekočin – snežni plazovi, drobirski tokovi). Vodni udar v ceveh pod tlakom (opis pojava, izpeljava dinamične in kontinuitetne enačbe, metoda karakteristik, začetni in robni pogoji, ukrepi za blažitev vodnega udara). Vodostani (opis, izpeljava kontinuitetne in dinamične enačbe, enačba nedušenega nihanja, metode reševanja, stabilnost vodostanov, vrste vodostanov, njihova izbira in način računanja).  Teorija valov malih amplitud, analitične rešitve osnovnih enačb.

Vaje

Laboratorijske vaje (potujoči vodni skok, meritve na fizičnem modelu vodostana, uporaba računalniških programov za račun poplavnih, obratovalnih in poplavnih valov ter vodnega udara

– delo v računalniški učilnici).

 

b. “Hidravlika II” Predavanja:

Stalni neenakomerni tok (zahtevni primeri robnih pogojev, opis programske opreme). Fizični hidravlični modeli (dimenzijska analiza, principi teorije podobnosti, distorzirani modeli, proces konstruiranja modela, kriteriji za izbiro fizičnega ali matematičnega modela). Modeliranje hidravličnih objektov (opis hidravličnih lastnosti posameznih objektov oz. naprav, njihovo modeliranje, robni pogoji in načrtovanje ter preverjanje tehničnih zahtev). Modeliranje zahtevnejših cevovodnih sistemov z orodji umetne inteligence (opis hidravličnih lastnosti, karakteristike elementov modeliranja in obratovalnih razmer, verifikacija-umerjanje-validacija modelov cevovodnih sistemov).

Vaje

Laboratorijske vaje (modelna podobnost, osnove merilne tehnike in enostavni merilni sistemi, meritve na fizičnih modelih pregrad, usedalnikov ipd., hidravlično dimenzioniranje sistemov).

Seminar

Izdelava samostojne seminarske naloge, ki obsega: uporabo 1D ali 2D modela za račun zahtevnejšega primera neenakomernega toka v vodotoku ali hidravlično stalnega odprtem modeliranje  zahtevnejšega cevovodnega sistema ali hidravlično modeliranje zahtevnejšega hidrotehničnega objekta.

Namen predmeta:

Cilji

a. Sklop “Hidravlika nestalnega toka”

- Nadgraditi znanje hidravlike stalnega toka s teoretičnimi osnovami in načini reševanja nestalnega toka s prosto gladino in nestacionarnih pojavov v ceveh pod tlakom.

- Podati načine uporabe matematičnih modelov oz. računalniških programov za račun poplavnih, obratovalnih in porušitvenih valov kot osnove za dimenzioniranje hidrotehničnih objektov.

b. Sklop “Hidravlika II”

- Spoznati zahtevnejše primere stalnega neenakomernega toka v odprtih vodotokih in v vodnogospodarskih sistemih ter njihova obratovalna stanja, z upoštevanjem specifičnih robnih pogojev.

- Podati proces izdelave hidravličnih fizičnih modelov, prikaz ustreznih merilnih metod in opreme s podpornimi računalniškim programi.

- Nadgraditi osnovno znanje hidravlike z modeliranjem zahtevnejših hidravličnih objektov in naprav.

- Podati načine hidravličnega modeliranja zahtevnejših sistemov, vključno z verifikacijo, kalibracijo in validacijo modelov.

 

 

Kompetence

a. Sklop “Hidravlika nestalnega toka”

- Sposobnost pravilne definicije gonilnih sil, njim primerne izbire ustreznih osnovnih enačb in pravilne uporabe računalniških programov za določanje merodajnih količin pri nestalnih tokovih.

- Sposobnost posploševanja in razumevanja sorodnih pojavov nestalnega toka s prosto gladino in v cevnih sistemih pod tlakom.

b. Sklop “Hidravlika II”

- Sposobnost oceniti, kdaj zadošča matematični model in kdaj je nujen fizični model.

- Razumeti negotovost rezultatov fizičnega modeliranja oz. izračunov.

- Obvladovanje procesov umerjanja, validacije in kritične ocene rezultatov matematičnih modelov ter prenosa s fizičnih modelov v naravo za najzahtevnejše primere tokov v hidrotehnični praksi.

Literatura:

Steinman, F. 2010. Hidravlika, učbenik. Ljubljana, UL FGG, str. 295.

Rajar, R. 1980. Hidravlika nestalnega toka, univerzitetni učbenik. Ljubljana, UL FGG, str. 279.

Ivetić, M. 1996. Računska hidraulika – tečenje u cevima. Beograd, Građevinski fakultet, str. 306.

US Army Corps of Engineers: HEC-RAS 4.0.

Dostopno na: http://www.hec.usace.army.mil/software/hec-ras .

US Environmental Protection Agency: EPANET 2.0.

Dostopno na: http://www.epa.gov/nrmrl/wswrd/dw/epanet.html .