Detail předmětu
Modelování procesů
FSI-IMP Ak. rok: 2021/2022 Zimní semestr
V kurzu se posluchači na řadě příkladů seznámí se základními typy matematických modelů používaných pro navrhování, analýzu a optimalizaci procesních systémů a zařízení:
• Model zpracovatelské linky popisující hmotovou a energetickou bilanci kontinuálního procesu v ustáleném stavu.
• Model procesního zařízení popisující průběh procesu v závislosti na čase.
• Model pro optimalizaci procesu či zařízení.
• Model pro detailní analýzu podmínek v zařízení.
Probírané modely jsou povětšinou na bázi systému rovnic (převážně lineárních) a obyčejných diferenciálních rovnic. Kromě analytického řešení systémů rovnic se posluchači naučí aplikovat základní numerické metody řešení a naučí se řešit příklady s počítačovou podporou.
Garant předmětu
Zajišťuje ústav
Výsledky učení předmětu
Pochopení zásad návrhu matematických modelů procesních a energetických systémů a jejich aplikací v praxi. Přehled o procesních a energetických systémech a typech modelů, které se používají pro jejich navrhování, analýzu a optimalizaci. Po absolvování by posluchači měli být schopni zvolit vhodný typ modelu pro návrh, analýzu či optimalizaci systému či zařízení a rozumět podstatě používaných modelů.
Prerekvizity
Základní znalosti z matematiky a fyziky z prvních čtyř semestrů studia na FSI.
Plánované vzdělávací činnosti a výukové metody
Předmět je vyučován formou přednášek, které mají charakter výkladu základních principů a teorie, vysvětlení metod řešení a předvedení postupů řešení. Přednášky zahrnují ukázkové příklady, řešené interaktivně se studenty, s důrazem na pochopení. Průběžně je do přednášek zahrnuto opakování nejdůležitějších prerekvizit, nutných pro zvládnutí probírané látky.
Cvičení je zaměřeno na řešení příkladů s využitím teorie a metod z přednášek, většinou na počítači, v programu MS Excel.
Způsob a kritéria hodnocení
ZÁPOČET: Pro udělení zápočtu je nutná pravidelná a aktivní účast ve cvičeních, dodání všech zadaných úkolů a úspěšné zvládnutí zápočtové písemky. Kritériem úspěšného zvládnutí písemky je získání nadpolovičního počtu bodů. Posluchač má u písemky možnost jedné opravy.
ZKOUŠKA: Zkouška je písemná. Maximální celkový dosažitelný počet bodů ze zápočtu a zkoušky je 100. Hodnocení je pak provedeno standardním způsobem podle počtu dosažených bodů (0-50 bodů …F, 51-60 bodů …E, 61-70 bodů …D, 71-80 bodů …C, 81-90 bodů …B, 91 a víc bodů …A).
Jazyk výuky
čeština
Cíl
Cílem je seznámení studentů s přístupy k modelování pro návrh, analýzu a optimalizaci provozování průmyslových a energetických jednotek (procesů) a zařízení. Studenti by měli být schopni vybrat typ modelu pro řešení typických problémů, mít povědomí o metodách řešení a být schopni jednodušší úlohy řešit.
Vymezení kontrolované výuky a způsob jejího provádění a formy nahrazování zameškané výuky
Účast ve cvičení je kontrolována, nutnou podmínkou udělení zápočtu je pravidelná účast ve výuce (tzn. maximálně 3 neúčasti ve cvičení).. Účast na přednáškách není kontrolovaná, nicméně splnění úkolů ve cvičeních vyžaduje znalosti z přednášek.
Použití předmětu ve studijních plánech
Program B3S-P: Strojírenství, bakalářský
obor B-EPP: Energetika, procesy a životní prostředí, 6 kredity, povinný
Typ (způsob) výuky
Přednáška
26 hod., nepovinná
Vyučující / Lektor
Osnova
1. Úvod do modelování a inženýrských výpočtů: definice systému a modelu, procesní schéma, procesní proměnné
2. Materiálová bilance: základní rovnice, stupně volnosti, bilance pro systému s více procesními jednotkami
3. Materiálová bilance: procesy s recyklem, by-passem, procesy s reakcemi
4. Energetická bilance: otevřený a uzavřený systém, vnitřní energie, entalpie
5. Energetická bilance: procesy s reakcemi
6. Výpočty bilancí: sekvenčně modulární, rovnicový
7. Bilance pro neustálený stav: materiálová a energetická bilance, řešení diferenciálních rovnic analyticky i numericky
8. Bilance pro neustálený stav: postup při řešení komplexnějších procesů
9. Experimentální ověření modelu: sestavení modelu, výpočty, experiment, srovnání
10. Modelování s použitím provozních dat: lineární regresní analýza, nelineární regrese
11. Optimalizace a citlivostní analýza: formulace úlohy optimalizace, metody řešení, provádění citlivostní analýzy,
12. Technicko-ekonomické modely: hodnocení investic, metody pro systémy s neurčitými parametry.
13. Opakování, řešení příkladů z celého rozsahu probírané látky.
Cvičení s počítačovou podporou
26 hod., povinná
Vyučující / Lektor
Osnova
Cvičení s počítačovou podporou. Řešení úloh k jednotlivým přednáškovým tématům, vesměs v programu MS Excel.