Eksperimentalno modeliranje v EPS

Predmet obravnava eksperimentalne in metode modeliranja v energetiki in procesnem strojništvu. Predmetne teme umestimo kot podsklop digitalnega dvojčka. V uvodu bodo študentje spoznali osnove turbinskih strojev in dimenzijske analize.

V delu, ki se nanaša na eksperimentalno delo, je predstavljeno načrtovanje merilnih postaj za merjenje lastnosti ventilatorjev, črpalk in turbin. Obravnavane so glavne vrste merilnih postaj. Pojasnjena je merilna oprema in njena namestitev. To vključuje tlak, prostorninski pretok, navor, vrtilno frekvenco, električni tok, napetost, moč, itd. Pojasnjeno je delovanje elektromotorjev in generatorjev. Študenti se naučijo zasnovati eksperiment in pred modeliranjem predhodno obdelati podatke. Del o metodah modeliranja se osredotoča na linearne statistične modele v obliki sive ali črne škatle. Primerjajo se parametrični in neparametrični modeli. Pojasnjene so lastnosti linearnih modelov. Razpravljali bomo o metodah za določitanje parametrov modela in oceniti njihovo kakovost. Predmet se bo zaključil z nekaj primeri.

Vaje bodo potekale večinoma v laboratoriju. Vsaka posamezna vaja bo potekala v dveh delih. V prvem delu (dve šolski uri) bodo študenti pod vodstvom asistenta samostojno zgradili merilno postajo, vgradili in priključili merilnike ter izvedli meritve. Pri meritvah se bo uporabljala industrijska procesna in merilna oprema. V drugem delu (ponovno dve šolski uri) bodo študenti pod vodstvom asistenta izvedli modeliranje v programskem jeziku Python.

Turbinski stroji

V uvodu bomo obravnavali osnove delovanja turbinskih strojev, prvi zakon termodinamike za turbinske stroje, izkoristke, karakteristike, in izgube v pretočnem traktu turbinskih stroje. Zapisali bomo trikotnike hitrosti in na podlagi pristopa kontrolnega volumna razložili Eulerjevo enačbo. Obravnavali bomo obliko lopatic radialnega rotorja in vpliv na generacijo statičnega in dinamičnega tlaka preko reaktivnosti. Podali bomo poenostavljen postopek za določitev oblike rotorja in spirale radialnega ventilatorja. Pri aksialnih turbinskih strojih bomo obravnavali pojav prečrpavanja. Navedli bomo postopek določanja lopatic aksialnega ventilatorja glede na željeno obratovalno točko. Predstavili bomo glavne tipe vodnih turbin in njihovo delovanje ter vključitev v hidroenergetski sistem.

Vaje bodo potekale v laboratoriju. Študenti bodo pri vajah pod vodstvom asistenta samostojno zgradili merilne postaje, vgradili in priključili merilnike ter izvedli meritve. Pri meritvah se bo uporabljala industrijska procesna in merilna oprema. Del vaj bo izveden z računalnikom v programskem okolju TCAE. TCAE temelji na odprtokodni programski opremi OPENFoam in je zasnovan kot vmesnik za izračun toka v turbinskih strojih na osnovi Navier Stokesovih enačb.

Trajnostni viri električne energije

V uvodu bomo pri predavanjih obravnavali zgradbo in delovanje ter opisali gradnike vodnih turbin ter hidroenergetskega sistema za Peltonove, Francisove, Kaplanove, cevne in druge turbine. Navedli bomo princip delovanja glede na Eulerjevo enačbo in trikotnike hitrosti. Obravnavali bomo načrtovanje in izdelavo vodnih turbin ter priključitev na elektroenergetsko omrežje. V drugem delu bomo obravnavali vetrno energijo in delovanje vetrnic, načrtovanje oblike lopatic vetrnih turbin in umeščanje v prostor. V zadnjem delu bomo obravnavali delovanje sončnih celic in shranjevanje električne energije. Glede na povečano količino električne energije iz obnovljivih virov energije bomo obravnavali pomen hitrega odziva elektrarn za zagotavljanje sistemskih storitev omrežja.

Vaje bodo potekale večinoma v laboratoriju. Študenti bodo pri vajah pod vodstvom asistenta samostojno zgradili merilne postaje, vgradili in priključili merilnike ter izvedli meritve. Pri meritvah se bo uporabljala industrijska procesna in merilna oprema.

Hidro in vetrni energetski sistemi

Pri predavanjih bomo obravnavali zgradbo in delovanje ter opisali gradnike vodnih turbin ter hidroenergetskega sistema za Peltonove, Francisove, Kaplanove, cevne in druge turbine. Navedli bomo princip delovanja glede na Eulerjevo enačbo in trikotnike hitrosti ter obravnavali karakteristiko in školjčni diagram. Obravnavali bomo izdelavo vodnih turbin ter priključitev na elektroenergetsko omrežje. V drugem delu bomo obravnavali vetrno energijo in delovanje vetrnic, načrtovanje oblike lopatic vetrnih turbin in umeščanje v prostor.

Vaje bodo potekale večinoma v laboratoriju. Študenti bodo pri vajah pod vodstvom asistenta samostojno zgradili merilne postaje, vgradili in priključili merilnike ter izvedli meritve. Pri meritvah se bo uporabljala industrijska procesna in merilna oprema.

Eksperimentalne metode v energetskem strojništvu

Predmet se izvaja skupaj s prof. Kutinom (LMPS). Del, ki se bo izvajal v LVTS, bo vseboval postopke merjenja energetskih sistemov in načrtovanje merilnih postaj za gradnike energetskih postrojenj. To vsebuje pomen in način meritve električne in mehanske moči, merjenje lastnosti energetskih strojev na merilnih postajah, izvedbo merilne postaje za merjenje ventilatorjev, turbin in črpalk, določanje karakteristike, izkoristka in NPSH. V zaključku bomo obravnavali merjenje emisij delcev in plinov energetskih sistemov.

Vaje v okviru LVTS bodo potekale večinoma v laboratoriju. Študenti bodo pri vajah pod vodstvom asistenta samostojno zgradili merilne postaje, vgradili in priključili merilnike ter izvedli meritve. Pri meritvah se bo uporabljala industrijska procesna in merilna oprema.