Přejít k obsahu

Zaměření

Skupina Matematicko-fyzikálního modelování a výpočty vznikla v září 2011 sloučením pracovních skupin ze dvou kateder. Z pracovníků Katedry teoretické elektrotechniky vzniklo oddělení matematického a fyzikálního modelování, z pracovníků Katedry pohonů a výkonové elektroniky bylo vytvořeno oddělení elektromechanických systémů. V roce 2012 byla skupina doplněna dvěma absolventy Matematicko-fyzikální fakulty Univerzity Karlovy. Činnost skupiny lze rozdělit do tří oblastí.

První základní činností týmu je výzkum a vývoj nových metod řešení fyzikálních polí. V rámci této činnosti se členové týmu podílejí na vývoji dvou volně šiřitelných softwarových projektů pro řešení fyzikálních polí metodou konečných prvků: knihovny MFEM a programu Agros2D. Zkušenosti získané při realizaci těchto dvou velkých projektů jsme schopni využít při realizaci softwarových projektů na zakázku.

Druhou důležitou oblastí je modelování složitých multifyzikálních úloh. Odborníci řeší tyto úlohy v řadě komerčních programů - ANSYS, COMSOL Multiphysics, CST, FEMM, MATLAB, SIMULINK. Provádí návrhy elektrických strojů, tepelné výpočty, výpočty rozběhových charakteristik strojů, analýzy provozních stavů, stejně jako výpočty v oblasti elektromagneticého pole, strukturální mechaniky, teplotního pole, proudění, akustiky a vysokofrekvenční techniky. 

V rámci této skupiny se měří a zkouší elektrické stroje. Při uvádění točivých strojů do provozu tým zajišťuje měření točivého momentu, rychlostí, provozních a zatěžovacích charakteristik, měření chvění a vibrací. Specialisté provádí analýzy elektromechanických systémů z hlediska hlučnosti a analýzy přechodných stavů elektromechanických systémů.

Teoretická a praktická využitelnost

Činnost a vybavení týmu je možné využít v základním i aplikovaném výzkumu a vývoji. Výpočty se uplatní při vývoji a optimalizaci nových zařízení, kde nahrazují experimenty.  Matematicko-fyzikální modelování se využívá i v případě nákladných, nebezpečných nebo obtížně proveditelných experimentů.

Řešené úlohy v současnosti

Jednou z hlavních činností skupiny Modelování je vývoj vlastních softwarových prostředků určených pro řešení komplexních technických problémů. Jedná se zejména o program Agros2D, který řeší problémy popsané pomocí parciálních diferenciálních rovnic. Agros2D je založen na knihovně DEAL.II. Jsou implementovány různé druhy analýz (ustálený stav, přechodový děj, harmonická analýza) pro rozličná fyzikální pole (elektrostatické, magnetické, proudové, teplotní a pole elastických deformací). Důležitou vlastností je, že jednotlivá pole lze vzájemně sdružovat, a řešit tak komplexní technické problémy. Program je možné použít i pro výpočty z oblasti akustiky a proudění.

Projekty Agros2D a MFEM se snaží vytvořit dostatečně univerzální nástroj, který může být využit pracovníky univerzit i jinými zájemci o provádění praktických výpočtů. V současné době je systém využíván jako nástroj při výzkumu na univerzitách či při výuce, stejně jako několika firmami pro vývoj komerčních zařízení. V budoucnu by se měl stát jedním z nástrojů, jenž bude použitelný k firemním výpočtům. Výhodou oproti běžně užívaným komerčním aplikacím je možnost přidání nových modulů (na míru) pro konkrétní požadované aplikace.

V oblasti výpočtů a modelování fyzikálních polí se zabýváme modelováním magnetických polí  elektrických strojů, teplotními výpočty elektrických strojů, výpočty proudění a ventilace. Spolupracujeme na teplotních výpočtech při indukčním a laserovém zpracování kovů. Část týmu se zabývá výpočty akustických polí a spolupracuje při návrhu difuzorů.

V oblasti měření a zkoušení elektrických strojů se v současnosti zaměřuje především na pokročilé způsoby analýzy elektrických strojů, zejména strojů s permanentními magnety s ohledem na jejich možné využití v oblasti vyšších výkonů.

Nabídka

Skupina Matematicko-fyzikálního modelování a výpočty nabízí:               

  • návrhy elektromechanických měničů,
  • výpočty v elektrotepelné technice, návrh indukčního a dielektrického ohřevu,
  • analýzu pohybu nabitých částic v elektromagnetickém poli (elektrostatická separace, elektronová mikroskopie, problémy vysokého napětí, dynamický model korony),
  • modelování magnetických polí v programech ANSYS, COMSOL, FEMM, Agros2D,
  • simulaci a analýzu dynamických systémů v programech SIMULINK, MATLAB, OPEN MODELICA.
  • modelování akustických polí (Agros2D, COMSOL),
  • tepelné výpočty ve stavebnictví,
  • měření na elektrických strojích za pomoci trojfázových analyzátorů sítě, osciloskopů, dynamometrů,
  • diagnostiku elektrických strojů na základě měření, případně měření porovnané s výpočty,
  • návrh elektrických strojů výsledkem mohou být funkční vzory i prototypy vyrobené jednotlivými firmami,
  • výpočty proudění vzduchu, ventilační výpočty, sdružené tepelně–ventilační výpočty, optimalizaci ventilačních obvodů, návrh ventilátorů
  • analýzu elektrických strojů za pomoci analytických i numerických výpočetních metod.

 

Patička