Termodynamika

stacjonarne

jednolite magisterskie

obowiązkowy

W 20/+, C 12/+, L 12/+ razem: 44 godz., 4 pkt ECTS

Matematyka 1 / wymagania wstępne: znajomość funkcji elementarnych, znajomość podstaw rachunku macierzowego i umiejętność rozwiązywania układów liniowych równań algebraicznych;

Matematyka 2 / wymagania wstępne: znajomość rachunku różniczkowego i całkowego funkcji jednej zmiennej;

Matematyka 3 / wymagania wstępne: znajomość podstaw rachunku różniczkowego i całkowego funkcji dwóch i więcej zmiennych z uwzględnieniem wyznacza cznia całki oznaczonej;

Fizyka 1 / wymagania wstępne: znajomość podstawowych wielkości fizycznych, znajomość metod formułowania i rozwiązywania problemów fizycznych, znajomość podstawowych praw zachowania, umiejętność rozróżnienia fenomenologicznych i statystycznych metod opisu zagadnień fizyki;

Mechanika Techniczna / wymagania wstępne: znajomość wielkości mechanicznych oraz podstawowych praw mechaniki;

Metrologia / wymagania wstępne: znajomość zasad działania podstawowych przyrządów i systemów pomiarowych;

jednolite studia magisterskie, cywilne, Technologie przełomowe

prof. dr hab. inż. Janusz TERPIŁOWSKI

prof. dr hab. inż. Piotr KONIORCZYK

prof. dr hab. inż. Andrzej PANAS

prof. dr hab. inż. Janusz ZMYWACZYK

Aktywność / obciążenie studenta w godz.

1. Udział w wykładach / 20.

2. Udział w laboratoriach / 12

3. Udział w ćwiczeniach / 12

4. Udział w seminariach / …..

5. Samodzielne studiowanie tematyki wykładów / 26

6. Samodzielne przygotowanie do laboratoriów / 14

7. Samodzielne przygotowanie do ćwiczeń / 16

8. Samodzielne przygotowanie do seminarium / …..

9. Realizacja projektu / …..

10. Udział w konsultacjach / 16

11. Przygotowanie do egzaminu / …..

12. Przygotowanie do zaliczenia / 4

13. Udział w egzaminie /

Sumaryczne obciążenie pracą studenta: 120 godz./ 4 ECTS

Zajęcia z udziałem nauczycieli (1+2+3+4+9+13): 44 godz./ 1,5 ECTS

Zajęcia powiązane z działalnością naukową 90 godz / 3 ECTS

Zajęcia o charakterze praktycznym ….. godz./…..ECTS

Własności cieplne substancji. Ciepło, praca, energia i energia wewnętrzna. Zasady termodynamiki dla układów zamkniętych i otwartych. Własności płynów. Przemiany gazów doskonałych i rzeczywistych. Przemiany nieodwracalne. Obiegi termodynamiczne maszyn i urządzeń cieplnych. Podstawowe pojęcia i prawa w wymianie ciepła. Ustalone i nieustalone przewodzenie ciepła dla układów o prostej geometrii. Wyznaczanie współczynników przejmowania ciepła i strumieni ciepła przy mieszanej wymianie ciepła. Konwekcja wymuszona i konwekcja swobodna. Podstawowe własności promieniowania cieplnego.

Wykład / metoda werbalno-wizualna wykorzystaniem nowoczesnych technik multimedialnych (prezentacji z elementami animacji, z ilustracjami i schematami przykładowych rozwiązań). Podanie treści do samodzielnego studiowania w celu utrwalenia wiedzy określonej efektami W1, W2. Wprowadzanie podstawowej terminologii z przedmiotu w języku angielskim.

1. Własności płynów / 2

Lepkość. Stan termodynamiczny. Termiczne równanie stanu gazów doskonałych. Równania stanu gazów rzeczywistych. Stan termodynamiczny. Roztwory gazów doskonałych.

2. Zasady termodynamiki dla układów zamkniętych i otwartych / 2 /

Przemiany termodynamiczne. Praca przemiany. Pierwsza zasada termodynamiki. Bilans energii dla układu przepływowego w stanie ustalonym. Bilans energii układu otwartego. Ciepło właściwe. Druga i trzecia zasada termodynamiki. Własności ciał w niskich temperaturach.

3. Ciepło, praca, energia i energia wewnętrzna. Przemiany gazów doskonałych i rzeczywistych. Przemiany nieodwracalne / 2

Energia wewnętrzna gazów doskonałych. Zależność ciepła właściwego gazów doskonałych od temperatury. Ciepło przemiany. Przemiany termodynamiczne gazów doskonałych. Energia wewnętrzna gazów rzeczywistych. Współczynniki termodynamiczne. Równania Maxwella. Ciepło właściwe gazów rzeczywistych. Przemiany nieodwracalne. Przejścia fazowe.

4. Obiegi termodynamiczne maszyn i urządzeń cieplnych /2

Obiegi porównawcze maszyn cieplnych. Obiegi silników tłokowych. Obiegi silników turbinowych. Obiegi sprężarek. Obiegi chłodziarek.

5. Podstawowe pojęcia i prawa w wymianie ciepła / 2

Pole temperatury, podstawowe mechanizmy wymiany ciepła. Prawo Fouriera. Prawo Newtona. Promieniowanie termiczne. Równanie różniczkowe przewodzenia ciepła w ciałach stałych i warunki jednoznaczności jego rozwiązania.

6. Własności cieplne substancji / 2

Własności termofizyczne: dyfuzyjność cieplna, przewodność cieplna, ciepło właściwe, rozszerzalność cieplna.

Układy pomiarowe do wyznaczania własności termofizycznych materia-łów: dyfuzyjności cieplnej, przewodności cieplnej, rozszerzalności cieplnej, ciepła właściwego.

7. Ustalone i nieustalone przewodzenie ciepła dla układów o prostej geometrii / 2

Podstawowe metody analityczne i numeryczne rozwiązywania równania Fouriera:

a) Analityczne metody rozwiązywania zagadnień dwuwymiarowych ustalonych pól temperatury.

b) Analityczne metody rozwiązywania zagadnień nieustalonych pól temperatury.

c) Numeryczne metody rozwiązywania zagadnień przewodzenia ciepła.

8. Wyznaczanie współczynników przejmowania ciepła i strumieni cie-pła przy mieszanej wymianie ciepła / 2

8A. Zastosowanie teorii podobieństwa do określania współczynników przejmowania ciepła.

8B. Konwekcja mieszana.

9. Konwekcja wymuszona i konwekcja swobodna / 2

9A. Wymiana ciepła przy konwekcji swobodnej i ruchu burzliwym.

9B. Konwekcja swobodna w przestrzeni zamkniętej: szczelina pozioma, szczelina pionowa, szczelina pierścieniowa.

10. Podstawowe własności promieniowania cieplnego / 2

Emisyjność ciał. Stosunki konfiguracji. Radiacyjna wymiana ciepła w ośrodku diatermicznym. Radiacyjny współczynnik wnikania. Przykładowe zagadnienia związane z wymianą ciepła przez promieniowanie.

Ćwiczenia audytoryjne polegające na grupowym rozwiązywaniu zadań i zagadnień problemowych w celu utrwalenia wiedzy określonej efektami W1 i W2 oraz opanowania umiejętności U1.

1. Stan termodynamiczny. Układy wieloskładnikowe – wybrane zagadnienia / 2

Równania stanu gazu doskonałego i gazów rzeczywistych. Obliczanie parametrów termodynamicznych i składu roztworów gazów doskonałych

2. Bilans energii / 2

Wyznaczanie prostych bilansów energetycznych układów termodynamicznych z przemianami fazowymi

3. Przemiany odwracalne gazów doskonałych / 2

Obliczanie ciepła, entalpii, entropii i pracy układów termodynamicznych podczas typowych przemian gazów doskonałych

4. Obiegi porównawcze silników spalinowych i sprężarek / 2

Obliczanie parametrów punktów węzłowych i sprawności termodynamicznej obiegów silników spalinowych i sprężarek

5. Spalanie / 2

Obliczanie zapotrzebowania tlenu i powietrza do spalania. Obliczanie ilości i składu spalin przy spalaniu zupełnym i niezupełnym. Bilans energii przy spalaniu

6. Wymiana ciepła / 2

Przewodzenie ciepła przez pręty i żebra. Wyznaczanie współczynników przejmowania ciepła i strumieni ciepła przy złożonej wymianie ciepła

Laboratoria / metoda praktyczna: realizacja zagadnień w formie pracy zespołów badawczych realizujących zagadnienie pomiaru i interpretacji zjawisk w celu utrwalenia wiedzy określonej efektami W1, W2 i opanowania umiejętności U1.

1. Podstawowe metody i techniki pomiaru temperatury. Termometry termoelektryczne i rezystancyjne / 2

Podstawowe metody i techniki pomiaru temperatury. System pomiarowy (przyrządy wirtualne) Pomiary temperatury termometrami termoelektrycznymi. i wyznaczanie ich cieplnej stałej czasowej. Termistory.

2. Obiegi porównawcze silników i pomp ciepła / 2

Badanie sprawności silnika Stirlinga

3. Dławienie gazów / 2

Badanie efektu zjawiska Joule’a – Thomsona na stanowisku laboratoryjnym

4. Wyznaczanie parametrów termofizycznych materiału w warunkach dynamicznych / 2

Identyfikacja dyfuzyjności cieplnej oraz ciepła właściwego ciał stałych metodą chwilowego źródła ciepła

5. Modelowanie pola temperatury w warunkach nieustalonych /2

Wyznaczanie rozkładu temperatury w łopatce turbiny przybliżonej żebrem płaskim z wykorzystaniem arkusza kalkulacyjnego Excel. Przegląd programów do symulacji numerycznych wymiany ciepła i masy.

6. Wyznaczanie parametrów modelu wymiany ciepła / 2

Identyfikacja współczynnika przejmowania ciepła podczas przepływu powietrza przez kanał z wykorzystaniem metody odwrotnej.

Podstawowa:

1. Wiśniewski S.: Termodynamika techniczna, WNT, Warszawa 1980, 1987,

2. Szargut J.: Termodynamika, PWN, Warszawa 1985 (także: Wyd. Pol. Śl., Gliwice, 2011),

3. Wiśniewski S., Wiśniewski T.: Wymiana ciepła, WNT, Warszawa 2000,

4. Panas A., Zmywaczyk J., Koniorczyk P.: Termodynamika. Zbiór zadań, cz. 1. WAT, Warszawa 1997,

5. Terpiłowski J., Wiśniewski S., Termodynamika. Zbiór zadań, cz. 2. WAT, Warszawa 1974,

6. Terpiłowski J., Panas A., Wiśniewski S., Preiskorn M., Koniorczyk P., Zmywaczyk J., Szodrowski S.: Termodynamika. Pomiary cieplne. WAT, Warszawa 1994;

7. Instrukcje do ćwiczeń laboratoryjnych:

https://wml.wat.edu.pl/instytut-techniki-lotniczej/zaklad-aerodynamiki-i-termodynamiki/materialy-dydaktyczne/

Uzupełniająca:

1. Buchowski H., Ufnalski W.: Podstawy termodynamiki. WNT, Warszawa 1998,

2. Michalski L., Eckersdorf K., Kucharski J.: Termometria. Przyrządy i pomiary. Wyd. Pol. Łódzkiej, Łódź 1998,

3. Banaszek J., Bzowski J., Domański R.: Termodynamika. Przykłady i zadania. Of. Wyd. Pol. Warszawskiej, Warszawa 1998,

4. Kondepudi D., Prigogine I.: Modern Thermodynamics. From Heat Engines to Dissipative Structures. John Willey & Sons, New York 1998,

5. Gumiński K.: Termodynamika. PWN, Warszawa 1982,

6. Madejski J.: Teoria wymiany ciepła. Politechnika Szczecińska 1998,

7. Werle J.: Termodynamika fenomenologiczna. PWN, Warszawa 1957

W1 / ma pogłębioną wiedzę w zakresie termodynamiki technicznej ze szczególnym uwzględnieniem przemian termodynamicznych, obiegów i procesów spalania, zna i rozumie zagadnienia wymiany ciepła i ich wzajemne zależności w problemach konstrukcyjno-eksploatacyjnych, ma wiedzę niezbędną do zrozumienia zjawisk fizycznych mających istotny wpływ na właściwości nowych materiałów / K_W06

W2 / ma pogłębioną wiedzę w zakresie matematycznego modelowania zagadnień złożonej wymiany ciepla oraz wykorzystania uzyskanych wyników do projektowania i integracji elementów mechanicznych / K_W22

U1 / potrafi pozyskiwać informacje z literatury, baz danych oraz innych właściwie dobranych źródeł, także w języku angielskim niezbędne do analizy procesu termodynamicznego, potrafi integrować uzyskane informacje, dokonywać ich interpretacji i krytycznej oceny a także wyciągać wnioski oraz formułować i wyczerpująco uzasadniać opinie dotyczące przeprowadzenia badań i analizy zjawisk termodynamicznych w kontekście problemów konstrukcyjno-eksploatacyjnych z wykorzystaniem nowych materiałów / K_U02

Przedmiot zaliczany jest na podstawie: zaliczenia z oceną.

Ćwiczenia zaliczane są na podstawie: zaliczenia z oceną

Ćwiczenia laboratoryjne zaliczane są na podstawie: zaliczenia z oceną

Dopuszczalna jest zdalna forma egzaminu i zaliczeń

Dopuszczalne jest prowadzenie zajęć z wykorzystaniem technik kształcenia na odległość.

Zaliczenie wykładów jest prowadzone w formie pisemnej z pytaniami testowymi oraz problemowymi z możliwością włączenia dodatkowego zaliczenia ustnego, które jest przeprowadzane w przypadku niejedno-znacznego wyniku części pisemnej. Efekty W1, W2 oraz dodatkowo efekt U1 są sprawdzane podczas testu.

Warunkiem dopuszczenia do zaliczenia wykładów jest uzyskanie pozytywnych ocen zaliczenia ćwiczeń i zajęć laboratoryjnych. Przy ustalaniu oceny końcowej można uwzględnić oceny zaliczenia ćwiczeń i laboratoriów z wagą nie-przekraczającą 50%.

Zaliczenie ćwiczeń na ocenę jest przeprowadzane w formie pisemnego testu – kolokwium -sprawdzającego efekt U1 z zadaniami zamkniętymi. Przy ustalaniu oceny końcowej uwzględniane są oceny cząstkowe uzyskane w trakcie zajęć z wagą nieprzekraczającą połowy wagi oceny kolokwialnej.

Warunkiem koniecznym do uzyskania zaliczenia ćwiczeń jest uzyskanie pozytywnych ocen z kolokwium/kolokwiów oraz pozytywnych ocen z odpowiedzi na pytania kontrolne sprawdzające efekty W1 i W2 oraz oceny rozwiązań za-dań rachunkowych realizowanych w trakcie zajęć.

Zaliczenie zajęć laboratoryjnych na ocenę jest przeprowadzane na podstawie średniej ocen testów sprawdzających przygotowanie do wykonania po-szczególnych ćwiczeń oraz ocen sprawozdań pisemnych z wykonanych ćwiczeń.

Warunkiem koniecznym do uzyskania zaliczenia zajęć laboratoryjnych jest uzyskanie pozytywnych ocen odpowiedzi na pytania kontrolne i pozytywnych ocen pisemnych sprawozdań z wykonanego ćwiczenia.

Dopuszczalna jest zdalna forma zaliczenia

Dopuszczalne jest prowadzenie zajęć z wykorzystaniem technik kształcenia na odległość.

Efekty W1 i W2 są sprawdzane przede wszystkim podczas zaliczenia wykładów.

Ocenę dostateczną (dst) z zaliczenia wykładów otrzymuje student, który:

1. Zna i potrafi samodzielnie przedstawić wielkości i funkcje opisu stanu termodynamicznego

2. Potrafi samodzielnie podać i zinterpretować zasady termodynamiki procesów równowagowych

3. Potrafi samodzielnie podać podstawowe zależności opisu stanu gazu doskonałego

4. Zna i potrafi samodzielnie podać minimum 50% pojęć i zależności z za-kresu tematyki poruszanej w trakcie zajęć (m.in. dot. opisu przemian termodynamicznych, stanu czynników rzeczywistych, podstaw teorii spalania, termodynamiki płynów i podstaw teorii wymiany ciepła

Ocenę dostateczną plus (dst+) otrzymuje student, który:

Dodatkowo w stosunku do oceny dst:

1. Zna i potrafi samodzielnie podać minimum 70% pojęć i zależności z za-kresu tematyki poruszanej w trakcie zajęć (m.in. dot. opisu przemian termodynamicznych, stanu czynników rzeczywistych, podstaw teorii spalania, termodynamiki płynów i podstaw teorii wymiany ciepła)

2. Potrafi samodzielnie podać sposób wykorzystania zależności podstawowych do wyznaczania stanu substancji i do określania zmian parametrów i funkcji stanu podczas przemian termodynamicznych

Ocenę dobrą (db) otrzymuje student, który:

Dodatkowo w stosunku do oceny dst+:

1. Zna i potrafi samodzielnie podać minimum 90% pojęć i zależności z za-kresu tematyki poruszanej w trakcie zajęć (m.in. dot. opisu przemian termodynamicznych, stanu czynników rzeczywistych, podstaw teorii spalania, termodynamiki płynów i podstaw teorii wymiany ciepła)

2. Potrafi przedstawić wyprowadzenia większości relacji złożonych z zależności podstawowych

Ocenę dobrą plus otrzymuje student, który:

Dodatkowo w stosunku do oceny db:

1. Potrafi samodzielnie przedstawić i wyjaśnić sposób wyprowadzenia większości relacji złożonych z zależności podstawowych

2. Potrafi sformułować opis teoretyczny złożonego problemu termodynamicznego i potrafi podać sposób jego rozwiązania

Ocenę bardzo dobrą otrzymuje student, który:

Dodatkowo w stosunku do oceny db+:

1. Potrafi samodzielnie sformułować opis teoretyczny złożonego problemu termodynamicznego i potrafi podać sposób jego rozwiązania.

Ocenę niedostateczną otrzymuje student, który nie spełnia przedstawionych powyżej wymogów

Efekt U1 sprawdzany jest na ćwiczeniach audytoryjnych podczas wykonywania zadań oraz podczas kolokwium:

Ocenę dostateczną (dst) z ćwiczeń audytoryjnych otrzymuje student, który:

1. Potrafi samodzielnie wyznaczać parametry i zmiany parametrów stanu gazu doskonałego podczas przemian termodynamicznych

2. Potrafi wykonać obliczenia z uwzględnieniem efektów cieplnych w ogólnym bilansie energii dla układu zamkniętego

3. Potrafi przeprowadzić analizę prostego obiegu termodynamicznego z wy-znaczeniem parametrów punktów węzłowych dla gazu doskonałego

4. Potrafi wykonać obliczenia z zakresu teorii spalania mając do dyspozycji zależności uogólnione

5. Potrafi wykonać obliczenia z zakresu prostych problemów wymiany ciepła mając do dyspozycji wybrane zależności kryterialne

Ocenę dostateczną plus (dst+) otrzymuje student, który:

1. Potrafi przeprowadzić analizę prostego obiegu termodynamicznego z wy-znaczeniem parametrów punktów węzłowych dla gazu doskonałego oraz określeniem zmian funkcji stanu i obliczeniem sprawności/wydajności obie-gu

2. Potrafi wykonać obliczenia z uwzględnieniem efektów cieplnych w ogólnym bilansie energii dla układu przepływowego w stanie ustalonym

3. Potrafi wyznaczyć podstawowe parametry płynu w modelu przepływu jednowymiarowego.

Ocenę dobrą (db) otrzymuje student, który:

1. Potrafi samodzielnie wyznaczać parametry i zmiany parametrów stanu gazu półdoskonałego podczas przemian termodynamicznych

2. Potrafi wykonać obliczenia z uwzględnieniem efektów cieplnych w ogólnym bilansie energii dla układu otwartego

3. Potrafi samodzielnie wykonać obliczenia z zakresu teorii spalania

4. Potrafi przeprowadzić pełną analizę jednowymiarowego przepływu płynu ściśliwego

5. Potrafi wykonać obliczenia z zakresu prostych problemów wymiany ciepła

Ocenę dobrą plus otrzymuje student, który:

1. Potrafi samodzielnie wyznaczać parametry i zmiany parametrów stanu gazu rzeczywistego podczas przemian termodynamicznych

2. Potrafi przeprowadzić pełną analizę obiegu termodynamicznego z uwzględnieniem bilansu cieplnego procesów spalania jako źródła ciepła

3. Potrafi sporządzić bilans egzergetyczny dla systemu/układu technicznego

4. Potrafi przeprowadzić analizę wymiany ciepła dla elementu układu technicznego z uwzględnieniem ewentualnych złożeń mechanizmów transportu cie-pła

Ocenę bardzo dobrą otrzymuje student, który:

1. Potrafi samodzielnie i bezbłędnie wykonać wszystkie zadania określone w punktach niniejszego wykazu.

Ocenę niedostateczną otrzymuje student, który nie spełnia przedstawionych powyżej wymogów

Efekt U1 jest sprawdzany również podczas zajęć laboratoryjnych i poprzez ocenę przedkładanych sprawozdań:

Ocenę dostateczną z tych zajęć otrzymuje student, który:

1. Zna i przestrzega zasady bezpieczeństwa pracy w laboratorium

2. Potrafi samodzielnie zdefiniować i zinterpretować wyznaczane podczas planowanego badania wielkości

3. Potrafi samodzielnie przedstawić budowę i opisać sposób działania stano-wiska badawczego

4. Potrafi przeprowadzić planowany pomiar (planowane badanie) we współpracy grupowej i przy konsultacji z prowadzącym zajęcia

5. Potrafi, we współpracy grupowej, opracować wyniki badań i przedstawić raport

Ocenę dostateczną plus otrzymuje student, który:

1. Potrafi, we współpracy grupowej, prawidłowo zinterpretować wynik prze-prowadzonego doświadczenia

Ocenę dobrą otrzymuje student, który:

1. Potrafi przeprowadzić planowany pomiar (planowane badanie) we współpracy grupowej

2. Potrafi przeprowadzić analizę błędu pomiarowego

3. Potrafi, we współpracy grupowej, bezbłędnie opracować wyniki badań i przedstawić raport

Ocenę dobrą plus otrzymuje student, który:

1. Potrafi zestawić stanowisko pomiarowe (zbudować model/opracować obiekt wirtualny)

2. Potrafi samodzielnie opracować i zinterpretować wyniki badań

3. Potrafi samodzielnie przeprowadzić analizę błędu pomiarowego uzasadnić jej wynik

Ocenę bardzo dobrą otrzymuje student, który:

1. Potrafi samodzielnie i bezbłędnie wykonać wszystkie zadania

2. Potrafi powiązać uzyskany wynik ze zjawiskiem fizycznym charakterystycznym dla danego elementu konstrukcyjnego statku powietrznego (zjawiskiem fizycznym dotyczącym techniki lotniczej i kosmonautycznej)

Ocenę niedostateczną otrzymuje student, który nie spełnia przedstawionych powyżej wymogów.

nie dotyczy