Termodynamika techniczna 1

stacjonarne

I stopnia

obowiązkowy

W 28/x ; C 6/z ; L 10/z ; Razem: 44

matematyka 1 / znajomość funkcji elementarnych, znajomość podstaw rachunku macierzowego i umiejętność rozwiązywania układów liniowych równań algebraicznych;

matematyka 2 / znajomość rachunku różniczkowego i całkowego funkcji jednej i więcej zmiennych z uwzględnieniem wyznaczania całki oznaczonej;

fizyka 1 i 2 / 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 1 / znajomość wielkości mechanicznych oraz podstawowych praw mechaniki;

mechanika płynów 1 / znajomość podstawowych zależności mechaniki płynów

wprowadzenie do metrologii / znajomość zasad działania podstawowych przyrządów i systemów pomiarowych

semestr trzeci / energetyka / wszystkie specjalności

prof. dr hab. inż. Janusz TERPIŁOWSKI,

prof. dr hab. inż. Piotr KONIORCZYK,

prof. dr hab. inz. Andrzej PANAS,

prof. dr hab. inż. Janusz ZMYWACZYK

1. Udział w wykładach / 28 godz.

2. Udział w laboratoriach / 10 godz.

3. Udział w ćwiczeniach / 6 godz.

4. Udział w seminariach / 0 godz.

5. Samodzielne studiowanie tematyki wykładów / 26 godz.

6. Samodzielne przygotowanie do laboratoriów / 16 godz.

7. Samodzielne przygotowanie do ćwiczeń / 10 godz.

8. Samodzielne przygotowanie do seminarium / 0 godz.

9. Realizacja projektu / 0 godz.

10. Udział w konsultacjach / 14 godz.

11. Przygotowanie do egzaminu / 4 godz.

12. Przygotowanie do zaliczenia / 4 godz.

13. Udział w egzaminie / 2 godz.

Sumaryczne obciążenie pracą studenta: 120 godz./ 4 ECTS

Zajęcia z udziałem nauczycieli (1+2+3+4+9+10+13): 60 godz. / 2 ECTS

Zajęcia powiązane z działalnością naukową 105 godz./ 3,5 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. Własności jednoskładnikowych substancji rzeczywistych. Efekt Joule’a-Thomsona. Własności i przemiany par mieszanin i gazów wilgotnych. Praca maksymalna i egzergia. Kierunek przebiegu zjawisk nieodwracalnych. Przemiany fazowe. Spalanie zupełne i niezupełne. Wybrane zagadnienia z termodynamiki chemicznej

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 i W2. Wprowadzanie podstawowej terminologii z przedmiotu w języku angielskim.

1. Stan termodynamiczny. Układy wieloskładnikowe – wybrane zagadnienia / 3

Pojęcia wstępne. Wprowadzenie. Pojęcia podstawowe. Tranzytywność równowagi termicznej. Równania stanu gazu doskonałego i gazów rzeczywistych. Roztwory gazów doskonałych. Obliczanie parametrów termodynamicznych i składu roztworów gazów doskonałych

2. I zasada termodynamiki / 4

Pierwsza zasada termodynamiki. Praca, ciepło, energia wewnętrzna i entalpia. Równania wyrażające pierwszą zasadę termodynamiki. Bilans energii dla układu przepływowego i otwartego.

3. II i III zasada termodynamiki / 4

Druga i trzecia zasada termodynamiki. Entropia. Zasada wzrostu entropii. Druga zasada termodynamiki dla obiegów. Własności jednoskładnikowych substancji rzeczywistych. Kierunek przebiegu zjawisk nieodwracalnych. Praca maksymalna i egzergia. Właściwości ciał w niskich temperaturach – Trzecia zasada termodynamiki.

4. Własności i przemiany gazów doskonałych / 2

Ciepło właściwe, energia wewnętrzna, entalpia, entropia gazów doskonałych. Przemiany charakterystyczne gazów doskonałych.

5. Obiegi termodynamiczne silników cieplnych i urządzeń chłodniczych / 4

Obiegi porównawcze maszyn cieplnych. Obiegi silników tłokowych. Obiegi silników turbinowych. Obiegi sprężarek. Obliczanie parametrów punktów węzłowych i sprawności termodynamicznej obiegów silników spalinowych i sprężarek.

6. Własności jednoskładnikowych substancji rzeczywistych / 3

Współczynniki termodynamiczne. Zależności Maxwella. Funkcje stanu gazów rzeczywistych. Warunki równowagi substancji jednoskładnikowej. Przejścia fazowe.

7. Układy wieloskładnikowe– wybrane zagadnienia / 3

Własności gazów wilgotnych. Przemiany par mieszanin i gazów wilgotnych.

8. Termodynamika procesów spalania / 3

Bilansowanie ilości substancji w procesach spalania. Zapotrzebowanie tlenu i powietrza do spalania. Ilość i skład spalin przy spalaniu zupełnym i niezupełnym. Bilans energii przy spalaniu.

9. Wybrane zagadnienia z termodynamiki chemicznej / 2

Efekt cieplny reakcji chemicznej. Praca maksymalna. Stała równowagi chemicznej. Określanie składu reagentów w stanie równowagi.

Ćwiczenia audytoryjne polegające na grupowym rozwiązywaniu zadań i zagadnień problemowych w celu utrwalenia wiedzy określonej efektami W1, W2, W3 i 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. Przemiany odwracalne gazów doskonałych / 2

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

3. Obiegi porównawcze silników spalinowych i sprężarek / 2

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

Laboratoria / metoda praktyczna: realizacja zagadnień w formie pracy zespołów badawczych realizujących zagadnienie pomiaru i interpretacji zjawisk w celu utrwalenia wiedzy określonej efektami W1 i W2 oraz opanowania umiejętności U1 i U2.

1. Podstawowe metody i techniki pomiaru temperatury. / 2

Przegląd metod. Pomiary temperatury termometrami termoelektrycznymi. i wyznaczanie ich cieplnej stałej czasowej. System pomiarowy (przyrządy wirtualne)

2. Przemiany fazowe / 2

Badanie efektów przemiany fazowej pierwszego i drugiego rodzaju

3. Obiegi porównawcze silników i pomp ciepła / 2

Badanie parametrów pracy modelu silnika Stirlinga

4. Własności gazów wilgotnych / 2

Pomiar wilgotności powietrza

5. Ogniwa paliwowe / 2

Wyznaczanie sprawności termodynamicznej ogniwa paliwowego

Podstawowa:

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

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

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

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

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

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

Instrukcje do ćwiczeń laboratoryjnych:

Materiały dydaktyczne – Wydział Mechatroniki, Uzbrojenia i Lotnictwa WAT

Uzupełniająca:

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

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

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

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

Gumiński K.: Termodynamika. PWN, Warszawa 1982,

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

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

W1 / zna podstawowe zasady i prawa termodynamiki, ich rolę jako uogólnienia praw mechaniki klasycznej oraz zna podstawy termodynamicznego opisu zjawisk fizycznych, m.in. : optycznych, elektromagnetycznych, fizyki ciała stałego / K_W02

W2 / ma uporządkowaną wiedzę w zakresie termodynamiki technicznej ze szczególnym uwzględnieniem przemian termodynamicznych, obiegów i procesów spalania / K_W11

U1 / potrafi przeprowadzić analizę procesu termodynamicznego przy wykorzystaniu zdobytej wiedzy oraz informacji pozyskiwanych z literatury, a także wyciągać wnioski oraz formułować i uzasadniać opinie / K_U01

U2 / zna i potrafi zastosować właściwe metody i urządzenia do pomiaru wybranych parametrów termodynamicznych oraz potrafi określać sprawność przemian termodynamicznych / K_U09

K1 / ma świadomość ważności wpływu skutków działalności inżyniera, zajmującego się zagadnieniami spalania na stan środowiska naturalnego człowieka i związanej z tym odpowiedzialności za podejmowane decyzje / K_K02

Przedmiot jest zaliczany na podstawie: egzaminu.

Ćwiczenia są zaliczane na podstawie: zaliczenia

Ćwiczenia laboratoryjne są zaliczane na podstawie: zaliczenia

Dopuszczalna jest zdalna forma egzaminu i zaliczeń

Dopuszczalne jest prowadzenie zajęć z wykorzystaniem technik kształcenia na odległość.

Egzamin jest przeprowadzany w formie pisemnej z pytaniami testowymi oraz problemowymi z możliwością włączenia dodatkowego egzaminu ustnego, który jest przeprowadzany w przypadku niejednoznacznego wyniku części pisemnej.

Warunkiem dopuszczenia do egzaminu jest uzyskanie zaliczenia ćwiczeń i zajęć laboratoryjnych.

Przy ustalaniu oceny końcowej można uwzględnić oceny zaliczenia ćwiczeń i laboratoriów z wagą nieprzekraczającą 50%.

Efekty W1 i W2 oraz dodatkowo efekty U1 i U2 są sprawdzane podczas testu.

Efekty U1 i U2 oraz K1 są sprawdzane podczas ćwiczeń rachunkowych, natomiast efekty U2 i K1 także podczas zajęć laboratoryjnych i poprzez ocenę przedkładanych sprawozdań.

Zaliczenie ćwiczeń jest przeprowadzane w formie pisemnego testu – kolokwium -sprawdzającego efekt U1 z zadaniami zamkniętymi. Przy zaliczaniu uwzględniane są oceny cząstkowe uzyskane w trakcie zajęć.

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 zadań rachunkowych realizowanych w trakcie zajęć.

Zaliczenie zajęć laboratoryjnych jest przeprowadzane na podstawie średniej ocen testów sprawdzających przygotowanie do wykonania poszczególnych ćwiczeń oraz ocen pisemnych sprawozdań 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.

Efekty W1 i W2 sprawdzane są przede wszystkim podczas egzaminu:

Ocenę dostateczną (dst) 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 zakresu tematyki poruszanej w trakcie zajęć (m.in. dot. opisu przemian termodynamicznych, stanu czynników rzeczywistych, podstaw teorii spalania, termodynamiki płynów)

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 zakresu tematyki poruszanej w trakcie zajęć (m.in. dot. opisu przemian termodynamicznych, stanu czynników rzeczywistych, podstaw teorii spalania, termodynamiki płynów)

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 zakresu tematyki poruszanej w trakcie zajęć (m.in. dot. opisu przemian termodynamicznych, stanu czynników rzeczywistych, podstaw teorii spalania, termodynamiki płynów)

2. Potrafi przedstawić wyprowadzenia większości relacji złożonych z zależności podstawowych

Ocenę dobrą plus (db+) otrzymuje student, który odatkowo 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 (bdb) 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 (ndst) otrzymuje student, który nie spełnia przedstawionych powyżej wymogów

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

Ocenę dostateczną (dst) 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 wyznaczeniem parametrów punktów węzłowych dla gazu doskonałego

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

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

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

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

Ocenę dobrą plus (db+) 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

Ocenę bardzo dobrą (bdb) otrzymuje student, który potrafi samodzielnie i bezbłędnie wykonać wszystkie zadania określone w punktach niniejszego wykazu

Ocenę niedostateczną (ndst) otrzymuje student, który nie spełnia przedstawionych powyżej wymogów

Efekty U2 sprawdzane są łącznie podczas zajęć laboratoryjnych i poprzez ocenę przedkładanych sprawozdań

Ocenę dostateczną (dst) 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 stanowiska 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 (dst+) otrzymuje student, który potrafi, we współpracy grupowej, prawidłowo zinterpretować wynik przeprowadzonego doświadczenia

Ocenę dobrą (db) 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 (db+) 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 (bdb) otrzymuje student, który:

1. Potrafi samodzielnie i bezbłędnie wykonać wszystkie zadania

2. Potrafi powiązać uzyskany wynik ze zjawiskiem fizycznym charakterystycznym dla danego elementu instalacji energetycznych

Ocenę niedostateczną (ndst) otrzymuje student, który nie spełnia przedstawionych powyżej wymogów

Efekt K1 sprawdzany jest na podstawie obserwacji grupy podczas ćwiczeń rachunkowych i laboratoryjnych. Ocena za osiągnięcie tego efektu jest uzyskana łącznie z osiągnięciem efektów W1, W2, U1, U2.