Wymiana ciepła

niestacjonarne

I stopnia

W 8/+, L 12/+

razem: 20 godz.,

matematyka I / wymagania wstępne: znajomość funkcji elementarnych i podstaw rachunku macierzowego;

matematyka II / wymagania wstępne: znajomość rachunku różniczkowego i całkowego funkcji jednej zmiennej;

matematyka III / wymagania wstępne: znajomość podstaw rachunku róż-niczkowego i całkowego funkcji dwóch i więcej zmiennych;

fizyka I / wymagania wstępne: znajomość podstawowych wielkości fizycz-nych, znajomość metod formułowania i rozwiązywania problemów fizycznych, znajomość podstawowych praw zachowania, umiejętność rozróżnienia feno-menologicznych i statystycznych metod opisu zagadnień fizyki;

mechanika płynów / wymagania wstępne: znajomość podstawowych pojęć i praw mechaniki płynów;

termodynamika / wymagania wstępne: znajomość podstawowych pojęć, praw i zasad termodynamiki;

budowa statków powietrznych / wymagania wstępne: znajomość budowy i konstrukcji płatowca oraz jego elementów;

silniki lotnicze i kosmiczne / wymagania wstępne: znajomość budowy i zasady działania turbinowych silników odrzutowych.

semestr piąty / lotnictwo i kosmonautyka / napędy lotnicze, samoloty i śmigłowce

dr hab. inż. Janusz ZMYWACZYK,

prof. dr hab. inż. Janusz TERPIŁOWSKI,

prof. dr hab. inż. Piotr KONIORCZYK,

prof. dr hab. inż. Andrzej PANAS,

1. Udział w wykładach / 8

2. Udział w laboratoriach / 12

3. Udział w ćwiczeniach /

4. Udział w seminariach / …..

5. Samodzielne studiowanie tematyki wykładów / 10

6. Samodzielne przygotowanie do laboratoriów / 18

7. Samodzielne przygotowanie do ćwiczeń /

8. Samodzielne przygotowanie do seminarium / …..

9. Realizacja projektu / …..

10. Udział w konsultacjach / 8

11. Przygotowanie do egzaminu /

12. Przygotowanie do zaliczenia / 4

13. Udział w egzaminie /

Sumaryczne obciążenie pracą studenta: 60 godz./ 2 ECTS

Zajęcia z udziałem nauczycieli (1+2+3+4+9+10+13): 28 godz./ 1 ECTS

Zajęcia powiązane z działalnością naukową 54 godz. / 2 ECTS

Pojęcia i wielkości opisu zagadnień wymiany ciepła. Prawa: Fouriera, Newtona i Stefana-Boltzmanna. Obliczenia ustalonej wymiany ciepła przez wielowarstwowe ścianki płaskie i cylindryczne przy zastosowaniu oporów cieplnych. Obliczenia wymiany ciepła przez pręty i żebra przy występowaniu różnego rodzaju warunków brzegowych. Wyznaczanie współczynników przejmowania ciepła przy przepływach płynu wewnątrz kanałów i przy ich opływach zewnętrznych. Wyznaczanie współczynników przejmowania ciepła przy opływie ścianek płaskich. Chłodzenie łopatek turbin gazowych. Warunki brzegowe wymiany ciepła w przypadku łopatek turbiny gazowej. Wyznaczanie rozkładu temperatury w modelowej łopatce turbiny przy pomocy Excela.

Wykład / ilustrowany prezentacjami komputerowymi w celu dostarczenia wiedzy określonej efektami W1, W2, U1, U2, K1.

1. Prawa opisujące wymianę ciepła / 2 / Podstawowe pojęcia i definicje. Prawo Fouriera, Newtona, Stefana-Boltzmanna. Rozkład Plancka promieniowania ciała doskonale czarnego, prawo Wiena, Kirchhoffa, Lamberta. Równanie Fouriera-Kirchoffa i warunki jednoznaczności jego rozwiązania. Styk rzeczywisty dwóch ciał.

2. Obciążenia cieplne wybranych konstrukcji lotniczych / 2X / Rys historyczny. Wyniki badań wymiany ciepła w kole samolotu MiG-29, oblodzenie statków powietrznych – wyniki ekspertyzy (Mi-8, TS 11-Iskra).

3. Ustalona wymiana ciepła w wielowarstwowych ściankach płaskich i cylindrycznych / 2 / Wykorzystanie znajomości oporów cieplnych do obliczeń ustalonych pól temperatury. Wykorzystanie współczynnika kształtu do rozwiązywania ustalonych zagadnień dwuwymiarowych. Ustalona wymiana ciepła ze źródłem.

4. Ustalona wymiana ciepła przez pręty i żebra. / 2 / Obliczenia wielkości cieplnych przy występowaniu różnego rodzaju warunków brzegowych

5. Przejmowanie ciepła w konstrukcjach lotniczych / 2 / Ogólna charakterystyka przejmowania ciepła. Określenie lokalnych i uśrednionych współczynników przejmowania ciepła oraz temperatur (średniej, odniesienia, ścianki adiabatycznej i współczynnika odzyskiwania temperatury). Liczby podobieństwa. Opływ profilów lotniczych (rozkład miejscowej liczby Nusselta na obwodzie łopatki turbiny).

6. Wyznaczanie współczynników przejmowania ciepła. / 2 X / Wyznaczanie współczynników przejmowania ciepła przy przepływach płynu wewnątrz kanałów i przy ich opływach zewnętrznych ze wzorów kryterialnych na liczbę Nusselta.

7. Warunki brzegowe wymiany ciepła dla łopatek / 2X / Warunki brzegowe wymiany ciepła w przypadku łopatek turbiny gazowej i wybrane sposoby techniczne chłodzenia łopatek.

Laboratoria / wykonywanie przez grupę studentów pomiarów i badań wielkości fizycznych na dedykowanych stanowiskach laboratoryjnych oraz opracowaniu uzyskanych wyników pomiarów jak również modelowania wybranych zjawisk wymiany ciepła za pomocą dobranych narzędzi komputerowych w celu opanowania umiejętności U1 i U2.

1. Wyznaczanie parametrów termofizycznych materiału w warunkach dynamicznych / 2 / Identyfikacja dyfuzyjności cieplnej oraz ciepła właściwego ciał stałych metodą chwilowego źródła ciepła.

2. Obliczenia rozkładu pola temperatury w warunkach nieustalonych /2/ Wyznaczanie rozkładu temperatury w łopatce turbiny przybliżonej żebrem płaskim z wykorzystaniem arkusza kalkulacyjnego Excel.

3. Wyznaczanie dyfuzyjności cieplnej ciał stałych / 2 / Pomiar dyfuzyjności cieplnej ciał stałych w warunkach uporządkowanej wymiany ciepła.

4. Wyznaczenie przewodności cieplnej ciał stałych w warunkach ustalonej wymiany ciepła . / 2 / Pomiar przewodności cieplnej ciał stałych na stanowisku laboratoryjnym.

5. Modelowanie zagadnień wymiany ciepła / 2 / Badanie obciążeń cieplnych wybranego lotniczego elementu konstrukcyjnego metodą modelowania komputerowego.

6. Modelowanie zagadnień wymiany ciepła w warunkach nieustalonych / 2 / Wymiana ciepła w niechłodzonej dyszy silnika rakietowego.

7. Badania zjawiska przy przewodzeniu ciepła i prądu elektrycznego. / 2 X / Badanie parametrów pracy elementu chłodzącego chłodziarki termoelektrycznej

8. Identyfikacja współczynnika przejmowania ciepła / 2 X / Identyfikacja współczynnika przejmowania ciepła podczas przepływu powietrza przez kanał z wykorzystaniem metody odwrotnej.

uwaga:

X – przez studenta studiów niestacjonarnych zagadnienia te są realizowane indywidualnie

Podstawowa:

Wiśniewski S., Wiśniewski T.S.: Wymiana ciepła. WNT, Warszawa 2010,

Wiśniewski S.: Obciążenia cieplne silników turbinowych. WKiŁ, Warszawa 1974,

Madejski J.: Wymiana ciepła w turbinach cieplnych. Ossolineum, 1988,

Terpiłowski J., Wiśniewski S.: Termodynamika. Zbiór zadań cz. II. Skrypt WAT, Warszawa 1974,

Zmywaczyk J.: wykłady z wymiany ciepła w postaci elektronicznej *.pdf, WAT, Warszawa 2012,

Instrukcje do ćwiczeń laboratoryjnych

http://www.wmt.wat.edu.pl/index.php/zait-materialy-dydaktyczne.

Uzupełniająca:

Kowaleczko G. i inni: Oblodzenie statków powietrznych. Wyd. ITWL, War-szawa 2005,

Koniorczyk P., Panas, Preiskorn M., Terpiłowski J., Zmywaczyk J.: Diagno-styka stanów awaryjnych koła samolotu MiG-29. Laboratoryjne badania rozkładu temperatury w kole przy modelowych warunkach wymuszenia cieplnego. Biul. WAT, Rok XLIV, Nr 1-2, 1995, str. 133-146,

Taler J., Duda P.: Rozwiązywanie prostych i odwrotnych zagadnień prze-wodzenia ciepła, WNT, Warszawa 2003,

Cengel Y.A.: Heat and Mass Transfer- A Practical Approach, 3rd edition, McGraw-Hill 2007.

W1 / zna podstawowe prawa i zależności ilościowe z zakresu wymiany ciepła / K_W01, K_W02

W2 / ma uporządkowaną i podbudowaną teoretycznie wiedzę w zakresie wymia-ny ciepła także przy przepływie czynnika w odniesieniu do wybranych konstruk-cji lotniczych / K_W08, K_W09

U1 / potrafi pozyskać informacje z literatury, baz danych i innych źródeł do budo-wy prostych modeli wymiany ciepła w lotniczych elementach konstrukcyjnych / K_U01

U2 / potrafi wykonywać typowe obliczenia z zakresu wymiany ciepła na drodze przewodzenia, konwekcji i promieniowania – procesów występujących w ele-mentach konstrukcyjnych statków powietrznych oraz potrafi posłużyć się właści-wie dobranymi narzędziami komputerowymi do modelowania procesów ciepl-nych jak również w celu opracowania wyników pomiarów z badań eksperymen-talnych / K_U09

K1 / rozumie potrzebę i zna możliwości ciągłego dokształcania się w celu podno-szenia swoich kompetencji zawodowych / K_K01

Przedmiot zaliczany jest na podstawie: zaliczenia z oceną

Ćwiczenia laboratoryjne zaliczane są na podstawie: zaliczenia z oceną

Zaliczenie przedmiotu jest prowadzone w formie w formie pisemnego testu sprawdzającego zawierającego zestaw 10 pytań teoretycznych wybranych ze zbioru liczącego 50 pytań oraz dwóch zadań rachunkowych. Ocena z zaliczenia stanowi średnią arytmetyczną z sumy ocen za poszczególne efekty kształcenia W1, W2, która to średnia jest zaokrąglana do najbliższej oceny przewidzianej regulaminem studiów.

Warunkiem dopuszczenia do zaliczenia przedmiotu jest uzyskanie pozytywnych ocen (min. 3,0) ze wszystkich ćwiczeń laboratoryjnych.

Zaliczenie ćwiczeń laboratoryjnych stanowi ocenę realizacji efektów kształcenia U1, U2 i jest średnią arytmetyczną z sumy ocen uzyskanych z odpowiedzi pisemnej w zakresie przygotowania teoretycznego do wykonania danego ćwiczenia laboratoryjnego i oceny za wykonane sprawozdanie, przy czym dopuszcza się oddanie jednego sprawozdania w ramach danej podgrupy pod warunkiem przyniesienia go na następne zajęcia laboratoryjne. Średnia jest zaokrąglana do najbliższej oceny przewidzianej regulaminem studiów.

Warunkiem uzyskania pozytywnej oceny z ćwiczeń laboratoryjnych (realizacji efektu U2) jest uzyskanie pozytywnych ocen (min. 3,0) z części teoretycznej i sprawozdania dla każdego ćwiczenia laboratoryjnego.

Efekty W1, W2 sprawdzane są na zaliczeniu końcowym w postaci testu sprawdzającego z zadaniami. Dodatkowo sprawdzana jest samodzielna praca studenta w postaci opracowania dowolnego tematu objętego programem, przy czym dopuszcza się opracowanie danego tematu przez grupę liczącą nie więcej niż 4 studentów.

Efekt U1 sprawdzany jest w trakcie odpowiedzi i przygotowywania sprawozdań na ćwiczeniach laboratoryjnych:

Ocenę dostateczną otrzymuje student, który:

1. Zna i potrafi samodzielnie przedstawić podstawowe pojęcia wymiany ciepła

2. Potrafi samodzielnie podać podstawowe prawa wymiany ciepła

3. Potrafi samodzielnie pozyskać informacje z literatury, baz danych i innych źródeł do budowy prostych modeli wymiany ciepła

Ocenę dostateczną plus 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, w tym potrafi samodzielnie podać i zinterpretować fizykalnie mechanizmy wymiany ciepła w odniesieniu do ciał stałych i płynów, zdefiniować temperatury (średnią, odniesienia, ścianki adiabatycznej i współczynnika odzyskiwania temperatury), podać podstawowe twierdzenia teorii podobieństwa, wyjaśnić jaki jest wpływ oblodzenia na lot statków powietrznych

2. Potrafi samodzielnie podać sposób wykorzystania podstawowych zależności wymiany ciepła do oceny wielkości obciążeń cieplnych lotniczych elementów konstrukcyjnych w warunkach ustalonej wymiany ciepła

Ocenę dobrą 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

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 i bezbłędnie sformułować opis teoretyczny problemu złożonej wymiany ciepła i potrafi podać sposób jego rozwiązania

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

Efekt U2 sprawdzany jest na ćwiczeniach laboratoryjnych podczas wykonywania zadań na dedykowanych stanowiskach laboratoryjnych oraz przy wykorzystaniu pakietu Excel jak również za pomocą obliczeniowych programów inżynierskich COSMOS/M, COMSOL Multiphysics w oparciu o ocenę przedkładanych sprawozdań

Ocenę dostateczną otrzymuje student, który

1. Zna i przestrzega zasady bezpieczeństwa i higieny 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 sprawozdanie

6. Potrafi we współpracy grupowej posłużyć się właściwie dobranymi narzędziami komputerowymi do modelowania procesów cieplnych oraz do opracowania wyników badan eksperymentalnych

Ocenę dostateczną plus otrzymuje student, który

dodatkowo w stosunku do oceny dst:

1. Potrafi, we współpracy grupowej, prawidłowo zinterpretować wynik przeprowadzonego doświadczenia

2. Potrafi we współpracy grupowej opracować model wymiany ciepła

Ocenę dobrą otrzymuje student, który

Dodatkowo w stosunku do oceny dst+:

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 sprawozdanie

4. Potrafi, we współpracy grupowej prawidłowo zinterpretować wyniki modelowania komputerowego i przedstawić sprawozdanie

Ocenę dobrą plus otrzymuje student, który

dodatkowo w stosunku do oceny db:

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

4. Potrafi samodzielnie opracować model wymiany ciepła i zinterpretować uzyskane wyniki symulacji komputerowej

Ocenę bardzo dobrą otrzymuje student, który

dodatkowo w stosunku do oceny db+:

1. Potrafi samodzielnie i bezbłędnie wykonać wszystkie zadania

2. Potrafi powiązać uzyskany wynik ze zjawiskiem fizycznym charakterystycznym dla danego elementu konstrukcyjnego statku powietrznego

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

Efekt K1 sprawdzany jest na podstawie obserwacji grupy podczas ćwiczeń laboratoryjnych. Ocena za osiągnięcie tego efektu jest ustalana łącznie z oceną efektów W1, W2.