Wymiana ciepła

stacjonarne

I stopnia

wybieralny

W 14/+ ; L 16/+ ; Razem: 30

matematyka I: znajomość funkcji elementarnych i podstaw rachunku macierzowego;

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

matematyka III: znajomość podstaw rachunku różniczkowego i całkowego funkcji dwóch i więcej zmiennych;

fizyka I: 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 płynów: znajomość podstawowych pojęć i praw mechaniki płynów;

termodynamika: znajomość podstawowych pojęć, praw i zasad termodynamiki;

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

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

semestr piąty / Lotnictwo i kosmonautyka/Samoloty i śmigłowce

semestr piąty / Lotnictwo i kosmonautyka/Napędy lotnicze

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 / 14

2. Samodzielne studiowanie tematyki wykładów i przygotowanie do zaliczenia / 5

3. Udział w laboratoriach / 16

4. Samodzielne przygotowanie się do laboratoriów / 24

5. Udział w konsultacjach / 2

6. Udział w zaliczeniu / 1

Sumaryczne obciążenie pracą studenta: 62 / 2 ECTS

Zajęcia z udziałem nauczycieli: 1.+3.+5.+6.=33 / 1,0 ECTS

Zajęcia o charakterze praktycznym: 3.+4.=40 / 1,5 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. Rodzaje wymiany ciepła w konstrukcjach lotniczych. 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

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

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

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

5. 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)./ 2

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

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

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. Identyfikacja dyfuzyjności cieplnej oraz ciepła właściwego ciał stałych metodą chwilowego źródła ciepła. / 2

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

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

4. Pomiar przewodności cieplnej ciał stałych w warunkach ustalonej wymiany ciepła. / 2

5. Badanie obciążeń cieplnych wybranego lotniczego elementu konstrukcyjnego metodą modelowania komputerowego. / 2

6. Wymiana ciepła w niechłodzonej dyszy silnika rakietowego. / 2

7. Badania zjawiska przy przewodzeniu ciepła i prądu elektrycznego. / 2

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

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, Warszawa 2005,

Koniorczyk P., Panas, Preiskorn M., Terpiłowski J., Zmywaczyk J.: Diagnostyka 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 przewodzenia 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

W2 / ma uporządkowaną i podbudowaną teoretycznie wiedzę w zakresie wymiany ciepła w odniesieniu do wybranych konstrukcji lotniczych / K_W10

U1 / potrafi pozyskać informacje z literatury, baz danych i innych źródeł do budowy 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 elementach konstrukcyjnych statków powietrznych oraz potrafi posłużyć się właściwie dobranymi narzędziami komputerowymi do modelowania procesów cieplnych jak również w celu opracowania wyników pomiarów z badań eksperymentalnych / K_U10

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

Przedmiot zaliczany jest na podstawie: zaliczenia z oceną.

Zaliczenie na ocenę jest przeprowadzane w formie pisemnego testu sprawdzającego zawierającego zestaw 10 pytań teoretycznych wyb- ranych ze zbioru liczącego 50 pytań oraz dwóch zadań rachunko- wych. 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 efektu kształcenia 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 sprawozda- nia 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 laboratoryj- nego.

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