Zagadnienia wymiany ciepła
Informacje ogólne
Kod przedmiotu: | WMTLSWSJ-ZWC |
Kod Erasmus / ISCED: | (brak danych) / (brak danych) |
Nazwa przedmiotu: | Zagadnienia wymiany ciepła |
Jednostka: | Wydział Mechatroniki, Uzbrojenia i Lotnictwa |
Grupy: | |
Punkty ECTS i inne: |
2.00
|
Język prowadzenia: | polski |
Forma studiów: | stacjonarne |
Rodzaj studiów: | jednolite magisterskie |
Rodzaj przedmiotu: | wybieralny |
Forma zajęć liczba godzin/rygor: | W 30 / Zo, C 20 / Zo, L 10/Z razem: 60 godz |
Przedmioty wprowadzające: | 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 płynów / wymagania wstępne: znajomość podstawowych pojęć i praw mechaniki płynów; termodynamika / wymagania wstępne: znajomość podstawowych pojęć, praw i zasad termodynamiki; konstrukcja statków powietrznych / wymagania wstępne: znajomość budowy i konstrukcji płatowca oraz jego elementów; teoria silników lotniczych / wymagania wstępne: znajomość budowy i zasady działania turbinowych silników odrzutowych. |
Programy: | semestr siódmy / lotnictwo i kosmonautyka / specjalność: samoloty i śmigłowce, |
Autor: | prof. dr hab. inż. Janusz TERPIŁOWSKI, prof. dr hab. inż. Piotr KONIORCZYK, prof. dr hab. inz. Andrzej PANAS, , prof. dr hab. inż. Janusz ZMYWACZYK |
Bilans ECTS: | Aktywność / obciążenie studenta w godz. 1. Udział w wykładach / 30. 2. Udział w laboratoriach / 16 3. Udział w ćwiczeniach / 14 4. Udział w seminariach / ….. 5. Samodzielne studiowanie tematyki wykładów / 6. Samodzielne przygotowanie do laboratoriów / 7. Samodzielne przygotowanie do ćwiczeń / 8. Samodzielne przygotowanie do seminarium / ….. 9. Realizacja projektu / ….. 10. Udział w konsultacjach / 5 11. Przygotowanie do egzaminu / ….. 12. Przygotowanie do zaliczenia / 2 13. Udział w egzaminie / Sumaryczne obciążenie pracą studenta: 67 godz./ 2 ECTS Zajęcia z udziałem nauczycieli (1+2+3+4+9+10+13): 60 godz./ 2 ECTS Zajęcia powiązane z działalnością naukową 60 godz / 2 ECTS Zajęcia o charakterze praktycznym ….. godz./…..ECTS |
Skrócony opis: |
Prawa: Fouriera, Newtona i Stefana-Boltzmanna. Analityczne metody rozwiązywania zagadnień ustalonego przewodzenia ciepła. Analityczne metody rozwiązywania zagadnień nieustalonego przewodzenia ciepła. Obliczenia ustalonej wymiany ciepła przez wielowarstwowe ścianki płaskie i cylindryczne . Numeryczne metody rozwiązywania zagadnień przewodnictwa cieplnego. Obliczenia wymiany ciepła przez pręty i żebra . Wyznaczanie współczynników przejmowania ciepła przy opływie ścianek płaskich. Wyznaczanie współczynników przejmowania ciepła przy przepływach płynu wewnątrz kanałów. Chłodzenie łopatek turbin gazowych. Warunki brzegowe wymiany ciepła w przypadku łopatek turbiny gazowej. Wymienniki ciepła. Rodzaje wymienników ciepła. Efektywność cieplna rekuperatorów. Charakterystyka konwekcji przy zmianie stanu skupienia ciał. Wrzenie cieczy. Skraplanie pary. Wymiana ciepła przy zmianie stanu skupienia ciał . Radiacyjna wymiana ciepła w ośrodkach diatermicznych. Złożona wymiana ciepła i masy.. |
Pełny opis: |
Wykład 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. Analityczne metody rozwiązywania zagadnień ustalonego przewodzenia ciepła / 2 / Prawo Fouriera. Równanie różniczkowe przewodzenia ciepła w ciałach stałych. Warunki początkowe i brzegowe. Analityczne metody rozwiązywania zagadnień jednowymiarowych i dwuwymiarowych ustalonych pól temperatury. 3. Analityczne metody rozwiązywania zagadnień nieustalonego przewodzenia ciepła / 2 / Analityczne metody rozwiązywania zagadnień nieustalonych pól temperatury; metody operatorowe rozwiązywania równań różniczkowych; zagadnienie dwuwymiarowe - metoda rozdzielenia zmiennych. 4. Numeryczne metody rozwiązywania zagadnień przewodnictwa cieplnego / 2 / Metoda różnic skończonych. Metoda objętości skończonej (kontrolnej). Metoda elementów skończonych (MES). 5. Wymienniki ciepła. Rodzaje wymienników ciepła. Efektywność cieplna rekuperatorów / 2 / Rodzaje wymienników ciepła. Wymiana ciepła przy współprądzie i przeciwprądzie. Końcowe temperatury czynników w rekuperatorach. Ekrany. 6. Charakterystyka konwekcji przy zmianie stanu skupienia ciał. / 2 / Wrzenie cieczy. Skraplanie pary. Skraplanie par. Kondensacja błonkowa na płycie pionowej przy laminarnym ruchu warstwy skroplin. Wymiana ciepła przy wrzeniu. Powstawanie i wzrost pęcherzyków pary. 7. Wymiana ciepła przy zmianie stanu skupienia ciał. / 2 / Topnienie i krzepnięcie ciał o prostych kształtach (kula, warstwa). 8. Radiacyjna wymiana ciepła w ośrodkach diatermicznych (emisyjność ciał, współczynniki konfiguracji, radiacyjna gęstość strumienia ciepła, radiacyjny współczynnik wnikania ciepła). / 2 / Emisyjność ciał. Stosunki konfiguracji. Radiacyjna wymiana ciepła w ośrodku diatermicznym. Radiacyjny współczynnik wnikania ciepła. 9. Obciążenia cieplne wybranych konstrukcji lotniczych / 2 / Rys historyczny. Wyniki badań wymiany ciepła w kole samolotu MiG-29, oblodzenie statków powietrznych – wyniki ekspertyzy (Mi-8, TS 11-Iskra). 10. 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. 11. Ustalona wymiana ciepła przez pręty i żebra. / 2 / Obliczenia wielkości cieplnych przy występowaniu różnego rodzaju warunków brzegowych 12. 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). 13. Wyznaczanie współczynników przejmowania ciepła. / 2 / Wyznaczanie współczynników przejmowania ciepła przy przepływach płynu wewnątrz kanałów i przy ich opływach zewnętrznych ze wzorów kryterialnych na liczbę Nusselta. 14. Warunki brzegowe wymiany ciepła dla łopatek / 2 / Warunki brzegowe wymiany ciepła w przypadku łopatek turbiny gazowej i wybrane sposoby techniczne chłodzenia łopatek. 15. Złożona wymiana ciepła i masy / 2 / Wymiana ciepła i masy w ośrodkach porowatych. Prawo Ficka. Prawo Darcye’go. Podstawowa terminologia z przedmiotu w języku angielskim. Ćwiczenia 1. Przewodzenie ciepła w stanie ustalonym / 2 / Przewodzenie ciepła w stanie ustalonym z wewnętrznymi źródłami ciepła oraz zależnej od temperatury przewodności cieplnej 2. Nieustalone przewodzenie ciepła cz.1 / 2 / Nieustalone przewodzenie ciepła w półprzestrzeni. Przekształcenie Laplace’a, metoda zmiennej samopodobnej 3. Nieustalone przewodzenie ciepła cz.2 / 2 / Nieustalone przewodzenie ciepła w ciałach o prostych kształtach. Metoda rozdzielenia zmiennych. 4. Nieustalone przewodzenie ciepła cz. 3 / 2 / Metoda superpozycji w jednowymiarowych zagadnieniach nieustalonego przewodzenia ciepła. 5. Wymienniki ciepła / 4 / Wymienniki ciepła. Chłodzenie mikroukładów elektronicznych. 6. Konwekcja przy zmianie stanu skupienia ciał / 2 / Wrzenie cieczy, skraplanie pary 7. Wymiana ciepła z uwzględnieniem przemian fazowych / 4 / Narastanie oblodzenia. Swobodnie spadająca kropla wody w powietrzu. 8. Radiacyjna wymiana ciepła w ośrodkach diatermicznych / 2 / . Obliczanie współczynników konfiguracji oraz radiacyjnych gęstości strumienia ciepła. 9. Złożona wymiana ciepła i masy / 2 / Prawa Ficka i prawo Darcy’ego 10.Pakiety programów numerycznych do obliczeń wymiany ciepła / 2 / Przegląd i analiza programów do obliczeń numerycznych wymiany ciepła i masy Laboratoria 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. Badania zjawiska przy przewodzeniu ciepła i prądu elektrycznego. / 2 / Badanie parametrów pracy elementu chłodzącego chłodziarki termoelektrycznej |
Literatura: |
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 … |
Efekty uczenia się: |
W1 / zna podstawowe prawa, zależności ilościowe i równania niezbędne do opisu i analizy zagadnień wymiany ciepła / K_W01 W2 / ma uporządkowaną i podbudowaną teoretycznie wiedzę w zakresie wymiany ciepła także przy przepływie czynnika w odniesieniu do wybranych konstrukcji lotniczych / K_W08 W3 / ma uporządkowaną i podbudowaną teoretycznie wiedzę w zakresie problemów konstrukcyjnych, technologicznych i eksploatacyjnych maszyn, kryteriów oceny obiektu, niezawodności i bezpieczeństwa związanych z wymianą ciepła w wybranych konstrukcjach lotniczych / K_W09 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_U07 W4 / posiada wiedzę z obszaru nauk ścisłych i technicznych ukierunkowaną na zagadnienia związanych z lotnictwem, w szczególności z zagadnieniami wymiany ciepła występującymi w elementach konstrukcyjnych statków powietrznych / W_22J_1 K1 / charakteryzuje się wysokim poziomem etyki zawodowej oraz bezwzględnym przestrzeganiem dyscypliny technicznej / K_22J-2 |
Metody i kryteria oceniania: |
Przedmiot zaliczany jest na podstawie: zaliczenia z oceną Ćwiczenia zaliczane są na podstawie: zaliczenia z oceną. Ćwiczenia laboratoryjne zaliczane są na podstawie: zaliczenia 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, W3 i W4, która to średnia jest zaokrąglana do najbliższej oceny przewidzianej regulaminem studiów. Warunkiem dopuszczenia do zaliczenia przedmiotu jest uzyskanie pozytywnych ocen (min. 3,0) z ćwiczeń audytoryjnych oraz ze wszystkich ćwiczeń laboratoryjnych. Zaliczenie ćwiczeń odbywa się na podstawie: ocen z odpowiedzi ustnych na ćwiczeniach oraz oceny z pisemnego testu – kolokwium -sprawdzającego efekty U1 i U2 z zadaniami zamkniętymi. 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. Dopuszczalna jest zdalna forma zaliczenia Dopuszczalne jest prowadzenie zajęć z wykorzystaniem technik kształcenia na odległość. Efekty W1, W2, W3 i W4 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 jest sprawdzany na podstawie obserwacji grupy podczas ćwiczeń laboratoryjnych. Ocena za osiągnięcie tego efektu jest ustalana łącznie z oceną efektów W1, W2, W3 i W4 |
Zajęcia w cyklu "Semestr zimowy 2024/2025" (w trakcie)
Okres: | 2024-10-01 - 2025-02-28 |
Przejdź do planu
PN WT ŚR CZ PT |
Typ zajęć: |
Ćwiczenia, 20 godzin
Laboratorium, 10 godzin
Wykład, 30 godzin
|
|
Koordynatorzy: | Piotr Koniorczyk, Janusz Zmywaczyk | |
Prowadzący grup: | Piotr Koniorczyk, Łukasz Omen, Mateusz Zieliński, Janusz Zmywaczyk | |
Lista studentów: | (nie masz dostępu) | |
Zaliczenie: |
Przedmiot -
Zaliczenie na ocenę
Ćwiczenia - Zaliczenie na ocenę Laboratorium - Zaliczenie ZAL/NZAL Wykład - Zaliczenie na ocenę |
Właścicielem praw autorskich jest Wojskowa Akademia Techniczna.