Termodynamika

niestacjonarne

I stopnia

obowiązkowy

W 20/+; C 8/z; L 16/+; Razem 44

matematyka I / wymagania wstępne: znajomość funkcji elementarnych, znajo-mość podstaw rachunku macierzowego i umiejętność rozwiązywania układów liniowych równań algebraicznych;

matematyka II / wymagania wstępne: znajomość rachunku różniczkowego i cał-kowego funkcji jednej zmiennej;

matematyka III / wymagania wstępne: znajomość podstaw rachunku różniczko-wego i całkowego funkcji dwóch i więcej zmiennych z uwzględnieniem wyznacza cznia całki oznaczonej;

fizyka I / wymagania wstępne: znajomość podstawowych wielkości fizycznych, znajomość metod formułowania i rozwiązywania problemów fizycznych, znajo-mość podstawowych praw zachowania, umiejętność rozróżnienia fenomenolo-gicznych i statystycznych metod opisu zagadnień fizyki;

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

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

mechanika płynów / wymagania wstępne: znajomość podstawowych zależności mechaniki płynów

semestr trzeci / lotnictwo i kosmonautyka / wszystkie specjalności

prof. dr hab. inż. Janusz TERPIŁOWSKI, prof. dr hab. inż. Piotr KONIORCZYK, prof. dr hab. inz. Andrzej J. PANAS, prof. dr hab. inż. Janusz ZMYWACZYK

1. Udział w wykładach / 20

2. Udział w laboratoriach / 16

3. Udział w ćwiczeniach / 8

4. Udział w seminariach / …..

5. Samodzielne studiowanie tematyki wykładów / 42

6. Samodzielne przygotowanie do laboratoriów / 32

7. Samodzielne przygotowanie do ćwiczeń / 24

8. Samodzielne przygotowanie do seminarium / …..

9. Realizacja projektu / …..

10. Udział w konsultacjach / 6

11. Przygotowanie do egzaminu /

12. Przygotowanie do zaliczenia /

13. Udział w egzaminie / 2

Sumaryczne obciążenie pracą studenta: 150 godz./ 5 ECTS

Zajęcia z udziałem nauczycieli (1+2+3+4+9+10+13): 52 godz./ 1,5 ECTS

Zajęcia powiązane z działalnością naukową 118 godz. / 4 ECTS

Stan termodynamiczny. Równania stanu gazów doskonałych i rzeczywistych. Właściwości mieszanin gazów. Zasady termodynamiki. Przemiany charaktery-styczne. Obiegi termodynamiczne. Właściwości jednoskładnikowych substancji rzeczywistych. Przejścia fazowe. Układy wieloskładnikowe. Warunki równowagi układu termodynamicznego. Spalanie paliw ciekłych i stałych. Właściwości pro-duktów spalania. Podstawy termodynamiki przepływów. Wymiana ciepła: przewodzenie, konwekcja i promieniowanie. Zewnętrzne i wewnętrzne źródła ciepła nagrzewające konstrukcję. Podstawowe zagadnienia konwersji energii ze źródeł odnawialnych.

1. Stan termodynamiczny. Układy wieloskładnikowe – wybrane zagadnienia cz.1 / 1+1X / Wprowadzenie. Pojęcia podstawowe. Tranzytywność równowagi ter-micznej. Równania stanu gazu doskonałego i gazów rzeczywistych. Roztwory gazów doskonałych

2. I zasada termodynamiki / 2+1X / Równania wyrażające pierwszą zasadę ter-modynamiki. Bilans energii dla układu przepływowego i otwartego

3. II i III zasada termodynamiki / 2+1X / Entropia. Zasada wzrostu entropii. Druga zasada termodynamiki dla obiegów. Kierunek przebiegu zjawisk nieodwracal-nych. Praca maksymalna i egzergia. Właściwości ciał w niskich temperaturach. Trzecia zasada termodynamiki

4. Własności gazów doskonałych / 2 / Ciepło właściwe, energia wewnętrzna, entalpia, entropia gazów doskonałych. Przemiany charakterystyczne gazów do-skonałych

5. Obiegi termodynamiczne silników cieplnych i urządzeń chłodniczych /2 / Obie-gi porównawcze maszyn cieplnych Obiegi silników tłokowych. Obiegi silników turbinowych. Obiegi sprężarek

6. Własności jednoskładnikowych substancji rzeczywistych / 2+1X / Współczynni-ki termodynamiczne. Zależności Maxwella. Funkcje stanu gazów rzeczywistych. Warunki równowagi substancji jednoskładnikowej. Przejścia fazowe

7. Układy wieloskładnikowe – wybrane zagadnienia / 2 / Własności gazów wil-gotnych. Przemiany powietrza wilgotnego

8. Termodynamika procesów spalania / 2+1X / 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. Termodynamika przepływów czynnika ściśliwego / 2+1X / Równanie podsta-wowe przepływu ściśliwego Parametry spiętrzenia, parametry krytyczne, ogólna charakterystyka przepływu w dyszy

10. Odnawialne źródła energii / 2X / Energetyka wodna, wiatrowa, geotermalna, słoneczna. Wykorzystanie niekonwencjonalnych źródeł energii w warunkach krajowych

11. Podstawy wymiany ciepła / 3+2X / Pole temperatury, podstawowe mechani-zmy wymiany ciepła. Przewodzenie ciepła. Opis analityczny zagadnień prze-wodnictwa cieplnego. Konwekcja wymuszona i konwekcja swobodna. Promie-niowanie cieplne

Ćwiczenia / Ćwiczenia audytoryjne polegają na rozwiązywaniu zadań w celu upo-rządkowania, ugruntowania i upraktycznienia wiedzy określonej efektami W1, W2, W3, W4 i K1

1. Stan termodynamiczny. Układy wieloskładnikowe – wybrane zagadnienia cz.1 / 2 / Równania stanu gazu doskonałego i gazów rzeczywistych. Obliczanie pa-rametrów 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 / 2X / Obliczanie para-metrów punktów węzłowych i sprawności termodynamicznej obiegów silników spalinowych i sprężarek

5. Spalanie / 1+2X / Obliczanie zapotrzebowania tlenu i powietrza do spalania. Obliczanie ilości i składu spalin przy spalaniu zupełnym i niezupełnym. Bilans energii przy spalaniu

6. Wymiana ciepła / 1+2X / Przewodzenie ciepła przez pręty i żebra. Wyznacza-nie współczynników przejmowania ciepła i strumieni ciepła przy złożonej wymia-nie ciepła

Laboratoria / Ćwiczenia laboratoryjne polegają na wykonywaniu przez grupę stu-dentów pomiarów i badań z wykorzystaniem dedykowanych stanowisk laborato-ryjnych w celu opanowania umiejętności U1, U2 i U3

1. Podstawowe metody i techniki pomiaru temperatury. / 2 / Podstawowe metody i techniki pomiaru temperatury. System pomiarowy (przyrządy wirtualne)

2. Termometry termoelektryczne / 2 / Pomiary temperatury termometrami termoelektrycznymi. i wyznaczanie ich cieplnej stałej czasowej

3. Termometry rezystancyjne / 2 / Pomiary temperatury termometrami rezystan-cyjnymi. Pomiar temperatury tłoka silnika.

4. Przemiany fazowe / 2 / Przemiany fazowe pierwszego i drugiego rodzaju

5. Obiegi porównawcze silników i pomp ciepła / 2 / Badanie sprawności silnika Stirlinga

6. Dławienie gazów / 2 / Badanie efektu zjawiska Joule’a – Thomsona na stano-wisku laboratoryjnym

7. Własności gazów wilgotnych / 2 / Pomiar wilgotności powietrza

8. Odnawialne źródła energii / 2 / Wyznaczanie sprawności termodynamicznej kolektora słonecznego

Uwaga:

X – przez studenta studiów niestacjonarnych zagadnienia te są realizowane indy-widualnie

Podstawowa:

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

2. Szargut J.: Termodynamika, PWN, Warszawa 1985 (także: Wyd. Pol. Śl., Gli-wice, 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, War-szawa 1974,

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

7. Instrukcje do ćwiczeń laboratoryjnych:

http://www.wmt.wat.edu.pl/index.php/zait-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 / zna podstawowe zasady i prawa termodynamiki, ich rolę jako uogólnienia praw mechaniki klasycznej oraz zna podstawy termodynamicznego opisu zja-wisk fizycznych, m.in. : optycznych, elektromagnetycznych, fizyki ciała stałego / K_W02

W2 / ma uporządkowaną wiedzę w zakresie termodynamiki technicznej ze szcze-gólnym uwzględnieniem przemian termodynamicznych, obiegów i procesów spalania, zna i rozumie zagadnienia wymiany ciepła i ich wzajemne zależności w problemach konstrukcyjno-eksploatacyjnych statków powietrznych i ko-smicznych, / K_W09, K_W22

U1 / potrafi przeprowadzić analizę procesu termodynamicznego przy wykorzysta-niu zdobytej wiedzy oraz informacji pozyskiwanych z literatury oraz wykonać proste obliczenia w zagadnieniach wymiany ciepła / K_U01

U2 / potrafi zastosować właściwe metody i urządzenia do pomiaru wybranych parametrów termodynamicznych oraz wielkości charakterystycznych dla za-gadnień wymiany ciepła /K_U07

U3 / potrafi wykorzystać poznane metody do przeprowadzenia badań i analizy zjawisk termodynamicznych w kontekście problemów konstrukcyjno-eksploatacyjnych statków powietrznych i kosmicznych / K_U17

K1 / ma świadomość ważności wpływu skutków działalności inżyniera, zajmują-cego się zagadnieniami spalania oraz obciążeniami cieplnymi elementów ma-szyn, na stan środowiska naturalnego człowieka / K_K02

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.

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 pi-semnej. Efekty W1 i W2 oraz dodatkowo efekty U1 i U2 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 nieprzekracza-jącą 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 pozytyw-nych ocen z kolokwium/kolokwiów oraz pozytywnych ocen z odpowiedzi na pyta-nia kontrolne sprawdzające efekty W1 i W2 oraz oceny rozwiązań zadań rachun-kowych realizowanych w trakcie zajęć.

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

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

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

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

Ocenę dostateczną (dst) otrzymuje student, który:

1. Zna i potrafi samodzielnie przedstawić wielkości i funkcje opisu stanu termo-dynamicznego

2. Potrafi samodzielnie podać i zinterpretować zasady termodynamiki procesów równowagowych

3. Potrafi samodzielnie podać podstawowe zależności opisu stanu gazu dosko-nałego

4. Zna i potrafi samodzielnie podać minimum 50% pojęć i zależności z zakresu tematyki poruszanej w trakcie zajęć (m.in. dot. opisu przemian termodyna-micznych, stanu czynników rzeczywistych, podstaw teorii spalania, termo-dynamiki 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 zakresu tematyki poruszanej w trakcie zajęć (m.in. dot. opisu przemian termodyna-micznych, stanu czynników rzeczywistych, podstaw teorii spalania, termo-dynamiki 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 zakresu tematyki poruszanej w trakcie zajęć (m.in. dot. opisu przemian termodyna-micznych, stanu czynników rzeczywistych, podstaw teorii spalania, termo-dynamiki 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 większo-ści relacji złożonych z zależności podstawowych

2. Potrafi sformułować opis teoretyczny złożonego problemu termodynamicz-nego 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 ter-modynamicznego 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) 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 wyzna-czeniem parametrów punktów węzłowych dla gazu doskonałego

4. Potrafi wykonać obliczenia z zakresu teorii spalania mając do dyspozycji za-leżności uogólnione

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

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

1. Potrafi przeprowadzić analizę prostego obiegu termodynamicznego z wyzna-czeniem parametrów punktów węzłowych dla gazu doskonałego oraz określe-niem 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 jedno-wymiarowego.

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 ści-śliwego

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 uwzględnie-niem 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 technicz-nego z uwzględnieniem ewentualnych złożeń mechanizmów transportu ciepła

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

Efekty U2 i U3 sprawdzane są łącznie podczas zajęć laboratoryjnych i poprzez ocenę przedkładanych sprawozdań:

Ocenę dostateczną otrzymuje student, który:

1. Zna i przestrzega zasady bezpieczeństwa pracy w laboratorium

2. Potrafi samodzielnie zdefiniować i zinterpretować wyznaczane podczas pla-nowanego 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 otrzymuje student, który:

1. Potrafi, we współpracy grupowej, prawidłowo zinterpretować wynik przepro-wadzonego 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 przed-stawić 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 charakterystycz-nym dla danego elementu konstrukcyjnego statku powietrznego (zjawiskiem fi-zycznym dotyczącym techniki lotniczej i kosmonautycznej)

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

Efekt K1 sprawdzany jest na podstawie obserwacji grupy podczas ćwiczeń ra-chunkowych i laboratoryjnych. Ocena za osiągnięcie tego efektu jest uzyskana łącznie z osiągnięciem efektów W1, W2, U1, U2 i U3.

n.d.