Termodynamika

stacjonarne

I stopnia

obowiązkowy

W 30/E, C 14/z, L 16/+ razem: 60 godz.,

matematyka I / wymagania wstępne: znajomość funkcji elementarnych, znajo-mość podstaw rachunku macierzowego i umiejętność rozwiązywania układów li-niowych 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, znajomość podstawowych praw zachowania, umiejętność rozróżnienia fenomenologicznych 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

studia I stopnia dla kandydatów na żołnierzy zawodowych

prof. dr hab. inż. Janusz TERPIŁOWSKI,

prof. dr hab. inż. Piotr KONIORCZYK,

prof. dr hab. inz. Andrzej PANAS,

dr hab. inż. Janusz ZMYWACZYK, prof. WAT

1. Udział w wykładach / 30

2. Udział w laboratoriach / 16

3. Udział w ćwiczeniach / 14

4. Udział w seminariach / …..

5. Samodzielne studiowanie tematyki wykładów / 28

6. Samodzielne przygotowanie do laboratoriów / 30

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): 68 godz./ 2,5 ECTS

Zajęcia powiązane z działalnością naukową 118 godz. / 4 ECTS

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

Wykład / Wykłady są ilustrowane prezentacjami wizualnymi w celu dostarczenia wiedzy określonej efektami W1, W2, U1, U2, U3, K1

1. Stan termodynamiczny. Układy wieloskładnikowe – wybrane zagadnienia cz.1 / 2/ Wprowadzenie. Pojęcia podstawowe. Tranzytywność równowagi termicznej. Równania stanu gazu doskonałego i gazów rzeczywistych. Roztwory gazów doskonałych

2. I zasada termodynamiki / 3 / Równania wyrażające pierwszą zasadę termodynamiki. Bilans energii dla układu przepływowego i otwartego

3. II i III zasada termodynamiki / 3 / Entropia. Zasada wzrostu entropii. Druga zasada termodynamiki dla obiegów. Kierunek przebiegu zjawisk nieodwracalnych. 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 doskonałych

5. Obiegi termodynamiczne silników cieplnych i urządzeń chłodniczych /2 / Obiegi porównawcze maszyn cieplnych Obiegi silników tłokowych. Obiegi silników turbinowych. Obiegi 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 / 2 / Własności gazów wilgotnych. Przemiany powietrza wilgotnego

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. Termodynamika przepływów czynnika ściśliwego / 3 / Równanie podstawowe przepływu ściśliwego Parametry spiętrzenia, parametry krytyczne, ogólna charakterystyka przepływu w dyszy

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

11. Podstawy wymiany ciepła / 5 / Pole temperatury, podstawowe mechanizmy wymiany ciepła. Przewodzenie ciepła. Opis analityczny zagadnień przewodnictwa cieplnego. Konwekcja wymuszona i konwekcja swobodna. Promieniowanie cieplne

Ćwiczenia / Ćwiczenia audytoryjne polegają na rozwiązywaniu zadań w celu uporządkowania, 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 parametrów 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 / 2 / Obliczanie parametrów punktów węzłowych i sprawności termodynamicznej obiegów silników spalinowych i sprężarek

5. Spalanie / 3 / Obliczanie zapotrzebowania tlenu i powietrza do spalania. Obliczanie ilości i składu spalin przy spalaniu zupełnym i niezupełnym. Bilans energii przy spalaniu

6. Wymiana ciepła / 3 / Przewodzenie ciepła przez pręty i żebra. Wyznaczanie współczynników przejmowania ciepła i strumieni ciepła przy złożonej wymianie ciepła

Laboratoria / Ćwiczenia laboratoryjne polegają na wykonywaniu przez grupę studentów pomiarów i badań z wykorzystaniem dedykowanych stanowisk laboratoryjnych 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 rezystancyjnymi. 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 stanowisku laboratoryjnym

7. Własności gazów wilgotnych / 2 / Pomiar wilgotności powietrza

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

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:

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 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, zna i rozumie zagadnienia wymiany ciepła i ich wzajemne zależności w problemach konstrukcyjno-eksploatacyjnych statków powietrznych i kosmicznych, / K_W09, K_W22

U1 / potrafi przeprowadzić analizę procesu termodynamicznego przy wykorzystaniu 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 zagadnień 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, zajmującego się zagadnieniami spalania oraz obciążeniami cieplnymi elementów maszyn, na stan środowiska naturalnego człowieka / K_K02

Przedmiot zaliczany jest na podstawie: egzaminu.

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

Warunkiem dopuszczenia do egzaminu jest uzyskanie pozytywnych ocen zaliczenia ćwiczeń i zajęć laboratoryjnych. Przy ustalaniu oceny końcowej można uwzględnić oceny zaliczenia ćwiczeń i laboratoriów z wagą nieprzekraczającą 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 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 na ocenę jest przeprowadzane na podstawie średniej ocen testów sprawdzających przygotowanie do wykonania poszczególnych ćwiczeń oraz ocen sprawozdań pisemnych 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 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 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 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 termodynamicznych, stanu czynników rzeczywistych, podstaw teorii spalania, termodynamiki 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 termodynamicznych, stanu czynników rzeczywistych, podstaw teorii spalania, termodynamiki 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 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 sformułować opis teoretyczny złożonego problemu termodynamicznego 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 wyznaczeniem parametrów punktów węzłowych dla gazu doskonałego

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

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

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

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 uwzględnieniem 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 technicznego 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 są sprawdzane 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 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 otrzymuje student, który:

1. Potrafi, we współpracy grupowej, prawidłowo zinterpretować wynik przeprowadzonego 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 przedstawić 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 charakterystycznym dla danego elementu konstrukcyjnego statku powietrznego (zjawiskiem fizycznym 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 rachunkowych i laboratoryjnych. Ocena za osiągnięcie tego efektu jest uzyskana łącznie z osiągnięciem efektów W1, W2, U1, U2 i U3.