Modelowanie procesów wymiany ciepła i masy
Informacje ogólne
Kod przedmiotu: | WMTSWWSM-MPWCiM |
Kod Erasmus / ISCED: | (brak danych) / (brak danych) |
Nazwa przedmiotu: | Modelowanie procesów wymiany ciepła i masy |
Jednostka: | Wydział Mechatroniki, Uzbrojenia i Lotnictwa |
Grupy: | |
Strona przedmiotu: | https://wml.wat.edu.pl/instytut-techniki-lotniczej/zaklad-aerodynamiki-i-termodynamiki/materialy-dydaktyczne |
Punkty ECTS i inne: |
(brak)
|
Język prowadzenia: | polski |
Forma studiów: | stacjonarne |
Rodzaj studiów: | II stopnia |
Rodzaj przedmiotu: | wybieralny |
Forma zajęć liczba godzin/rygor: | studia stacjonarne: W 14/Zo, C 16/Zo, L 14/Zo razem: 44 godz. |
Przedmioty wprowadzające: | Matematyka 1-3 / wymagania wstępne: znajomość rachunku różniczkowego i całkowego fizyka / wymagania wstępne: znajomość podstawowych praw fizycznych. mechanika techniczna / wymagania wstępne: znajomość podstawowych równań kinematyki i dynamiki punktu materialnego oraz definicji pędu, energii kinetycznej i potencjalnej mechanika płynów / wymagania wstępne: znajomość podstawowych zależ-ności mechaniki płynów; termodynamika / wymagania wstępne: znajomość podstawowych wielkości termodynamicznych oraz podstawowych praw termodynamiki; wymiana ciepła / wymagania wstępne: znajomość podstaw wymiany ciepła z uwzględnieniem wymiany ciepła w konstrukcjach lotniczych; Informatyka / wymagania wstępne: znajomość wybranego języka programowania, Excela |
Programy: | semestr pierwszy / inżynieria bezpieczeństwa / wszystkie specjalności |
Autor: | prof. dr hab. inż. Piotr KONIORCZYK, prof. dr hab. inż. Janusz ZMYWACZYK |
Bilans ECTS: | Aktywność / obciążenie studenta w godz. 1. Udział w wykładach / 14 godz. 2. Udział w laboratoriach / 16 godz. 3. Udział w ćwiczeniach / 14 godz. 4. Udział w seminariach / 0 godz. 5. Samodzielne studiowanie tematyki wykładów / 5 godz. 6. Samodzielne przygotowanie do laboratoriów / 27 godz. 7. Samodzielne przygotowanie do ćwiczeń / 18 godz. 8. Samodzielne przygotowanie do seminarium / 0 godz. 9. Realizacja projektu / 0 godz. 10. Udział w konsultacjach / 16 godz. 11. Przygotowanie do egzaminu / 0 godz. 12. Przygotowanie do zaliczenia / 10 godz. 13. Udział w egzaminie / 0 godz. Sumaryczne obciążenie pracą studenta: 120 godz./ 4 ECTS Zajęcia z udziałem nauczycieli (1+2+3+4+9+10+13): 60 godz./ 2 ECTS Zajęcia powiązane z działalnością naukową 120 godz. / 4 ECTS Zajęcia praktyczne godz. / ECTS |
Skrócony opis: |
Równanie nieustalonego przewodzenia ciepła w ciałach stałych i płynach. Warunki graniczne. Konwekcyjna i radiacyjna wymiana ciepła oraz zastosowanie teorii podobieństwa do określania współczynników przejmowania ciepła. Wymienniki ciepła. Ekrany radiacyjne. Metody analityczne i numeryczne rozwiązywania zagadnień wymiany ciepła i masy. Naprężenia termiczne. Złożona wymiana ciepła. Przejmowanie ciepła przy wrzeniu (wrzenie błonkowe, wrzenie pęcherzykowe, krytyczna gęstość strumienia ciepła). Wymiana ciepła i masy w ośrodkach porowatych. Prawo Ficka. Prawo Darcye’go. Przegląd i krótka analiza aktualnie dostępnych programów do obliczeń numerycznych wymiany ciepła i masy oraz naprężeń termicznych w elementach i konstrukcjach technicznych. |
Pełny opis: |
Wykład 1. Analityczne metody rozwiązywania zagadnień ustalonego i nieustalonego przewodzenia ciepła / 2 / Prawo Fouriera. Równanie różniczkowe przewodzenia ciepła w ciałach stałych. Warunki początkowe i brzegowe. Analityczne metody rozwiązywania zagadnień jednowymiarowych i dwuwymiarowych ustalonego i nieustalonego pola temperatury. 2. Numeryczne metody rozwiązywania zagadnień przewodnictwa cieplnego / 2 / Metoda różnic skończonych. Metoda objętości skończonej (kontrolnej). Metoda elementów skończonych (MES). 3. Wymienniki ciepła. Rodzaje wymienników ciepła. Efektywność cieplna rekuperatorów / 2 / Rodzaje wymienników ciepła. Wymiana ciepła przy współprądzie i przeciwprądzie. Końcowe temperatury czynników w rekuperatorach. Ekrany 4. Charakterystyka konwekcji przy zmianie stanu skupienia ciał. / 2 / Wrzenie cieczy. Skraplanie pary. Kondensacja błonkowa na płycie pionowej przy laminarnym ruchu warstwy skroplin. Wymiana ciepła przy wrzeniu. Powstawanie i wzrost pęcherzyków pary 5. Wymiana ciepła przy zmianie stanu skupienia ciał. / 2 / Topnienie i krzepnięcie ciał o prostych kształtach (kula, warstwa) 6. 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. 7. 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 / 2 / Nieustalone przewodzenie ciepła w ciałach o prostych kształtach. Metoda rozdzielenia zmiennych. Metoda superpozycji w jednowymiarowych zagadnieniach nieustalonego przewodzenia ciepła. 3. Metoda różnic skończonych dla równania Laplace’a /2/ 3. Wymienniki ciepła / 2 / Wymienniki ciepła. Chłodzenie mikroukładów elektronicznych. 4. Konwekcja przy zmianie stanu skupienia ciał / 2 / Wrzenie cieczy, skraplanie pary 5. Wymiana ciepła z uwzględnieniem przemian fazowych / 2 / Narastanie oblodzenia. Swobodnie spadająca kropla wody w powietrzu. 6. Radiacyjna wymiana ciepła w ośrodkach diatermicznych / 2 / . Obliczanie współczynników konfiguracji oraz radiacyjnych gęstości strumienia ciepła. 7. Złożona wymiana ciepła i masy / 2 / Prawa Ficka i prawo Darcy’ego Laboratoria 1. Pompa ciepła / 2 / Badanie powietrznej, sprężarkowej pompy cieplnej 2. Badanie efektu Joule’a - Thomsona / 2 / Badanie efektu Joule’a – Thomsona na stanowisku laboratoryjnym. Krzywa inwersji. 3. Przemiany fazowe / 2 / Badanie efektów cieplnych przemiany fazowej pierwszego i drugiego rodzaju. 4. Wyznaczanie dyfuzyjności cieplnej ciał stałych / 2 / Pomiar dyfuzyjności cieplnej ciał stałych w warunkach uporządkowanej wymiany ciepła.. 5. Ogniwa paliwowe / 2 / Wyznaczanie sprawności termodynamicznej ogniwa paliwowego. 6. Ustalone przewodzenie ciepła / 2 / Określenie rozkładu pól temperatury metodą obliczeń numerycznych. Przegląd dostępnych programów do obliczeń numerycznych wymiany ciepła i masy oraz naprężeń termicznych 7. Złożona wymiana ciepła i masy / 2 / Obliczenia złożonej wymiany ciepła i masy przy pomocy pakietu Comsol Multiphysics |
Literatura: |
• Wiśniewski S., Wiśniewski T.S.: Wymiana ciepła. Wyd. 6, WNT, Warszawa 2012, • Taler J., Duda P.: Rozwiązywanie prostych i odwrotnych zagadnień przewodzenia ciepła., WNT, 203 • Kostowski E.: Zbiór zadań z przepływu ciepła. Wyd. Politechniki Śląskiej. Gliwice 2006, • Furmański P., Domański R.: Wymiana ciepła. Przykłady obliczeń i zadania. Wyd. Politechniki Warszawskiej, Warszawa, 2002. • Terpiłowski J., Wiśniewski S., Termodynamika. Zbiór zadań, cz. 2. WAT, Warszawa 1974, • Terpiłowski J., Panas A., Wiśniewski S., Preiskorn M., Koniorczyk P., Zmywaczyk J., Szodrowski S.: Termodynamika. Pomiary cieplne. WAT, Warszawa 1994; • Instrukcje do ćwiczeń laboratoryjnych: https://wml.wat.edu.pl/instytut-techniki-lotniczej/zaklad-aerodynamiki-i- termodynamiki/materialy-dydaktyczne/ Uzupełniająca: • Madejski J.: Teoria wymiany ciepła. Politechnika Szczecińska 1998, • Baehr H.D., Stephan K.: Heat and mass transfer, 2nd ed. Springer, 2006 (ISBN-10 3-540-29526-7) • Wang L., Zhou X., Wei X.: Heat conduction. Mathematical models and analytical solutions, Springer 2008 (ISBN-13 978-3-540-74028-5) |
Efekty uczenia się: |
W1 / ma podbudowaną teoretycznie szczegółową wiedzę związaną z modelowaniem procesów wymiany ciepła / K_W28 U1 / potrafi posługiwać się technikami obliczeniowymi stosowanymi w dziedzinie wymiany ciepła oraz wspomagającymi analizę obciążeń cieplnych konstrukcji technicznych / K_U25 U2 / potrafi planować i przeprowadzać eksperymenty, interpretować uzyskane wyniki i wyciągać wnioski, formułować i testować hipotezy związane z problemami inżynierskimi i prostymi problemami badawczymi / K_U38 |
Metody i kryteria oceniania: |
Przedmiot zaliczany jest na podstawie: zaliczenia z oceną. Zaliczenie wykładów jest przeprowadzane w formie pisemnej z pytaniami testowymi oraz problemowymi z możliwością włączenia dodatkowego zaliczenia ustnego, które jest przeprowadzane w przypadku niejednoznacznego wyniku części pisemnej. Warunkiem dopuszczenia do zaliczenia wykładów jest uzyskanie pozytywnych ocen zaliczenia ćwiczeń i zajęć laboratoryjnych. Efekt W1 oraz dodatkowo efekty U1 i U2 są sprawdzane przede wszystkim podczas testu i zaliczenia wykładów.. Zaliczenie ćwiczeń na ocenę jest przeprowadzane w formie pisemnego testu – kolokwium, sprawdzającego efekt W1, U1 i U2 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, U1 i U2 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 pisemnych sprawozdań z wykonanych ćwiczeń. Efekty U1 i U2 są sprawdzane także podczas zajęć laboratoryjnych. Warunkiem koniecznym do uzyskania zaliczenia zajęć laboratoryjnych jest uzyskanie pozytywnych ocen odpowiedzi na pytania kontrolne i pozytywnych ocen pisemnych sprawozdań z wykonanego ćwiczenia. Przy ustalaniu oceny końcowej można uwzględnić oceny zaliczenia ćwiczeń i laboratoriów z wagą nieprzekraczającą 50%: Dopuszczalna jest zdalna forma zaliczenia. Dopuszczalne jest prowadzenie zajęć z wykorzystaniem technik kształcenia na odległość. Efekt W1 jest sprawdzany są przede wszystkim podczas zaliczenia wykładów. Ocenę dostateczną otrzymuje student, który potrafi obliczyć minimum 50% parametrów wymienników ciepła, współczynników przejmowania ciepła w zagadnieniach konwekcji swobodnej i wymuszonej; parametry wymiany ciepła przy zmianie stanu skupienia ciał stałych i cieczy, wielkości związanych z radiacyjną wymianą ciepła, przy czym dopuszcza się odstępstwa od prawidłowej interpretacji uzyskanych wyników obliczeń, ale popełniając błędy obliczeniowe, może błędnie zapisać wynik pomiaru Ocenę dostateczną plus otrzymuje student, który potrafi obliczyć minimum 70% parametrów wymienników ciepła, współczynników przejmowania ciepła w zagadnieniach konwekcji swobodnej i wymuszonej; parametry wymiany ciepła przy zmianie stanu skupienia ciał stałych i cieczy, wielkości związanych z radiacyjną wymianą ciepła, przy czym dopuszcza się odstępstwa od prawidłowej interpretacji uzyskanych wyników obliczeń Ocenę dobrą otrzymuje student, który potrafi samodzielnie podać minimum 90% pojęć i zależności z zakresu obliczania wartości parametrów wymienników ciepła, współczynników przejmowania ciepła w zagadnieniach konwekcji swobodnej i wymuszonej, parametry wymiany ciepła przy zmianie stanu skupienia ciał stałych i cieczy, wielkości związanych z radiacyjną wymianą ciepła; bezbłędnie interpretuje fizykalnie otrzymane wyniki, przy czym dopuszcza się odstępstwa od prawidłowej interpretacji uzyskanych wyników obliczeń Ocenę dobrą plus otrzymuje student, który potrafi bezbłędnie obliczyć wartości parametrów wymienników ciepła, współczynników przejmowania ciepła w zagadnieniach konwekcji swobodnej i wymuszonej, parametry wymiany ciepła przy zmianie stanu skupienia ciał stałych i cieczy, wielkości związanych z radiacyjną wymianą ciepła; bezbłędnie interpretuje fizykalnie otrzymane wyniki, przy czym dopuszcza się niewielkie odstępstwa od prawidłowej interpretacji uzyskanych wyników obliczeń Ocenę bardzo dobrą otrzymuje student, który Potrafi bezbłędnie obliczyć wartości parametrów wymienników ciepła, współczynników przejmowania ciepła w zagadnieniach konwekcji swobodnej i wymuszonej, parametry wymiany ciepła przy zmianie stanu skupienia ciał stałych i cieczy, wielkości związanych z radiacyjną wymianą ciepła, bezbłędnie interpretuje fizykalnie otrzymane wyniki Ocenę niedostateczną otrzymuje student, który nie spełnia przedstawionych powyżej wymogów. |
Właścicielem praw autorskich jest Wojskowa Akademia Techniczna.