Termodynamika

stacjonarne

I stopnia

wybieralny

W 30/+, C 14/+, L 16/+ razem: 60 godz., 4 pkt ECTS

Matematyka 1 / wymagania wstępne: znajomość funkcji elementarnych, znajo-mość 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 różniczko-wego i całkowego funkcji dwóch i więcej zmiennych z uwzględnieniem wyzna-cza cznia całki oznaczonej;

Fizyka 1 / 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 Techniczna / wymagania wstępne: znajomość wielkości mecha-nicznych oraz podstawowych praw mechaniki;

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

semestr czwarty / lotnictwo i kosmonautyka / specjalność: płatowce i napędy lotnicze

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

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 / 14

6. Samodzielne przygotowanie do laboratoriów / 10

7. Samodzielne przygotowanie do ćwiczeń / 12

8. Samodzielne przygotowanie do seminarium / …..

9. Realizacja projektu / …..

10. Udział w konsultacjach / 18

11. Przygotowanie do egzaminu / …..

12. Przygotowanie do zaliczenia / …..

13. Udział w egzaminie / 5

Sumaryczne obciążenie pracą studenta: 120 godz./ 4 ECTS

Zajęcia z udziałem nauczycieli (1+2+3+4+9+10+13): 84 godz./ 3 ECTS

Zajęcia powiązane z działalnością naukową 90 godz / 3 ECTS

Zajęcia o charakterze praktycznym ….. godz./…..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: prze-wodzenie, konwekcja i promieniowanie. Zewnętrzne i wewnętrzne źródła ciepła nagrzewające konstrukcję. Podstawowe zagadnienia konwersji energii ze źródeł odnawialnych.

Wykład / metoda werbalno-wizualna wykorzystaniem nowoczesnych technik multimedialnych (prezentacji z elementami animacji, z ilustracjami i schematami przykładowych rozwiązań). Podanie treści do samodzielnego studiowania w celu utrwalenia wiedzy określonej efektami W1, W2,W3. Wprowadzanie podstawowej terminologii z przedmiotu w języku angielskim.

1. Stan termodynamiczny. Układy wieloskładnikowe – wybrane zagad-nienia / 2

Wprowadzenie. Pojęcia podstawowe. Tranzytywność równowagi ter-micznej. 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 maksy-malna i egzergia. Właściwości ciał w niskich temperaturach. Trzecia za-sada termodynamiki

4. Własności gazów doskonałych / 2

Ciepło właściwe, energia wewnętrzna, entalpia, entropia gazów doskona-łych. Przemiany charakterystyczne gazów doskonałych

5. Obiegi termodynamiczne silników cieplnych i urządzeń chłodni-czych /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, pa-rametry 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. Przewo-dzenie ciepła. Opis analityczny zagadnień przewodnictwa cieplnego. Konwekcja wymuszona i konwekcja swobodna. Promieniowanie cieplne.

Ćwiczenia audytoryjne polegające na grupowym rozwiązywaniu zadań i zagad-nień problemowych w celu utrwalenia wiedzy określonej efektami W1, W2, W3 i opanowania umiejętności U1 i U3.

1. Stan termodynamiczny. Układy wieloskładnikowe – wybrane zagad-nienia / 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 termodyna-micznych 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 termodyna-micznej obiegów silników spalinowych i sprężarek

5. Spalanie / 3

Obliczanie zapotrzebowania tlenu i powietrza do spalania. Obliczanie ilo-ści 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 / metoda praktyczna: realizacja zagadnień w formie pracy zespołów badawczych realizujących zagadnienie pomiaru i interpretacji zjawisk w celu utrwalenia wiedzy określonej efektami W1, W2, W3 i opanowania umiejętności U2.

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 temperatu-ry 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 laborato-ryjnym

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, 2005

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., Zmy-waczyk J., Szodrowski S.: Termodynamika. Pomiary cieplne. WAT, War-szawa 1994;

7. Jarosław Mikielewicz, Dariusz Mikielewicz: Termodynamika we współczesnej

nauce i technice, PWN SA, Warszawa 2025.

8. 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 …

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 występujących w elementach, układach, urządzeniach, instalacjach i systemach statku powietrznego oraz w ich systemach eksploatacji / 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_W11

W3 / ma zaawansowaną wiedzę na temat wybranych faktów, o obiektach i zjawiskach oraz dotyczącą ich metod i teorii wyjaśniających złożone zależności występujących między nimi, stanowiących podstawową wiedzę ogólną z za-kresu dyscyplin mechaniki, budowy i eksploatacji maszyn, elektroniki, elektrotechniki, informatyki / K_W19

U1 / potrafi przeprowadzić analizę procesu termodynamicznego przy wykorzystaniu zdobytej wiedzy oraz informacji pozyskiwanych z literatury oraz wyko-nać 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 w elementach, układach, urządzeniach i instalacjach statku powietrznego /K_U06

U3 / potrafi wykorzystać poznane metody do przeprowadzenia badań i analizy zjawisk termodynamicznych w kontekście problemów konstrukcyjno-eksploatacyjnych statków powietrznych i kosmicznych / K_U14

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

Dopuszczalna jest zdalna forma egzaminu i zaliczeń

Dopuszczalne jest prowadzenie zajęć z wykorzystaniem technik kształcenia na odległość.

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, W2 i W3 oraz dodatkowo efekty U1, U2 i U3 są sprawdzane podczas testu.

Warunkiem dopuszczenia do zaliczenia wykładów jest uzyskanie pozytywnych ocen zaliczenia ćwiczeń i zajęć laboratoryjnych. Przy ustalaniu oceny końco-wej można uwzględnić oceny zaliczenia ćwiczeń i laboratoriów z wagą nie-przekraczającą 50%.

Zaliczenie ćwiczeń na ocenę jest przeprowadzane w formie pisemnego testu – kolokwium -sprawdzającego efekt U1 z zadaniami zamkniętymi. Przy ustala-niu 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 pozy-tywnych ocen z kolokwium/kolokwiów oraz pozytywnych ocen z odpowiedzi na pytania kontrolne sprawdzające efekty W1, W2 i W3 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 poszcze-gólnych 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.

Dopuszczalna jest zdalna forma zaliczenia

Dopuszczalne jest prowadzenie zajęć z wykorzystaniem technik kształcenia na odległość.

Efekty W1, W2 i W3 sprawdzane są przede wszystkim podczas zaliczenia wy-kładów.

Ocenę dostateczną (dst) otrzymuje student, który:

1. Zna i potrafi samodzielnie przedstawić wielkości i funkcje opisu stanu ter-modynamicznego

2. Potrafi samodzielnie podać i zinterpretować zasady termodynamiki proce-sów równowagowych

3. Potrafi samodzielnie podać podstawowe zależności opisu stanu gazu do-skonałego

4. Zna i potrafi samodzielnie podać minimum 50% pojęć i zależności z zakre-su tematyki poruszanej w trakcie zajęć (m.in. dot. opisu przemian termody-namicznych, stanu czynników rzeczywistych, podstaw teorii spalania, ter-modynamiki 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 zakre-su tematyki poruszanej w trakcie zajęć (m.in. dot. opisu przemian termody-namicznych, stanu czynników rzeczywistych, podstaw teorii spalania, ter-modynamiki płynów i podstaw teorii wymiany ciepła)

2. Potrafi samodzielnie podać sposób wykorzystania zależności podstawo-wych 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 zakre-su tematyki poruszanej w trakcie zajęć (m.in. dot. opisu przemian termody-namicznych, stanu czynników rzeczywistych, podstaw teorii spalania, ter-modynamiki płynów i podstaw teorii wymiany ciepła)

2. Potrafi przedstawić wyprowadzenia większości relacji złożonych z zależno-ści podstawowych

Ocenę dobrą plus otrzymuje student, który:

Dodatkowo w stosunku do oceny db:

1. Potrafi samodzielnie przedstawić i wyjaśnić sposób wyprowadzenia więk-szości 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 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 wyzna-czeniem 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 wyzna-czeniem parametrów punktów węzłowych dla gazu doskonałego oraz okre-śleniem 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 uwzględ-nieniem 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 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 pla-nowanego badania wielkości

3. Potrafi samodzielnie przedstawić budowę i opisać sposób działania stanowi-ska 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 ra-port

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 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 charaktery-stycznym dla danego elementu konstrukcyjnego statku powietrznego (zjawi-skiem fizycznym dotyczącym techniki lotniczej i kosmonautycznej)

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