Drukuj Eksport do pliku (MS Word)
Nazwa przedmiotu:
Metody numeryczne w wymianie ciepła
Koordynator przedmiotu:
prof. dr hab. inż. Jerzy Banaszek
Status przedmiotu:
Obowiązkowy
Poziom kształcenia:
Studia II stopnia
Program:
Energetyka
Grupa przedmiotów:
Obowiązkowe
Kod przedmiotu:
NK347
Semestr nominalny:
1 / rok ak. 2011/2012
Liczba punktów ECTS:
3
Liczba godzin pracy studenta związanych z osiągnięciem efektów uczenia się:
Liczbę godzin pracy studenta szacuje się na około 45h. Obejmuje ona pracę własną poświęconą poszerzeniu wiedzy teoretycznej z wykorzystaniem zalecanej literatury oraz ćwiczeniom komputerowym dla poznania działania komercyjnych kodów symulacji zagadnień mechaniki płynów i wymiany ciepła w zastosowaniach inżynierskich.
Liczba punktów ECTS na zajęciach wymagających bezpośredniego udziału nauczycieli akademickich:
Liczba punktów ECTS=1.5 Udział studenta w 30h wykładzie oraz w 15h zajęciach w laboratorium komputerowym
Język prowadzenia zajęć:
polski
Liczba punktów ECTS, którą student uzyskuje w ramach zajęć o charakterze praktycznym:
Formy zajęć i ich wymiar w semestrze:
  • Wykład30h
  • Ćwiczenia0h
  • Laboratorium15h
  • Projekt0h
  • Lekcje komputerowe0h
Wymagania wstępne:
NW122 - Mechanika płynów 1 (MP1) NK481 - Równania różniczkowe cząstkowe (RRC) NK423 - Wymiana ciepła 1 (WYCIEP1) NW414 - Informatyka 2 (INFA2)
Limit liczby studentów:
90
Cel przedmiotu:
Znajomość podstaw współczesnych technik symulacji komputerowej zagadnień mechaniki płynów i wymiany ciepła (metod objętości kontrolnych i elementów skończonych) oraz umiejętność ich zastosowania w modelowaniu wybranych zagadnień inżynierskich przy wykorzystaniu wybranego komercyjnego kodu komputerowego (Ansys Fluent).
Treści kształcenia:
Wykład: 1. Od rzeczywistości do jej symulacji komputerowej - etapy budowy modelu 2. Model matematyczny ruchu płynu nieściśliwego i wymiany ciepła – całkowe i różniczkowe równania zachowania 3. Metody dyskretyzacji obszaru geometrycznego 4. Przegląd współczesnych metod numerycznych mechaniki płynów i wymiany ciepła – Metoda Objętości Kontrolnych (MOK), Metoda Elementów Skończonych (MES) 5. Modelowanie ustalonej i nieustalonej dyfuzji na siatkach objętości kontrolnych i elementów skończonych 6. Modelowanie konwekcyjno-dyfuzyjnego transportu wielkości polowej – techniki pod prąd w modelach MOK i MES 7. Analiza dokładności modelu numerycznego – zgodność, stabilność, zbieżność, ocena dokładności na siatkach o umiarkowanych gęstościach 8. Przegląd algorytmów obliczeniowych metod MOK i MES w zagadnieniach konwekcji płynu nieściśliwego 9. Przegląd metod rozwiązania układów liniowych równań algebraicznych 10. Wprowadzenie do modelowania turbulencji 11. Ocena wiarygodności symulacji komputerowej zagadnień ruchu płynu i wymiany ciepła – weryfikacja i walidacja obliczeń, przykłady Laboratorium komputerowe: 1. Wprowadzenie do obsługi programu ANSYS GAMBIT - tworzenie geometrii obszaru dwuwymiarowego, strukturalnych i niestrukturalnych siatek objętości kontrolnych, typów warunków brzegowych, typów obszarów, wykorzystanie zaawansowanych funkcji do lokalnego zagęszczania siatki. 2. Wprowadzenie do obsługi programu ANSYS FLUENT - wczytywanie i diagnostyka siatki, warunki brzegowe i początkowe, własności materiałowe, ustawienia solvera, graficzna prezentacja wyników, UDF (User Defined File) 3. Przykłady modelowania w kodzie Fluent: termiczna konwekcja swobodna w kostce, promieniowanie cieplne, konwekcja termiczno – stężeniowa w kostce, konwekcja swobodna w ośrodku porowatym, wymiana ciepła w łopatce turbiny.
Metody oceny:
Końcowa ocena jest sumą 70% oceny z testu teoretycznego z zakresu wykładu oraz 30% testu praktycznego z zajęć laboratoryjnych
Egzamin:
nie
Literatura:
1. C. Hirsch, „Numerical Computation ofIinternal and External Flows”, second edition, Elsevier, Amsterdam, 2007. 2. S.V. Patankar, „Numerical Heat Transfer and Fluid Flow”, Mc Graw-Hill, 1980. 3. H.K. Versteeg and W. Malalasekera, “An Introduction to Computational Fluid Dynamics, The Finite Volume Method”, second edition, Pearson Prentice House, London, 2007 4. O.C. Zienkiewicz, R.L. Taylor & P. Nithiarasu, „The Finite Element Method for Fluid Dynamics, Sixth Edition”, Elsevier, Amsterdam, 2005. Dodatkowa literatura: 1. J. Szargut, et. al., „Modelowanie numeryczne pól temperatury”, WNT, 1992. 2. R.W. Ledwis, P. Nithiarasau and K.N. Seetharamu, „Fundamentals of the Finite Element Method for Heat and Fluid Flow”, John Wiley & Sons, Chichester, 2004 3. Materiały w formie slajdów (pliki pdf) dostarczone przez wykładowcę
Witryna www przedmiotu:
www.itc.pw.edu.pl
Uwagi:

Efekty uczenia się

Profil ogólnoakademicki - wiedza

Efekt EW1
Rozumie podstawowe założenia, zalety i ograniczenia symulacji komputerowej procesów przepływowych i wymiany ciepła.
Weryfikacja: test teoretyczny na końcu kursu
Powiązane efekty kierunkowe: E2_W01, E2_W03, E2_W05
Powiązane efekty obszarowe: T2A_W01, T2A_W01, T2A_W01, T2A_W02
Efekt EW2
Zna podstawy współczesnych metod modelania numerycznego zagadnień mechaniki płynów i wymiany ciepła, w tym w szczególności metod objętości kontrolnych i elementów skończonych.
Weryfikacja: test teoretyczny na końcu kursu
Powiązane efekty kierunkowe: E2_W01, E2_W03, E2_W05
Powiązane efekty obszarowe: T2A_W01, T2A_W01, T2A_W01, T2A_W02
Efekt EW3
Zna podstawowe metody analizy i oszacowania błędów rozwiązań numerycznych dla zagadnień opisanych równaniami różniczkowymi cząstkowymi.
Weryfikacja: test teoretyczny na końcu kursu
Powiązane efekty kierunkowe: E2_W01, E2_W03
Powiązane efekty obszarowe: T2A_W01, T2A_W01
Efekt EW4
Ma podstawową wiedzę z zakresu oceny wiarygodności modeli symulacyjnych w procedurach weryfikacji i walidacji.
Weryfikacja: test teoretyczny na końcu kursu
Powiązane efekty kierunkowe: E2_W01, E2_W03, E2_W05
Powiązane efekty obszarowe: T2A_W01, T2A_W01, T2A_W01, T2A_W02

Profil ogólnoakademicki - umiejętności

Efekt EU1
Potrafi sformułować model numeryczny, świadomie wybrać metodę dyskretyzacji i algorytm rozwiązania.
Weryfikacja: test praktyczny (laboratorium komputerowe) i pózniej przez sprawdzenie umiejętności wykorzystania symulacji numerycznej w pracach projektowych i dyplomowej.
Powiązane efekty kierunkowe: E2_U09, E2_U13, E2_U18
Powiązane efekty obszarowe: T2A_U09, T2A_U10, T2A_U10, T2A_U15
Efekt EU2
Posiada umiejętność wykorzystania komercyjnych kodów (w tym w szczególności programów GAMBIT i FLUENT lub FIDAP) w symulacji numerycznej zagadnień inżynierskich, w tym tworzenia UDF (User Define Function) oraz UDM (User Define Memory) z wykorzystaniem programowania w języku C.
Weryfikacja: test praktyczny (laboratorium komputerowe) i pózniej przez sprawdzenie umiejętności wykorzystania symulacji numerycznej w pracach projektowych i dyplomowej.
Powiązane efekty kierunkowe: E2_U13, E2_U18, E2_U24
Powiązane efekty obszarowe: T2A_U10, T2A_U10, T2A_U15, T2A_U18, T2A_U19
Efekt EU3
Potrafi zinterpretować wyniki obliczeń numerycznych pod kątem ich zgodności z fizyką zjawiska oraz dokładności modelu przybliżonego
Weryfikacja: test praktyczny (laboratorium komputerowe) i pózniej przez sprawdzenie umiejętności wykorzystania symulacji numerycznej w pracach projektowych i dyplomowej.
Powiązane efekty kierunkowe: E2_U09, E2_U11, E2_U13, E2_U18
Powiązane efekty obszarowe: T2A_U09, T2A_U10, T2A_U10, T2A_U10, T2A_U15

Profil ogólnoakademicki - kompetencje społeczne

Efekt EK1
Rozumie ważność i potrzebę kreatywnej działalności inżynierskiej i współdziałania w grupie dla osiągniecia wspolnego celu.
Weryfikacja: Bieżąca obserwacja i analiza postawy studenta oraz jego dalszej kariery
Powiązane efekty kierunkowe: E2_K01, E2_K03, E2_K06
Powiązane efekty obszarowe: T2A_K01, T2A_K03, T2A_K06